Bu yazımda sizlerle uçakların uçuş hızlarının ve yüksekliklerinin ölçülme metodlarını ele almak istiyorum.
Uçuş hızı nasıl ölçülür?
En yaygın ve güvenilir ölçüm metodlarından biri Pitot tüpü daha doğrusu Prandtl tüpüdür. Hava akımından oluşan basınç ile havanın statik basıncının kıyaslanması sayesinde uçuş hızı belirlenir.
Ölçüm sistemi iki ayrı şekilde kurulabilir. Örneğin Pitot tüpü uçuş yönündeki hava akımınının basıncını ölçerken, uçağın gövdesinde bulunan ve havanın statik basınçını ölçen ”static port” lar ile bu ölçüm yapılabilir.
İkinci alternatif ise, hem statik basıncı hemde uçuş yönündeki hava akımının basıncını ölçebilen Pitot tüpleri, daha doğrusu Prandtl tüplerinin kullanılmasıdır.
Prandtl tüpünün uçuş istikametinde bulunan girişinden giren hava akımı (resimde kırmızı renkle gösterilen akım) ile tüpün etrafında bulunan deliklere akım halindeki havanın yaptığı basınç kıyaslanır ve bu sayede uçuş hızı belirlenir. Uçağın ön kısmında, yaklaşık olarak Kokpit hızasında bulunan Pitot yada Prandtl tüpleri ile hava basınçlarının karşılaştırılması ile yapılarak elde edilen sonuç doğrudan gerçek uçuş hızı olarak alınmaz. Çünki, uçuş yüksekliğine göre havanın yoğunluğu ve statik basıncı değişir, aynı şekilde akım halinde olan bir havanın, bir cismin etrafından akıp giderken, cisme uyguladığı statik basıncda değişir, bu durumda Prandtl tüplerinin statik basıncı ölçen deliklerine uygulanan basınç da hıza göre değişkendir. Bu sebeple basınç ve hız faktörlerinin getirdiği ölçüm hatalarını içeren IAS (indicated airspeed) olarak adlandırılan hız, uçağın sistemleri tarafından ölçüm hataları düzeltilerek kokpite yansıtılır. Uçağın gerçek hızı TAS (true airspeed) olarak adlandırılır.
Gerek Pitot tüpleri olsun gerekse ”static port” lar olsun, uçağın gövdesi boyunca rastgele yerleştirilemez. Uçağın aerodinamik yapısı sebebiyle, gövde etrafından akıp geçen hava akımının basıncı gövde boyunca farklı değerler alır. Bu sebeple uçak daha planlama aşamasındayken rüzgar tünelinde ”nötr” noktalar tespit edilir ve basınç ölçüm sistemleri o noktalara yerleştirilir. Bu noktaların yerleri uçaktan uçağa ufak farklar göstersede, genelde aşağıdaki grafikte gösterildiği yerlere konumlandırılır.
Günümüzdeki uçaklarda pitot tüpleri ve static portların konumlandırıldıkları noktalar genelde 2, 3 ve 4 oluyor. Araştırma uçaklarında yada test uçuşlarında uçakların burunlarına takılı uzun bir çubuk görürüz, o çubuk ile grafiğimizdeki 1 nolu noktanın ölçümleri yapılır.
Uçuş yüksekliği nasıl ölçülür?
Yükseklik ölçümü hava basıncını ölçerek yapıldığı gibi, aynı zamanda Radio-Altimeter ve Radar-Altimeter gibi yöntemlerle de yapılır.
Basınç ile yükseklik ölçümü (Barometrik): Bilindiği gibi hava basıncı artan yükseklik ile azalır. Deniz seviyesinde hava basıncı 1013,25hPa (1,101325 bar) olarak kabul edilmiştir ve bu basınç örneğin deniz seviyesinden 10’000 metre yükseklikte 280,7hPa (0,2 bar) dır. ”Static Port” lar aracılığı ile azalan bu basınç ölçülür ve uçağın yüksekliği belirlenir. Bu noktada önemli bir konuya dikkat çekmek istiyorum. Basınç ölçümü ile yapılan yükseklik ölçümü her zaman gerçek yüksekliği vermez. Atmosfer içerisinde basınç değişimleri söz konusudur. Örneğin, 5000 metre yükseklikte ideal durumda hava basıncı 533hPa (0,5 bar) olması gerekirken, atmosfer içerisinde yüksek ve alçak basınç hareketleri gibi sebeplerden doayı farklı bir basınca sahip olabilir.Böyle bir durumda barometrik yükseklik göstergeleri yanlış veriler gösterebilir.
Bu sebepten dolayı havacılıkta, uçuş esnasında uçakların araslarındaki yüksekliği korumayabilmeleri amaçlı ”Basınç seviyeleri” kullanılmaya başlanmışdır. Çünki basınç seviyelerine göre birbirine yakın bir bölgede uçuş yapan uçaklar, aynı atmosferi kendilerine referans aldıkları için, basınca göre göre uçmaları, aralarındaki dikey mesafeyi daha doğrusu aralarındaki yüksekliği korumayı garanti eder. Uçak deniz seviyesinden 5000 ft yada yeryüzünden 2000 ft yüksekliğe ulaştığı anda, QNE’ye göre uçmalı, daha doğrusu barometrik yükseklik göstergesi, baz olarak deniz seviyesindeki ideal basınç olarak kabul eden 1013hPa’a göre ayarlanmalıdır. Bu yüksekliklerin altında bir irtifada ise QNH’ya göre uçuş yapılmalıdır. Peki QNE ve QNH nedir?
Mors alfabesi zamanında havacılığa sokulan bu terimler aslında barometrik yükseklik ölçümleri için ortaya çıkan kodlardır.
QNH; Ortalama deniz seviyesindeki gerçek basınç değeridir. Barometrik altimetreye QNH değerini girdiğinizde uçağın deniz seviyesinden yüksekliğini verir.
QNE; Bu kod, basınç seviyelerine göre uçuşdur. Barometrik altimetreye Ortalama deniz seviyesindeki ideal basınç olan 1013hPa girilir. Ortalama deniz seviyesindeki basınç değişebildiği için, QNE’ye göre uçuş deniz seviyesinden gerçek yüksekliği vermeyebilir, fakat 5000 ft. üzerinde basınç seviyelerine her uçağın en iyi şekilde uymasını sağlar.
Radio Altimeter yada Radar Altimeter: Bu iki sistemin çalışma prensibi temelde aynıdır. Radio Altimeter uçaktan yeryüzüne UHF sinyalleri, Radar Altimeter ise radar impuls ları yollar ve yolladıkları sinyal/impuls ların geri dönmeleri arasındaki zamanı ölçerek yüksekliği belirlerler.
Resimdeki formğlde de görüldüğü üzere aslında radio/radar altimeter in çalışma prensibi çok basit. Formüldeki H harfi ”yükseklik” , c harfi ”ışık hızı” ve t harfi ise yollanan sinyalin yollanıp geri yansıması arasında geçen zaman oluyor.
Radio/Radar altimetre sistemleri barometrik sistemlerin yanında sadece güvence olmayayıp aynı zamanda, TCAS (havada çarpışmaya karşı uyarı cihazı), GPWS (yeryüzüyle çarpışmaya, aşırı düşük irtifayı uyarı sistemi) ve otomatik pilotta inişleri verilerle besleyen sistemdir. Barometrik sistemlere kıyasla çok daha doğru ve titiz ölçümler yapar. Bu sebeple ILS Cat II ve Cat III inişlerde kullanımı mecburidir.