Uçuş mekaniği(onurde)

Uçuş mekaniği

Bir cismin havada uçabilmesi için uçuş anında cisme çarpan havanın en az cismin ağırlığına eşit bir taşıma kuvveti meydana getirmesi gerekir. Uçak kanadı düz bir plaka olarak düşünülürse bu taşıma kuvvetinin meydana gelmesi için, plakanın hareket düzlemiyle (hücum açısı denen) bir açı yapması, yâni hareket yönünde ön kısmının biraz kalkmış olması gerekir.
Kanat hareket hâlindeyken eğik pozisyonundan dolayı kanadın alt ve üst kısmından geçen hava kanadın üst kısmında alçak basınç alanı oluşacağı için hava akışına devam edemeyecektir, kanadın altve üst kısmında yönünü değiştirir. Hava akımının yönünün değişmesi kanadın ona bir kuvvet uyguladığını gösterir. Newton’un üçüncü kuralına göre hava akımı da kanada eşit ve zıt bir kuvvet uygular. Bu kuvvet hem kanadı kaldırmaya hem de geriye doğru itmeye çalışır. Kanadın geriye itilmesi istenmeyen bir durumdur, çünkü uçağın hızını keser. Bu nedenle kanatlar, sürüklenme kuvveti minimum olacak şekilde tasarlanır ve üretilirler.
Hem taşıma kuvveti, hem de sürüklenme kuvveti uçak hızına ve havanın yoğunluğu gibi faktörlerin etkisi ile birlikte hücum açısına bağlı olarak değişir. Bu kuvvetlerin kanada tesir ettikleri nokta, hücum açısı arttıkça kanadın hücum kenarına (kanadın ön tarafındaki kenar) doğru kayar. Bu kayma ise hücum açısının daha da artmasına sebep olur. Bu durumda kanat dengesiz bir hâl alır. Hücum açısının belli bir değerinden sonra taşıma kuvveti birden azalmaya başlar. Kanat artık uçağı havada tutmaz hale gelir. Bu olaya uçak "stall" veya “perdövites” oldu denir.
İstenmeyen sürüklenme kuvvetinin yanında bir de uçağı kanat ekseni etrafında döndürmeye çalışan bir moment meydana gelir ki, bu momenti uçağın burnunu ya yukarı veya aşağı itmek sûretiyle döndürmeye zorlar. Uçağın havada yatay olarak uçabilmesi için bunun önlenmesi gerekir. Bu gâyeyle uçağın arka kısmında yatay kuyruklar bulunur. Bu kuyruklarda meydana gelen kuvvetler bu momenti karşılayarak uçağın dengesini sağlar. Uçan kanat diye adlandırılan uçaklarda ise bu moment, kanadın arka kısmına hareketli bir kısım ekleyerek karşılanmaya çalışılır.
Uçaklarda ihtiyaç duyulan motor, iniş takımları ve yük taşıma kısımları gibi sebeplerden dolayı uçan kanat tipi uçaklar fazla gelişmedi. Bunun yerine kuyrukları kanada bağlayan ve motor gibi sistemleri taşıyan gövdeli tip uçaklar gelişti. Ayrıca uçağın inip kalkabilmesi için tekerlekleri taşıyan iniş takımları ve uçağın dengesinin sağlanması ve manevra yapabilmesi için düşey kuyruklar eklendi. Neticede uçakta gövde, kanat, iniş takımları, yatay ve düşey kuyruk gibi ana elemanlar meydana geldi.
Ana elemanların yanında uçağın sevk ve idâresini sağlamak için çeşitli yardımcı sistemler ve teçhizatlar eklendi. Bunlar uçağın manevra yapmasını ve dengelenmesini sağlayan kumanda yüzeyleri ve bunun kumanda sistemi; yakıt sistemi; uçak hızını, yüksekliğini vs. ölçen gösterge ve âletler, yük ve yolcular için döşeme ve koltuklar gibi genel sistemler ve diğer bazı özel sistemlerdir. Kumanda için kullanılan hidrolik, pnömatik sistemler, muhâbere ve seyrüsefer için kullanılan elektrik ve elektronik sistemler diğer bir deyişle aviyonikler, askeri amaçlar için geliştirilen silâh ve nişangah sistemleri özel sistemlerin başlıcalarıdır. Günümüzde hava araçlarının en pahalı ve önemli bileşenleri aviyoniklerdir. Uçaklar ebat, hız, menzil bakımından geliştikçe yardımcı sistemleri de gelişti ve daha mükemmel hâle geldi.

Kanat [değiştir]
Uçakların en önemli ana elemanıdır. Uçağın taşıma kuvveti bunlarla sağlanır. Ayrıca iç kısımlarının yakıt deposu olarak kullanılması, motor, silâh ve iniş takımlarının ve küçük kanatçıkların bunlar üzerine yerleştirilmesi kanadın diğer görevlerini teşkil eder.
