Uçak Kanatları Hakkında Bilinmeyenler

Uzun zamandır gerek uçak yolcuğu yaparken başka yolcuların kanatların fonksiyonunu aralarında tartışmalarına şahit olmam sebebiyle gerekse bir çok internet sitesinin forumlarında insanların sorularıyla karşılaşmış olmamın da payıyla, sizlerle bu sefer haber paylaşmak yerine, bir çoğumuzun kanat aerodinamiği hakkında merak ettiği sorulara açıklık getirmek istiyorum. Bilindiği gibi kanatlar uçakların en önemli parçalarıdır. Günümüzde bir kanadın kaldırma gücünün açıklaması daha doğrusu uçakların nasıl uçtuğuna dair açıklamaları heryerde bulabilirken, kanatların şekilleri hakkında pek fazla açıklamalara rastlamıyoruz. Bende bu sorulara mümkün olduğunca matematiksel formüllere değinmeyerek açıklık getirmeye çalışacağım:

Bunlara da Göz Atabilirsiniz

Uçaklarda buzlanmaya yerli çözüm

En Mükemmel Kağıt Uçak Nasıl Yapılır?

Bazı uçaklarda kanatlar gövdenin üzerine yerleştirilmişken, bazılarında gövdenin ortasından yada altından geçmektedir. Niçin?
Avroliner RJ, ATR 42/72 gibi uçak tiplerinde kanatlar gövdenin üstünde kalırken, Airbus ve Boeing gibi üreticilerin, üretimde olan modellerinde kanatlar gövdenin altından geçmektedir.

Gövdenin üzerinde kalan kanatlar.

İngilizce’de High Wing Aircraft adı verilen bu uçak tiplerinde, kanatların gövde üzerinden geçecek şekilde monte edilmesinin avantajları şunlardır:
Kanatlar yeryüzüne yaklaştıkca, yeryüzü ile kanadın alt kısmında kalan havanın sıkışması, yoğunlaşması sonucu kanatların kaldırma gücünde artış meydana gelebilir ve uçağın piste teker koyabilmesi için süzülmesi gerekir. High Wing Aircraft dediğimiz kanatları gövdesinin üzerinde kalan uçak tiplerinde, kanatların iniş esnasında yeryüzüne olan daha büyük mesafesinden dolayı, süzülme olayı daha kısa tutulabilir bu da kısa pistlere inişi kolaylaştırır.
Bir başka avantajıda, kanatların üst yüzeyinde alçak basınçı oluşturan hava akımının gövde tarafından rahatsız edilmemesidir.

Dezavantajlarına değinecek olursak onlarda kısaca şunlardır:
Kabin içi yüksekliği azaltır. İniş takımlarının gövdeye (örnek ATR72) yada kanatlara (örnek Dash Q400) monte edilmesine bağlı olarak iniş takımlarının yada gövdenin ağırlığını çoğaltır. Uçağın gövde üzerine iniş yaptığı olası bir kazada kabini koruyucu özelliği yoktur.

Gövdenin altından geçen kanatlar.

İngilizce’de Low Wing Aircraft adı verilen bu uçak tiplerinde, kanatların gövde altından geçecek şekilde monte edilmesinin  avantajları şunlardır:
Kabin içinin daralmasına neden olmaz. İniş takımları kısa tutulabilir ve kanatların içine yerleştiriebilir. Uçuş esnasında iniş takımlarının ağırlığını kanatların taşıması sebebiyle, gövde ağırlığını arttıracak ek güçlendirmelere gerek kalmaz. Gövde üzerine iniş yapılmak zorunda kalınırsa, darbe emici etkisiyle kabinin göreceği zararı azaltır. Bakım esnasında gerek hidrolik borularına gerekse elektrik kablolarına erişim daha kolaydır.

Dezavantajlarına değinecek olursak onlarda kısaca şunlardır:
Gövde üzerinde kalan kanat kombinasyonuna kıyasla kısa pistlere inişi zorlaştırır.

Uçağa önden yada arkadan baktığımızda niçin kanatlar V şeklini anımsatırcasına hafif eğimlidir?

Uçağın manevra anında stabilize olmasına yardımcı olur. Uçuş esnasında karşılaşılan türbülanslardan sonra, uçağın dengesine dönmesine yardımcı etkisi vardır. Ayrıca yan rüzgarların güçlü olduğu kötü hava şartlarında uçakların son yaklaşma anında sergilediği yanlamasına uçuş kabiliyetini destekler.

