UÇAK: BİLİMİN VE MÜHENDİSLİĞİN MÜKEMMEL ÇÖZÜMÜ

UÇAK: BİLİMİN VE MÜHENDİSLİĞİN MÜKEMMEL ÇÖZÜMÜ

Bu yazıda genel olarak hava araçlarında, özel olarak da uçaklarda taşıma kuvvetine karşı dayanıklı olabilmesi için kanat yapılarının tasarımı ve içindeki öğeleri tanıtılacaktır. Uçakların bu dayanıklı yapı özelliklerine göre taşıdığı yük ve yakıt ile basınçlandırma etkisi de otomobiller ile karşılaştırılacaktır.

Genel anlamda herhangi bir hava aracı, özelde ise uçak; konuyu bilmeyen birisi için normal koşullarda havalanmaması ve taş gibi düşmesi gereken bir cisimdir. Ancak fiziğin özel bir dalı olan Akışkanlar Mekaniğindeki Bernoulli ilkesi aracılığı ile uçak kanatlarında aerodinamik kuvvetler oluşur ve bu kuvvetler uçağın yerçekimini yenerek havalanmasını ve uçmasını sağlar.

Ancak bu kuvvetler nedeniyle uçağın havada parçalanmaması için ve yine uçağın bütünsel anlamda yeterince dayanıklı (mukavim) olması gereklidir.  Bunun için de kanatların ve kanat kaplamalarının sağlam olması istenmektedir. Sağlam ve dayanıklı olmak bir şekilde ağır olmayı gerektirir. Ağır cisimler için daha büyük kanatlar veya hız gerekir. Bu konuda en uygun çözüm nedir?

Uçağın bir taşıt aracı olarak değerlendirildiğinde diğer taşıt araçlarına göre ne gibi üstün tasarım özelliklerine sahip olduğunu inceleyelim. Bunu yapmak için bir binek otomobilin özellikleri ile geniş gövdeli bir uçağın özelliklerini karşılaştırmak istiyorum.

Nitelik Otomobil Uçak (A-300-600F)
Boş Ağırlık 1200 88.500 kg
Azami Operasyonel (Kalkış) Ağırlığı 1700 kg 170.500 kg
Yakıt Kapasitesi 40 kg,

50 litre

53.505 kg
Yük Kapasitesi 450 kg 48.293 kg
Menzil 750 km 7500 km
Yakıt tüketimi ( kg/ km x ton) 6.25 litre / (100 km x 500 kg)
=13,3 kg / ( 100 km x 1000 kg)
18,75 kg / (100 km x 1000 kg)
Yük / Azami Operasyon Ağırlığı 450/1700 = %26,50 48.293/ 170.500 = % 28,30
Yakıt / Azami Operasyon Ağırlığı 40/ 1700= %2,4 53500 / 170.500 = %28,3

 

Boş Ağırlık / Azami Operasyon (Kalkış) Ağırlığı 1200/ 1700 = % 70,5 88500 / 170.500 = %52
[Azami (Yük + Yakıt)] / Azami Operasyon Ağırlığı 490/1700 = %28,9 85.500 / 170.500= % 48

 

Azami Yük / Boş Ağırlık 450 / 1200 = %37,5 48293 / 88.500 = % 54
Yakıt / Boş Ağırlık 40/ 1200 = % 3,3 53500 / 88500 = % 60,5
[Azami (Yük + Yakıt)] / Boş Ağırlık (40+450)/1200 = %41

 

82.000 / 88.500 = %92,6

 

Yakıt Tüketimi açısından bakıldığında A-300 varyantı olan eski teknolojiye sahip bir uçağın birim yük için harcadığı yakıtın bir otomobil ile aynı mertebede olduğunu görmekteyiz. Konunun uzmanları daha güncel verileri ayrıca sunabilirler. Hatta aslında bu karşılaştırmanın bir ağır vasıta (TIR) ile karşılaştırılması daha da ilginç olabilir.

Uçağın üstün yanı azami operasyon ağırlığına göre oranlama yaptığımızda daha fazla yakıtı taşıyabilmesi ve daha uzun menzilli olabilmesidir.

Esasen uçak taşıdığı yük + yakıt miktarının kendi ağırlığına oranına göre otomobile göre daha avantajlıdır. Bu avantajın bir ağır vasıtaya karşı azalabileceği öngörülmektedir.

Uçağın bunu yapabilmesi için çok daha hafif, ama bir o kadar da dayanıklı olması gerekir. Bunu sağlamak üzere gövdenin ve kanadın yapısal tasarımı ve üretiminde çok özel yöntemler, yaklaşımlar ve teknikler kullanılır.

Uçağın işletimde bulunduğu ortam ile otomobilin bulunduğu ortam arasında da büyük farklar bulunmaktadır. Bunlardan en önemlisi yüksek irtifadaki düşük basınç, düşük hava yoğunluğu ve düşük sıcaklıktır. Aşağıdaki grafikte irtifaya göre hava basıncının deniz seviyesindeki basınçla oranı gösterilmektedir.