Uçağa üstten bakınca, kanadın uçağın ön tarafındaki kısmına hücum kenarı, arka kısmına firar kenarı denir. Uçağın en sağ ve en sol uç noktalarını teşkil eden kısmına ise kanat ucu denir. Uçak boyuna paralel olarak kanat kesilirse mekik şeklinde bir kesit elde edilir. Kanat profili olarak adlandırılan bu kesit kanadın şeklini belirleyen en önemli faktördür. Günümüzde pekçok ülke tarafından geliştirilmiş çok çeşitli kanat profilleri vardır. Bu profilleri belirtmek için hücum kenarından firar kenarına kadar kanat kalınlığının ne şekilde değiştiğini gösteren tanıtma işâretleri bulunur. Meselâ Amerikan Havacılık Komitesinin (NASA) geliştirdiği kanat profilleri NASA 4415, NASA 23012 gibi işâretlerle belirtilir.
Kanatların üstten bakıldığındaki şekilleri de değişik değişiktir. Bunlar trapez, eliptik, delta şeklinde veya gövde tarafı dikdörtgen, uç kısım trapez olabilir. Hatta uçağın arka kısmına doğru ok açısı denen bir açı yaparak eğik olan kanatlar da vardır. Tecrübî ve teorik çalışmalar en iyi kanat şeklinin eliptik olduğunu göstermesine rağmen imâli zor olduğundan fazla kullanılmamaktadır. Uçakların hızları arttıkça kanatların geriye doğru ok açısı yapması ve neticede bir üçgen veya delta şekline yaklaşması lâzımdır. Bu noktadan hareketle günümüzde kanat şekli uçuş esnâsında pilot tarafından değiştirilebilen süpersonik (ses hızının üstünde bir hızla uçan) uçaklar geliştirildi. Amerikan F-111, Fransız Mirage G8, Rus Mikoyen MiG-23 ve Sukhoi Su-7B ve Avrupa Birliği PANAVIA’nın MRCA Tornado uçakları bu tipten uçaklardır. Bunlara rağmen uçağın dengesini sağlamak için kanatlar öne doğru eğik de yapılır.
Kanatların diğer bir husûsiyeti gövdeye bağlama şekillerinin değişik olmasıdır. Kanatlar gövdenin alt, orta ve üst kısmına bağlanabildiği gibi gövdeye irtibatı kanat dikmeleriyle sağlanacak şekilde gövdeden yukarıda da olabilir. Kanadın taşıma kuvvetini meydana getirmesi için kanat alanının belirli bir değerde olması gerekir. İlk zamanlar kanatlarda fazla dayanıklı olmayan ağaç iskelet ve bez kaplama kullanıldığından kanatlar yanlara doğru fazla uzun yapılamıyordu ve lüzumlu kanat alanını elde etmek için alt alta iki üç tabaka hâlinde kanatlar yapılıyordu. 1930’lara kadar bu tip kanatlar kullanıldı. Sonradan çelik ve alüminyum malzemelerin kullanılmasıyla pekçok dezavantajı olan bu katlı kanatlar târihe karıştı. Günümüzde tek kat kanat kullanılmaktadır. Kanatların gövdeye bağlama yerinin seçimi pekçok faktöre bağlıdır. Meselâ kanadın gövdeye göre yukarda olması, gövdenin yere yakın olmasına bu da yolcu ve yük indirme bindirme işinin kolaylaşmasını sağlar. Ayrıca motor pervanelerinin toprak, taş ve (deniz uçaklarında) sudan zarar görmesine mâni olur. Kanadın gövdeye, gövdenin orta kısmından bağlanması, özellikle avcı uçakları için sağlam ve uygun bir yapıyı teşkil eder. Kanadın gövde altından geçmesi, iniş takımlarının kısa olarak yapılabilmesi, kalkışta taşıma kuvvetinin daha fazla olması, kanat yere yakın olduğundan yere vurma gibi hâllerde yolcuları koruması ve yolcu kabininden geçmediği için özellikle yolcu uçaklarında kullanılan bir kanat yerleştirme şeklidir. Uçağın iki tarafındaki yarı kanatlar aşağı veya yukarı eğik olabilir. Hatta kanat önce aşağı veya yukarı, sonra orta kısmından tekrar ters yöne belli bir açıyla eğik olabilir ve uçağa önden veya arkadan bakıldığında kanatlar komple “M”, “W”, “V” veya ters “V” şeklinde olabilir. Kanadın yatay düzlemle yaptığı bu açılara “Dihedral” denir.
Kanatların diğer bir görevi de kanatçık, slat, flap, aerodinamik fren, spoyler ve kanat ucu plakası gibi uçağın manevra kâbiliyetini ve taşıma kuvvetini arttırmaya yarayan yüzeyleri üzerinde taşımaktır. Kanatçıklar, sağa sola yatışları sağlarlar ve kanadın firar kenarında bulunurlar ve kanat açıklığı boyunca uzanmayıp sâdece az bir kısmını işgâl ederler. Kanadın hücum kenarında bulunan slatlar hava akışını düzenlerler. Flaplar, uçağın iniş ve kalkış anlarında hızı düşünce havada tutunabilmesi için ek bir taşımasağlarlar. Aerodinamik frenler ve spoylerler, inişe geçmek ve inişten sonra kısa bir mesâfede durmak için hızın düşürülmesi gerektiği durumlarda açılarak frenleme yaparlar. Kanat ucu plâkaları, kanadın alt ve üstündeki basınç farkından dolayı meydana gelebilecek hava akımlarına mâni olur ve taşıma kaybını azaltır.
