Uçak motorları hakkında bilgi vermeden önce bazı kavramların netleştirilmesinde fayda olacaktır. Hava araçlarını ifade ederken genellikle uçak kavramını kullanmaktayız. Hava aracı sınıflandırmasına baktığımızda, aslında uçak, hava araçlarından sadece biridir. Bu nedenle hava aracı motoru ifadesinin kullanılması çok daha uygun olacaktır. Fakat alışkanlıklardan dolayı bu yazıda da yer yer uçak motorları ifadesini kullanacağız. Hava araçlarının sınıflandırılmasına baktığımızda havadan hafif ve havadan ağır hava araçları olarak iki sınıfta ele alabiliriz. Uçaklar havadan ağır motorlu hava araçları sınıfında, atmosferde havanın reaksiyonlarından kaldırma kuvveti elde eden bir çeşit hava aracıdır.
Uçak kanatlarının kaldırma
kuvveti oluşturabilmesi için, hava akımının oluşması gerekmekte ve bu amaçla itme
kuvvetine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kuvvetin elde edilmesinde uçaklarda, pistonlu
ve gaz türbinli motorlar olarak iki çeşit motor kullanılmaktadır.
Pistonlu Uçak Motorları
Şekilde de görüldüğü gibi
pistonlu uçak motorları, kendi içinde üç farklı şekilde sınıflandırılabilir. Kullanılan
yakıt durumuna göre, dizel ve benzinli olarak; piston sıralamasına göre V tipi,
sıra tipi, radyal (yıldız) tip olarak; soğutma sistemine göre, su soğutmalı
veya hava soğutmalı olarak sınıflandırılabilmektedir.
Pistonlu uçak motorları genellikle
eğitim uçakları, tarım uçakları gibi küçük genel havacılık uçaklarında sıklıkla
kullanılmaktadır. Üretici firmalar tarafından uçak dizayn aşamasında, uçağın
hızı saatte 400 km’nin altında ve küçük uçak ihtiyacının giderilmesinde maliyet
etkinlik yönünden genellikle pistonlu uçak motorları tercih edilmektedir.
Pistonlu uçak motorlarının çalışma
prensiplerinden dolayı belirli bir irtifanın üzerinde istenilen performansı
gösterememektedir. Bu nedenle seyir halinde atmosferik durumlardan kolaylıkla
etkilenmektedir. Örneğin, jet uçaklarında belirli irtifaların üzerine çıkılarak
yağmur, kar gibi durumlardan etkilenmezken pistonlu motor kullanan uçaklar hava
durumundan kolaylıkla etkilenmektedir.
Gaz Türbinli Uçak Motorları
Gaz türbinli motorlar turbojet,
turbofan, turbo prop ve turbo şaft olarak dörde ayrılmaktadır. Gaz türbinli
motor yerine genellikle jet motor ifadesi kullanılmaktadır. Bunun en önemli
sebebi ilk olarak jet motorun icat edilmesi, daha sonraki süreçlerde turbofan,
tuboprop ve turbo şaft motorların geliştirilmesidir.
Gaz türbinli motor mimarisinde üç önemli dönüm noktası bulunmaktadır. İlk dönem 1930’ların sonu ve 1940’larda kullanılan tek akışlı (single spool) jet motorlarıdır. Bu motorlar pistonlu motorlara kıyasla yüksek hız ve yüksek irtifalara ulaşabilmelerinden dolayı genellikle askerî savaş uçaklarında kullanılmıştır. Jet motorlar ilk yıllarda sivil havayolu taşımacılığının ilgisini çekmese de 1950’li yılların başında geliştirilen çift akışlı (dual spool) jet motorlar, farklı bir dönemin başlamasına vesile olmuştur. Tek akışlı jet motorlara göre yaklaşık %10 tasarruf sağlaması, daha yüksek takat elde edilmesi ve daha az gürültülü olması ticari uçaklarda jet motorunun kullanılmasına olumlu yönde etki etmiştir. Jet motorların üçüncü dönemi olarak kabul edilebilecek gelişme 1970’li yıllarda turbofan motorların geliştirilmesiyle yaşanmıştır. Turbofan motorlar, ikinci hava akışının daha fazla olmasına imkân sağlayarak ilave yüzde onluk bir yakıt tasarrufu sağlamıştır. Ayrıca motor gürültüsü, jet motorlara kıyasla oldukça azalmış ve bakım maliyetleri de düşmüştür.
İlk Gaz Türbinli Uçak Motoru Kullanan Yolcu Uçağı
İngiliz De Havilland şirketi tarafından geliştirilen De Havilland Comet uçağı, “dünyanın ilk jet motorlu yolcu uçağı” olarak ilk uçuşunu 1949 yılında ve ilk ticari uçuşunu ise Mayıs 1952’de yapmıştır. Bu dönemde ABD’de faaliyet gösteren Pazar lideri konumundaki firmaların ürettiği pervaneli pistonlu motorlar sivil havayolu taşımacılığında yaygın olarak kullanılmaktaydı. O dönem pistonlu motorlar ortalama saatte 500 km hıza ulaşabilmekteydi. İngiliz yapımı Comet, kullanmış olduğu jet motorları sayesinde 12 kilometre irtifaya ve saatte 740 km sürate ulaşabilmiştir. Comet ayrıca yüksek irtifada uçabilmesi nedeniyle atmosferik etkilerden kurtulmaktaydı. Comet uçağının kullanıma başladığı ilk yıllarda şanssızlıklar peşini bırakmamış ve beklenmeyen uçak kazaları yaşanmıştır. 10 Ocak 1954 tarihinde Comet uçağının havada parçalanarak düşmesi sonrasında ikinci Comet’de Roma Kahire uçuşu esnasında düşmüştür. Her iki uçağın düşmesinde uçakların, belirli bir irtifanın üzerine çıkmaları neden olmuştur. Yüksek irtifalarda atmosfer basıncının düşmesiyle uçağın içi ile dışı arasında basınç farklılığı oluşmuş ve uçak gövdesinde stres meydana gelmiştir. Ayrıca uçağın camlarının dikdörtgen şeklinde imal edilmesi de uçakların gövde yapısını olumsuz yönde etkilemiştir. Günümüzde uçaklarda kullanılan camların yuvarlak oluşu o yıllarda edinilen tecrübelerin sonucudur. 1954 yılına kadar yaşanan kazalar sonrasında aynı yıl İngiliz Havacılık otoritesi tarafından Comet’in uçuşları durdurulmuştur.