Kaynak: https://www.engineeringtoolbox.com/air-altitude-pressure-d_462.html

Şekilden de görülebileceği gibi yüksek irtifadaki basınç neredeyse 0,20 atmosfer mertebesinde olmaktadır. Uçağın kabin basıncı da 2400 metre seviyesine sabitlenir. Buradaki basınç değeri de 0,70 atmosfer mertebesindedir. Arada 0,50 atmosferlik bir basınç farkı bulunmaktadır. Uzay araçlarındaki farkın 1 atmosfer olduğu düşünülürse basınçlandırma probleminin sızdırmazlık hariç olmak üzere uzay araçlarının tasarımına yakın mertebede olduğu anlaşılabilir.

Ayrıca uçuş irtifasındaki sıcaklığın -55 °C civarında olması nedeniyle kalkış meydanı ile 70 °C mertebesinde bir sıcaklık farkının yapıda meydana getireceği büzüşme ve genleşmenin de dikkate alınması gerekecektir.

Temelde uçak gövdesinin basınçlandırılmış kısmı bir teneke kola kutusunun ince demir çubuklarla daha dayanıklı yapılması ile aynı ilkelerle tasarlanmaktadır. Bu tasarıma yarı monokok yapı denmektedir.

Kaynak: http://slonder.tripod.com/govde/govde.htm

Kanatlarda da aerodinamik taşıma kuvvetinin ve sürükleme kuvvetinin yapısal bütünlüğünü bozmaması için kanadın tamamını taşıyan lonjeron (spar) adı verilen kirişler ve kanadın belli istasyonlarında kanat kesitlerinin formunu sağlayan kanat profilleri aracılığı ile kanadın yapısal şekli oluşturulur.

Kaynak: https://sahinhuseyin.weebly.com/7-hafta.html

Bir yapının karşılaştığı kuvvetler nedeniyle çalışmasına yönelik temel isimlendirmeler aşağıda sunulmaktadır:

http://slonder.tripod.com/govde/govde.htm

 

Uçağın bir başka üstün yanı da bu dayanıklı yapının daha hafif olması için hem daha hafif hem de daha dayanıklı olan elementler, bileşikler veya özel malzemelerin kullanılmasıdır. Örneğin jet motorlarının türbin kısımlarında titanyum kullanılır. Metal akşamlarda alüminyum tercih edilir. Ancak son dönemde bal peteği yapısıyla tasarlanmış kompozit malzemeler tercih edilmektedir.

Sonuç olarak uçak daha hafif, daha sağlam bir taşıt aracı olarak olağanüstü çalışma ortamlarında inanılmaz görevleri gerçekleştiren mucizevi bir tasarım olmakla birlikte, bütün insanlığın gerçekleştirdiği bir işbirliği başarımıdır.

Geri

5
Kimler Neler Demiş?

1000

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

En Yeniler Eskiler Beğenilenler
özcan

Efsanesiniz, daha çok böyle paylaşım yapmanız dileğiyle.

Garip haber!

Eski
Biraz eski Bilgi galiba 20 sene önce yazılsa doğru zamandı. Fakat şu an değil.

Ü. REİS

Sayın Haluk Hocam, elinize, zihninize ve yüreğinize sağlık. Şu hayatta imrendiğim özel şahsiyetlerden birisiniz, aşağıdaki yorum-sorulardan birisine verdiğiniz cevapla bile ne kadar yardımsever ve kaliteli bir İnsan, Eğitimci olduğunuz anlaşılabiliyor. Başarı, Sağlık ve Mutluluklarınız daim olsun dileğimle.

MEHMET TURKES

BIR UCAGIN UCMA FORMULUNU YAZINIZ NEDEN VE NASIL UCAR

Dr. Haluk KUL

Uçağın havada giderken yer çekimi kuvvetine karşı koyabilmesini sağlayan şey kanatta oluşan aerodinamik kuvvettir. Bu kuvvetin dikey bileşeni ağırlığa karşı koyar ve böylece uçak sabit bir yükseklikte kalır. Ancak aerodinamik kuvvet yalnızca dikey yönde değildir. Bu kuvvetin yatay bileşeni uçağı geriye itmeye çalışır. Bu kuvvete karşı da uçağın yatay yönde yavaşlamaması ve geri gitmemesi için motorlardan üretilen itki kuvveti kullanılır. Bir uçağın uçabilmesine yönelik matematiksel model bir formül ile açıklanamaz. Yine de en basit hali ile taşıma (lift), sürükleme (drag) ve ağırlık kuvvetine ait en yalın formül dizisini aşağıda sunuyorum. Taşıma Kuvveti: Taşıma = (Taşıma Katsayısı ) * (0,5* yoğunluk… Devamını oku »