- Uçak Nasıl Uçar ?
Bu sorunun cevabı açık gibi gelebilir ama uçak tasarımında
diğer uçabilen her nesneden bir şeyler bulabilirsiniz. Eğer uçak uçamıyor ise
kocaman bir hiçtir. Bir uçak tasarlamanın ilk ve en önemli adımı uçağı uçuranın
ne olduğunu iyi anlamaktır. Bu konu anlaşıldığında, uçakta yapacağınız
değişikliklerin uçuşu nasıl etkileyeceğini kestirebilirsiniz.
- Temel Prensipler
İstanbul’dan Trabzon’a uçan, Boeing 737, yolcu uçağını örnek
olarak inceleyebiliriz. Şimdilik uçağımızın kalkış ve inişini dikkate almayıp,
“cruise” olarak adlandırılan sabit hızdaki uçağımızın ana kesitine bakacağız. Bu
süre boyunca uçak; yavaşlamayıp hızlanmayacak, alçalıp yükselmeyecek ve sağa
sola dönmeyecektir. Uçağımız düzgün hat boyunca sabit hızla ilerlemektedir. Bu
süre zarfında uçağımıza etkiyen dört ana kuvvet vardır. Bu kuvvetler; ağırlık,
kaldırma kuvveti, itki kuvveti ve direnç kuvvetidir.
Ağırlık, yer çekimi kuvveti tarafından uçağı aşağı çeken
kuvvettir. Dünya üzerindeki bütün nesneler yer çekimi kuvveti ile dünya
merkezine doğru çekilirler. Kütlesi fazla olan nesneler daha büyük yer çekimi
kuvvetine maruz kalırlar. Baktığımız bu uçakta bir an için ağırlığın uçaktaki
tek kuvvet olduğunu düşünürsek, uçak zemine doğru düşerdi. Uçağın uçması için
ikinci bir kuvvetin uçağı yukarı doğru itmesi gerekmektedir. Biz buna “lift”
yani kaldırma kuvveti diyoruz.
Kaldırma kuvveti uçak havada hareket ederken uçak tarafından
daha çok kanatları tarafından oluşturulur. Uçağın kanatları “airfoil” diye
adlandırdığımız özel bir tasarıma sahiptir ki bu tasarım ile kanadın üst
kısmındaki hava akışının alt kısma göre daha hızlı olmasını sağlar. Yavaş
hareket eden hava kanatın altında kanatın üzerindeki hızlı hareket eden havaya
göre daha fazla basınç oluşturmak sureti ile yukarı yönlü kuvvet oluşturarak
ağırlık kuvvetini dengeler.
Direnç kuvvetini “drag” olarak adlandırırız ki bu kuvvet
uçağın hareketi ile oluşur. Cisimler akışkanların içinde (su, hava gibi)
hareket ederse, akışkanlar hareketin tersi yönünde bir kuvvet oluşturur. Örnek
olarak, suyun içindeki bir topa vurduğunuzda vurduğunuz yönde hareket edecektir
ama gittikçe yavaşlayacaktır ta ki durana kadar. Bunun nedeni topun hareketine
karşılık suyun ters yönde kuvvet oluşturmasıdır. Havada harekette de benzer
olarak, uçak sabit hızla ileri hareket ederken direnç kuvvetinin de üstesinden
gelmelidir.
İtki kuvveti dediğimiz, havacılıkta ise “thrust” kuvveti
olarak adlandırılan bu kuvveti uçaklarda tahmin edileceği üzere uçağın
motorları oluşturur. Bu kuvvet uçağı havada ileriye doğru çeker aynı zamanda da
direnç kuvvetine karşı iş yapmış olur. Uçakların itki kuvveti oluşturma adına
çok çeşitli motorları olabilir. Bu motorlar genellikle pervanenin dönmesi ile
ya da hava akışı ile itki kuvveti üretirler. Pervanelerde var olan birçok
kanatçıkların dönmesi ile havada uçağı ileriye çeken kuvveti oluştururlar. Her
kanatçığın kesit profili adeta bir kanat gibidir ve her biri kaldırma kuvveti
oluştururlar. Jet motorlarında var olan fanlar pervane gibi davranır ve ek
olarak hava akışını bir miktar daha hızlandırır. Motora giren hava uçaktan çok
daha hızlı hareket eder ama hava daha az kütleye sahiptir. İtme gücünü
sağlayan, hava akımına ilave edilen momentum, uçağa ilave edilen momentum
tarafından dengelenir.
Özetle;
·
Ağırlık
uçağı aşağı çeker. (Weight)
·
Kaldırma
kuvveti uçağı yukarı iter. (Lift)
·
Direnç
kuvveti uçağı geriye doğru çeker. (Drag)
·
İtki
kuvveti uçağı ileriye iter. (Thrust)
Bu dört kuvvet uçağın hangi yöne gideceğini belirler. Mesela,
itki kuvveti direnç kuvvetinden büyük olursa uçak hızlanacaktır. Eğer kaldırma
kuvveti, ağırlık kuvvetinden büyük olursa uçak yükselecektir.