Yakıt tüketimini azaltacak teknolojiler

Son 5 yıla baktığımızda IATA’ya kayıtlı havayolu şirketlerinin toplam giderlerinin yaklaşık %30’u nu sadece yakıt masrafları oluşturmaktadır. Yakıt tasarrufunun sadece maddi giderler açısından değil, çevre kirliliğini azaltmak açısından da ciddi anlamda önemli bir rolü vardır. Hava kirliliğinde ciddi anlamda payı olan karbondioksit salınımında havacılığın payı dünya genelinde %4’ü geçmemektedir. Bir başka deyişle tüm dünya sivil havacılığı yılda, sadece Çin Halk Cumhuriyet’inin ürettiği Karbondioksit miktarının 7’de 1’i kadar karbondioksit salınımına sebep olmasına rağmen, sivil havacılık sektörü politikacıların baskısı altındadır. Bu sebeple daha çevreci ve daha tasarruflu uçak projeleri için büyük bütçeler ayrılmıştır.
Bir uçağın temel yapısını değiştirmeden daha tasarruflu hale getirmenin en güzel örneğini yıllar içerisinde bize B737 ile Boeing gösterdi. İlk uçusunu 1967 yılında yapan B737-100 serisi, büyük çoğunluğu kanatlarda gerçekleşen Aerodinamik yenilikler ve yeni motor teknolojileri ile 1997 yılına gelindiğinde B737-800 olarak 100km mesafede yolcu başına yaklaşık %40 daha az yakıt tüketir hale getirildi. Günümüzde de ulaşılan noktada, Aerodinamik ve motor teknolojileri açısından çalışmalar devam etmektedir.
Daha hafif malzeme kullanımıda uçağın boş ağırlığının düşmesine, dolayısı ile de yakıt tüketiminin düşmesini sağlamıştır. Kısa bir örnek verecek olursam, B787’nin %50’si kompozit malzemeden oluşur ve buda B787’nin, şayet tam metal uçak olsaydı erişeceği boş ağırlığınden %20 daha hafif olmasını sağlamıştır.
Daha önceki yazımda ele aldığım Winglets’lerde yıllardır kullanımda olup %5’e kadar yakıt tasarrufu sağlamaktadır.
Kabin içi donanımın, koltukların gittikçe daha hafif malzemelerden seçilmesi, uçuşun sonuna doğru son yaklaşmalarda ve inişlerde farklı yeni tekniklerin uygulanması günümüzde de yakıt tüketiminin düşmesine yardımcı olmaktadır.
Tüm bunların haricinde çok ileriye dönük olmayan, yakın zamanda kullanılabilecek yada kullanıma girmiş bazı teknolojilere  kısaca değinmek istiyorum.
Görünmez engel sürtünme kuvveti
Bir uçağın yakıt tüketiminde önemli rolü olan faktörlerden bir tanesi hava akımı ile uçağın yüzeyinin arasındaki sürtünme kuvvetidir. Hava akımı ile uçağın yüzeyinde çok ince bir tabaka oluşur. Bu tabakanın içerisinde hava akımı sorunsuz ve yüzde yüz akıcı değildir. O tabaka içerisinde akımın sıkışması söz konusu olur ve ortaya çıkan sürtünme faktörü uçağın kinetik enerjisini yani hareket enerjisini düşürür. Ortaya çıkan enerji kaybını telafi etmek için uçağın motorları daha fazla yakıt tüketir.