Uçak kanatları niçin gövdeye dik açıyla durmazlar?
Örneğin bir ATR72 yada Dash Q400 gibi pervaneli uçaklarda kanatlar gövdeyle neredeyse dik açı yaratacak şekilde dururken, Jet motorlu uçaklarda kanatların gövdeye dik açıyla değil, kanat uçlarının geriye doğru kaldığı bir açıyla durduğunu görürüz. Bunun başlıca sebebi ses hızına yaklaştıkca oluşacak Aerodinamik sorunlara çözüm getirmektir. Kritik Mach sayısı olarak adlandırdığımız problemin sınırlarını bu sayede yükseltebiliriz. Peki Kritik Mach sayısı nedir? Hava akımı uçuş esnasında uçakların farklı bölgelerinde farklı hıza sahiptir. Örneğin kanatların üzerindeki hava akımının hızı, kanatların altına göre daha yüksektir. Mach 0,8 hızı civarinda bir hızla seyreden Jet motorlıu bir yolcu uçağında, kanat üzerinde hava akımı Mach 1 (ses hızı) yada daha fazlasına ulaşma risikosuna sahiptir.

Bir örnekle açıklamak istiyorum:

Diyelimki Jet motorlu bir uçak, Mach 0,7 hızıyla uçarken kanat üzerindeki hava akımı Mach 1’e ulaşırsa, Mach 0,7  o uçak için Kritik Mach sayısıdır. Uçak gerek motor gücü gerekse gövde yapısı olarak Mach 0,7’den daha hızlı uçababilecek kapasiteye sahipken, kanatların üzerindeki hava akımının Mach 1’e ulaşması, daha doğrusu ses hızına ulaşması Aerodinamik bir problem oluşturur ve uçağın hızını keser, hatta kanatlarda kaldırma gücü kaybına kadar yol açabilir.

Uçak kanatları üzerindeki akımın daha yüksek hızlarda Mach 1’e ulaşmasını sağlamak için Nazi Almanya’sı zamanında yapılan çalışmalar sonucu, ses hızına yakın hızlarda uçuş yapabilen uçakların kanatlarının arkaya yada öne doğru açılı bir şekilde gövdeye monte edildiğinde kanat üzerindeki hava akımının daha yüksek hızlarda Mach 1’e ulaştığı gözlemlenmiştir. Sebebini basitçe açıklamaya çalışacağım;

İlk önce aşağıdaki şekli inceleyelim. Kırmızı çizgi hava akımının yönünü, mavi çizgi ise kanat profilinin dik açı ile etrafından geçen hava akımını sembolize ediyor.
Oluşan açı sebebiyle kanat profilinin etrafından dik açıyla  akıp giden Hava kütlesi, uçağın hareket istikametine kıyasla daha yavaş bir akım içerisindedir. Ufak bir örnek vermek istiyorum:

Bildiğimiz üzere, kanadın profilinden dolayı, üstünden geçen hava akımı altından geçen hava akımından hızlıdır. Eğer kanat gövdeye dik açı ile duruyorsa (bir çok pervaneli uçaklarda olduğu gibi), uçağın uçuş hızı ile kanatların altından geçen hava akımının hızı çok basite indirgeyecek olursak aynıdır. Fakat kanadın üstünden geçen akım hızlıdır. Bu sebeple daha önceki örneğimizde verdiğimiz gibi Mach 0,7 ile uçuş yapan bir uçağın kanat üzeri hava akım hızı Mach1’e ulaşabilir ve problem olur. Kanadı geriye doğru açılı monte ettiğimizde ise, uçak Mach 0,7 ile uçsa dahi, kanadın altından kanat profiline dikey yönde (grafikte mavi çizgi) geçen hava akımı örneğin Mach 0,5 olacaktır ve kanat üzeri hava akımının hızıda buna bağlı olarak Mach 1’e ulaşmamış olacaktır. Bu çözümle Kritik Mach sayısı sınırı yükseltilir ve uçakların Aerodinamik sınırları daha yüksek hızlara taşınarak, yolculuk esnasındaki hızlarıda ses hızının hemen altına kadar çekilebilir.

Yazıma burada son vermeden önce, Mach sayısının tam olarak ne olduğuna kısaca değinmek istiyorum. Mach sayısı otomobilimizin örneğin 100km/h ile seyretmesi gibi her zaman sabit bir sayı değildir. Yani, otomobilimizle yolculuk ederken kadran 100km/h gösteriyorsa, nerede olursak olalım hızımız sabit 100km/h dır. Fakat Mach sayısı sabit hıza nazaran daha çok o anki hızımızın ses hızına oranıdır. Mach 0,8 ile yolculuk demek ses hızının %80’ni ile yolculuk etmek demektir. Ses hızı ise başta hava sıcaklığına bağlı olarak değişkendir. Hava sıcaklığı atmosferde yükseldikçe değiştiği için, ses hızında da değişim olur.

Bir dahaki yazımda buluşmak üzere tüm okuyucularıma güzel günler dilerim.