İlk Gaz Türbinli Uçak Motoru Kullanan Başarılı Yolcu Uçağı
Bu sırada Sovyetler Birliği
Tupolev firması tarafından üretilen Tupolev Tu-104, dar gövdeli jet yolcu
uçağı, ilk uçuşunu 17 Haziran 1955 tarihinde gerçekleştirmiş ve ticari olarak
uçuşlarına 1956 yılında başlamış ve 1958 yılına kadar dünyanın tek ticari jet
uçağı olma özelliğini taşımıştır. Uçak, de Havilland Comet’in ardından dünyanın
ikinci jet yolcu uçağı ve hizmete giren ilk jet yolcu uçağı ünvanını almıştır.
Fakat o dönem yaşanan soğuk savaşın da etkisiyle havayolu işletmeleri
tarafından bu uçak tercih edilmemiştir.
İngiliz Comet firması tarafından edinilen tecrübenin de katkısıyla Boeing firması Boeing 707 uçaklarını başarılı bir şekilde geliştirmiştir. Aynı dönemde Douglas firması tarafından da jet yolcu uçağı olarak DC-8 geliştirilmiştir. Pan Am Havayolu şirketi bu dönemde 20 adet Boeing 707, 25 adet Douglas DC-8 uçak siparişi vererek diğer havayolu şirketlerinin de jet uçaklara ilgisinin artmasında etkili olmuştur. Bu dönemde Douglas firmasının DC-8 uçakları, daha önceki ürettikleri uçakların başarısından dolayı havayolu şirketleri tarafından daha fazla tercih edilmekteydi. Fakat Pan Am Havayolu şirketi tarafından Boeing 707 ile Ekim 1958’de New York’dan Londra’ya gerçekleşen ilk jet uçuşu, havacılıkta yeni bir dönemin başlamasında ve Boeing 707’in, Douglas DC-8’e üstünlük sağlamasında etkili olmuştur. Boeing firmasının Boeing 707 uçaklarında elde ettiği başarı dünyada günümüzde de en yaygın kullanılan marka olmasında etkili olmuştur.
Gaz Türbinli Uçak Motorların Farkları Nelerdir?
Uçak dizayn aşamasında, gaz
türbinli uçak motorları genellikle yüksek irtifalarda ve yüksek süratlerde daha
maliyet etkin olmaktadırlar. Uçağın sürati saatte 290 km – 560 km arasında
olacaksa ve yük taşımacılığında kullanılacaksa turboprop motorlar daha maliyet
etkin olmaktadırlar. Saatte 560 km ile 1100 km (yaklaşık 0.9 Mach) sürat
arasında uçak dizayn edilecekse genellikle turbofan motor tercih edilmektedir. Ayrıca,
ses hızının üzerinde bir uçak tasarımında, en uygun motor tipi, düşük baypas
turbofan veya turbojet motorlarından biri olmaktadır. Ses hızının üzerinde uçuş
gerçekleşebilmesi amacıyla motorların egzos kısmının sonradan yanma
(afterburner) özellikli olması da gerekmektedir.
Turbofan uçak motorlarında kompresör kısmının önünde ilaveten fan kısmı yer
almakta ve fan kısmından giren havanın bir kısmı kompresör kısmına girerken
(kor kısmı da denilmektedir) bir kısmı da kompresörün dışından geçerek hem
soğumaya yardımcı olmakta hem de gürültünün azalmasına katkı sağlamaktadır.
Turbofan motorlar düşük baypas ve yüksek baypas olarak iki çeşitte
üretilmektedir.
Turbopropeller (Turboprop) tipi gaz türbinli uçak motorları, jet motor, devir düşürücü dişli kutusu ve pervane bölümlerinin tamamına verilen isimdir. Bu tip motorlarda gaz türbinden elde edilen takat, devir düşürücü dişli kutusu vasıtasıyla pervanelere iletilmektedir. Diğer jetlerle kıyaslandığında daha kısa mesafede iniş kalkış yapabilme kabiliyetine sahip olması nedeniyle özellikle askeri havacılık alanınada nakliye uçağı motorlarında tercih edilmektedir. C-130, C-160, A400M askeri nakliye uçaklarında turboprop motorlar tercih edilmektedir. Turboprop motorlarda itme kuvvetinin %80-85’i pervanelerden sağlanırken diğer kısmı egzos kısmından sağlanmaktadır.
Turboshaft tipi gaz türbinli uçak motorlarında dönüş kuvveti şafta
aktarılmakta ve bu şaft vasıtasıyla helikopterlerin palelerinin dönüşü
sağlanmaktadır. Turboshaft motorlar günümüzde helikopterlerde kullanılmaktadır.
Havadan Haberler
Havacılık ve Uzay Liseleri
Rüzgar Tüneli Nedir? | TUSAŞ Büyük Ses Altı Akustik Rüzgar Tüneli Projesi