Bu sürtünme kuvvetini azaltmak için uçakların yüzeylerini daha pürüzsüz hale getirmek amaçlı, perçinleme yerine laser ile kaynak yapma yada yapıştırma teknolojileri gibi bir takım çalışmalar olmuştur fakat en önemli çalışmalardan biri, hava akımı ile yüzeyin arasında oluşan, çok ince olmasına rağmen sürtünme kuvveti açısından önemli rol oynayan tabakanın emilmesi üzerine yapılan çalışmadır. 2012 yılında Alman Havacılık ve Uzay merkezi DLR tarafından çalışmaları tamamlanan teknolojinin ilk basamağında, bir A320’nin dikey stabilizesinin ön yüzeyinin 7,5 metrekarelik bir kısmı toplam 30 milyon adet deliklerle donatılmıştır.
Deliklerin tanesi ise 50 mikrometer çapında yani 1 milimetrenin 20’de 1’i kadardır. Bu deliklerin arkasına ufak bölmeler yapılmıştır ve 15kW’lik yani yaklaşık 20 beygir gücünde bir pompa ile bu bölmelerde vakum yaratılarak, yüzey ile hava akımı arasında oluşan söz konusu ince tabakanın emilmesi başarılmıştır. Bu sayede yüzey üzerinde daha akıcı ve sorunsuz bir hava akımı sağlanarak sürtünme kuvveti azalmıştır.

 
Yukarıdaki resimde bu deliklerin büyüklüğü bir ataç ile kıyaslanmış ve Dikey stabilize üzerindeki konumları gösterilmiştir.
Şu sıralar bu teknolojiyi yatay stabilizeye uyarlama çalışmları sürmektedir, ve tüm uçak üzerinde uygulandığı takdirde en az %15 yakıt tasarrufu sağlanacaktır. Önümüzdeki 15 yıl içerisinde bu teknolojinin kullanıma hazır olması bekleniyor.
Yeni motor teknolojileri
Günümüzde sivil havacılıkta kullanılan en verimli motorlar, Geared Turbofan isimli transmisyonlu Turbofan motorlarıdır. Bu motorlarda en önemli yenilik motorun Pal’lerinin yani Fan’in dönüş hızını azaltmaktır. Büyüyen motor çapları Fan pervanesinin büyümesine yol açmaktadır ve Pal’lerin uç noktalarının dönme merkezinden uzaklaştıkça, merkeze yakın bölgelerden daha hızlı dönmesi, belli bir mesafeden sonra uç noktaların ses hızına ulaşmasına dolayısı ile kritik mach sayısını aşmasına ve Fan’ın uç noktalarında hava akımı ile yüksek sürtünme oluşmasına sebep olur. Buda tekrar motorların verimliliğini azaltan faktördür. Bir transmisyon sayesinde düşürülen dönüş hızı, Fan uçlarının mach sayısına ulaşmasını engeller.

Resimde kırmızı renkle işaretlenmiş olan 1, Pal’lerin dönme merkezine daha yakın bir bölgesini, 2 ise daha uzak olan uç noktasını göstermektedir. 2’nin dönüş hızı 1’den yüksektir. Örneğin 1. Bölge 600km/h ile dönerken 2. Bölgede dönüş hızı 1000km/h ya ulaşabilir.
Bir başka yenilik ise henüz kullanıma girmemiş fakat üzerinde çalışılan ters yönde dönen çift Fan pervaneli motorlardır.

Aslında bu motorların en verimli versiyonları gondolsuz olanlarıdır. Yani Open Rotor dediğimiz Fan’ların açıkta olduğu modellerdir. Fakat Blade Contaiment mecburiyeti yani, uçuş esnasında olası bir arızada motordan kopacak olan dönen bir parçanın uçağın gövdesine zarar verme ihtimalini küçültme mecburiyetinden dolayı gondollu olarak üretilmesi zorunluluğundan dolayı bildiğimiz Turbofan motorlara birbirinden ters yönde dönen iki adet Fan yerleştirilmeye çalışılmaktadır.
2025-2030 yılları arasında kullanıma girmesi beklenen bu yeni motorlar sayesinde yakıt tüketiminin, yukarıda bahsettiğim ve şu an kullanıma girmiş Geared Turbofan’lara kıyasla yaklaşık bir %15-%20 daha düşmesi bekleniyor.
Bir daha ki yazımda tekrar buluşmak üzere, tüm okuyucularıma güzel günler dilerim.