Uçakların Havada Nasıl Durduğunu Anlamayanlar İçin Uçakların Nasıl Uçtuğunu Anlatıyoruz!
Çevremizde en çok duyduğumuz veya kendimizin de merak ettiği bir konu. Bu uçaklar nasıl uçuyor? Onlarca ton ağırlığındaki metal kütleleri nasıl oluyor da havada kalıp yer çekimine meydan okuyor? Biz de akıllardan soru işaretlerini kaldırmak için siz okurlarımıza bu içeriği hazırladık. Buyurun.
kaynak: 'bilgi küpü 21. yüzyıla ayak uydurmak için bilmeniz gereken her şey' - ntv yayınları
Öncelikle uçakların havalanmasını ve havada kalmasını sağlayan 4 temel etken var.
1- Kaldırma Kuvveti: Uçağın havalanmasını ve havada kalmasını sağlayan etken. Buradaki kuvvet kanatlardan elde ediliyor.
2- Motor Gücü: Kanatların kaldırma kuvvetini sağlayabilmesi için kanat çevresinden belirli bir hızda hava akımı geçmesi gerekiyor ve bu hava akımı da motorlardan elde ediliyor.
3- Hava Direnci (Geri Sürükleme): Uçağın itme yönünün tersine gelişen bu kuvvet uçağın hava akımına karşı gösterdiği dirençtir.
4- Ağırlık: Uçağın toplam kütlesinin ağırlığıdır. Uçak ne kadar hafifse yer çekimi kuvvetini o kadar kolay yener.
Ve tüm bu etkenler Bernoulli Prensibi'ne dayanır. Peki nedir bu Bernoulli Prensibi?
Akışkanlar dinamiğinde Bernoulli prensibi, sürtünmesiz bir akış boyunca, hızda gerçekleşen bir artışın aynı anda ya basınçta ya da akışkanın potansiyel enerjisinde azalmaya neden olduğunu ifade eder.
Bazen Bernoulli denklemi olarak da geçen bu prensip farklı türlerde akışkan debileri üzerinde uygulanabilir. Aslında farklı türlerde akımlar için farklı Bernoulli denklemleri vardır. Bernoulli prensibinin en basit hali sıkıştırılamaz akımlar (örn. çoğu sıvı akımlar) ve düşük Mach sayısında hareket eden sıkıştırılabilir akımlar (örn. gazlar) için geçerlidir.
Bernoulli prensibi, enerjinin korunumu yasasından çıkarılabilir. Buna göre sabit bir akımda, bir yolda hareket eden akışkanın sahip olduğu tüm mekanik enerjilerin toplamı yine bu yol üzerindeki her noktada eşittir. Bu ifade kinetik ve potansiyel enerji toplamlarının sabit olduğunu ifade eder. Bu yüzden akışkanın hızındaki herhangi bir artış, akışkanın dinamik basıncını ve kinetik enerjisini orantılı olarak artırırken statik basıncını ve potansiyel enerjisini düşürür.
Bernoulli prensibi, direkt olarak Newton'ın 2'nci yasasından da elde edilebilir. Eğer küçük hacimli bir akışkan yatay olarak yüksek basınçlı bölgeden düşük basınçlı bölgeye doğru ilerliyorsa, arkada; önde olduğundan daha fazla basınç var demektir. Bu, akışkan üzerinde net bir kuvvet uygulayarak akım çizgisi boyunca hızlanmasını sağlar.
Kanatların yapısı...
Kanatların şekli üst taraftan hafif bombeli olarak tasarlanmıştır. Bu tasarımın sebebi Bernoulli Prensibi'yle bağlantılıdır.
Gelelim uçakların nasıl havalandığına. Pistteki bir uçağın hareketi sırasında oluşan hava akımı, uçağın kavisli kanatlarıyla ikiye ayrılıyor.
Kanadın üst kısmının biçiminden dolayı, üst hava akımı alt hava akımından farklı bir yol izliyor. Hava akımının hızı üst kısımda alt kısma oranla daha yüksek.
İşte tam burada Bernoulli Prensibi devreye giriyor.
Hız artışının basınçtaki bir azalmayla ortaya çıktığını belirten Bernoulli Prensibi uyarınca, bu durum kanadın aşağısındaki basıncın yukarısındaki basınçtan daha büyük olduğu anlamına geliyor. Böylece yukarıya doğru yönelen ve 'taşıma kuvveti' denen net bir kuvvet oluşuyor.
Uçağın yerden havalanmasını sağlayan şeylerden biri de kanatların hücum açısı, yani kanadın karşıladığı havayla oluşturduğu açı.
Hücum açısı yükselince kanadın karşıladığı hava miktarı artıyor ve böylece hem taşıma kuvveti, hem de sürükleme kuvveti artıyor. Uçağın hızını yükseltmek ya da pervanelerin yardımıyla hava akımı hızını arttırmak, taşıma kuvvetinin sürükleme kuvvetinden daha fazla artmasını sağlıyor. Yani kaldırma kuvvetinin büyüklüğü hücum açısına ve hıza bağlı.
Şimdi de yönlendirme kısmına bakalım. Bir uçak havalandıktan sonra yön dümeni, irtifa dümenleri ve kanatçıklar aracılığıyla yönlendiriliyor.
Pilot bu düzenekleri lövye, volan ve dümen pedallarıyla kontrol ediyor. Kumanda, mekanik bir şekilde kumanda kolları ve bowden kablolarıyla ya da elektronik kumandalı uçuş sistemiyle gerçekleşiyor.
Kanatçıklar uçağın uzunlamasına eksen boyunca hareketini düzenliyor.
Bu harekete yalpa deniyor. Kanatların dış yüzünde yer alan kanatçıklar birbirlerinden bağımsız olarak yukarıya ya da aşağıya doğru hareket ettirilebiliyor. Yani yalpalama (sağa-sola yatma) hareketinin kontrolü kanatçıklar ile sağlanıyor. Bu manevra kanatların taşıma kuvvetini değiştiriyor. Uçak daha küçük taşıma kuvvetli kanadın yönüne doğru yalpa vuruyor. Pilot kabini içinde bulunan kontrol lövyesinin sağa sola hareketi ile kumanda ediliyor. Örneğin, sol yalpa kanatçığını aşağıya indirmek sol kanadı yukarıya, sağ kanadı ise aşağıya indiriyor.
Yön dümeni dikey eksen boyunca uçuş hareketini kumanda ediyor.
Bu harekete kuyruk savurma deniyor. Dümen bir teknedeki gibi, uçağın kuyruğuna dik olarak takılı. Uçak burnunun sağa sola hareket etmesini sağlıyor. Örneğin bu dümeni sağa çevirmek uçağın burnunu da sağa doğru çeviriyor. Genellikle iniş için yere yaklaşırken kullanılıyor ve kanatçıkların bir yan etkisi olan kuyruk savurmayı dengeliyor.
İrtifa dümenleri ise uçak kuyruğunun bir parçası ve uçağı yan ekseni boyunca döndürüyor.
Yani uçağın burnunu kaldırıp indirmesini kumanda ediyor. Bu dümenlerin aşağı hareketi uçağın burnunu aşağı indiriyor. Yukarı hareketi ise uçağın burnunu yukarıya doğru kaldırıyor. Kanatların hücum açısı irtifa dümenleriyle düzenleniyor. Belli uçaklarda dengeli uçuş için ek küçük dümenler kullanılıyor.