Kanatların içi dolu olmayıp tesir eden kuvvetleri karşılamak için lonjeron denen kiriş ve profili şekillendiren sinirlerin meydana getirdiği bir iskeletten ibarettir. Bu iskeletin dışı profile uygun bir şekilde kaplanarak içi yakıt deposu olarak kullanılır.
Gövde [değiştir]
Gövde esas olarak kanatla kuyruğu birbirine birleştirmesi görevi yanında çeşitli yardımcı sistemleri ve pilotu, bâzı uçaklarda iniş takımlarını, yolcuları, motorları ve silâhları taşımak gibi görevleri de vardır. Uçağın kullanıldığı yere ve şartlara göre değişik gövde şekilleri kullanılır. Meselâ deniz uçaklarının gövdesi denize inip kalkmaya elverişli bir şekilde yapılır. Yüksek irtifalarda uçabilen uçakların gövdeleri meydana gelebilecek basınç farkına dayanacak şekilde yapılır. Uçaklarda pilot ve öğrenci kabininin yan yana veya arka arkaya olması gövdenin şekline tesir eder. Büyük yolcu uçaklarında gövde, yolcuların rahat edebilecekleri şekilde büyük bir silindir gibi yapılır. Savaş avcı uçaklarında ise gövde sadece kanat, motor ve pilot kabinini biraraya getirecek ve sürtünmeyi en düşük seviyede tutacak şekildedir. Ayrıca kanatların gövdeye bağlanış şekli ve yolcu indirme-bindirme gibi faktörler de gövde şekline tesir eder.
Gövdenin yapısı taşıdığı yük, kanat, motor, silâh, iniş takımı ve kuyruk gibi kısımların ağırlığını ve basınç farklarını taşıyabilecek mukavemette olmalıdır. Bu noktadan hareketle üç çeşit gövde yapısı geliştirildi. Bunlar kafes-kiriş, mono-kok ve yarı mono-kok gövdelerdir. Kafes-kiriş yapı hafif uçaklarda kullanılır. Gövdenin kuvvetleri taşıması için bir kafes-kiriş iskeleti yapılır ve bunun üzeri bez, plastik veya hafif maddeden saçlarla kaplanarak aerodinamik şekli verilir. Mono-kok gövdelerde iskelet yoktur, bütün kuvvetleri kaplama saç taşır. Yarı mono-kok gövdedeyse yükleri hem iskeleti meydana getiren kirişler hem de kaplama taşır.
Kuyruk düşey ve yatay stabilize denen yüzeylerden ibârettir. Uçağın dengesini sağladığı gibi sağa sola dönme, burun aşağı veya yukarı gelecek şekilde yunuslama ve dalış, tırmanış hareketlerini de sağlar. Uçağın boyuna, enine ve düşey eksenler etrâfında dönme hareketleri özel adlar taşırlar. Sağa veya sola yatış şeklinde neticelenen boyuna eksen etrâfındaki dönme hareketine yalpa, uçağın burnunun aşağı veya yukarı dönmesi şeklinde neticelenen enine eksen etrafındaki dönmeye yunuslama, dikey eksen etrâfındaki sağa veya sola dönme hareketine ise dönme denir. Uçağın vida gibi döne döne alçalması şeklinde olan diğer bir hareket vril hareketidir. Yalpa hareketini kanadın firar kenarındaki kanatçıklar sağlar. Bunun için kanatçığın biri aşağı diğeri yukarı açılır. Kanatçıklardan biri taşıma kuvvetini arttırırken, diğeri azaltır. Neticede yukarı açılan kanatçık tarafına, yâni taşımanın azaldığı tarafa uçak yalpa yapar.
Uçağa yunuslama, dolayısıyla kabre denen tırmanış ve pike denen dalış hareketini yatay kuyruk sağlar. Kuyruk yukarı çekilirse kuyruk kısmında taşıma azalır ve uçağın burnu yukarı çevrilir. Aksi durumda burun aşağı çevrilir. Yatay kuyruk tek parça olabildiği gibi bir sâbit stabilize bir de hareketli yükseklik dümeni olmak üzere, parçalı da olabilir. Ayrıca hızlı büyük uçaklarda yükseklik dümeninin hareket ettirilmesinde yardımcı olan fletner denen yüzeyler de yükseklik dümeninin firar kenarında bulunurlar.
Düşey kuyruk dümeni uçağın sağa sola dönmesini sağlayarak istikâmetini ayarlar. Bu sebeple buna istikâmet dümeni de denir. Uçağın dengesinin kararlılığını sağlamak için düşey ve yatay kuyruğun firar kenarlarında kompanzatör denen küçük yüzeyler kullanılır. Yatay kuyruk düşey kuyruğun üstüne yerleştirilebildiği gibi düşey kuyruk iki tâne olup, yatay kuyruğun uçlarına da eklenebilir.