Uçaklar nasıl uçar? sorusunun yanıtını bulmak için önce bilimsel yaklaşımlara bakalım. Evrende herşey belirli kurallara göre oluşmaktadır. Örneğin belirli şartlarda suyun sıcaklığı 100 santigrad dereceye çıkarıldığında su kaynamaya başlar.
İnsanoğlu bu kuralları gözlemler, deneyler yaparak açıklamaya çalışır. Bu gözlem ve deneyler sonucunda prensipler ve kanunlar artaya konulur. Uçakların uçuşunun açıklanmasında ve anlaşılmasında bazı bilimsel prensip ve kanunların bilinmesi kolaylık sağlayacaktır. Bu bağlamda bilimsel prensip ve kanun nedir? Kısaca bakalım.
Prensip (İlke) Nedir?
Kavramlar arası ilişkilerden çıkan genellemelere Prensip (İlke) denilmektedir. Prensipler, her türlü tartışmanın dışında, üstünde, anadüşünce ve inanış olarak belirtilmektedir.
Bilimsel Kanun Nedir?
Prensipler zamanla test edilip, farklı durumlar için de doğrulanınca “kanun/yasa” adını alırlar. Tabi bu kanunu yasama organları olan meclisler tarafından yapılan kanunlarla karıştırmayalım. Burada evrenin oluşumunda yaratan tarafından konulan kuraldan bahsediyoruz. Örneğin, yer çekim kanunu.
Tekrarlanan gözlem ve deneylerle, aynı şartlarda aynı sonuçları verdiği kesin olarak belirlenen, akla ve mantığa uygun, genel kanıya göre kabul görmüş, değişmez nitelik kazanmış, yanlışlanma olasılığı olmayan gerçek bilgiye, kanun denir. Kanunlar değişmezlik ilkesine sahiptir. Bilimsel olarak yanlışlamaya çalıştığınızda, kanunu çökertmeniz mümkün olmaz. Kanunlar en gerçek değişmezlerdir.Bernoulli Prensibi Nedir?
Bu tanımlar sonrasında uçuşunun temel mantığını açıklamakta yardımcı olan Bernoulli prensibi nedir? Kısaca inceleyelim. Matematikçi bilim insanı Daniel Bernoulli tarafından 1738 yılında yayımlanan “Hydrodynamica” kitabında ortaya koyduğu prensibe göre; bir akışkanın hızı arttıkça , o akışkan içindeki basınç azalır veya tersine olarak bir akışkanın hızı azaldıkça o akışkan içindeki basınçta artar.
Bernoulli Örnek 1
Bir bahçe hortumundaki suyun çıkış ucunu baş parmağınızla sıkıştırdığınız zaman, çıkış deliği daralır ve su yüksek hızla dışarıya çıkar. Su hortum içinde mi yoksa havada olduğu zaman mı daha büyük basınç altındadır? Bu soruya, başparmağınızla hortum içindeki suyu nasıl zorla sıkıştırdığınıza dikkat ederek, cevap verebilirsiniz. Yanı hortumun içindeki basınç, kesinlikle atmosfer basıncından daha büyüktür.
Bernoulli Örnek 2
Bir başka örnekle açıklamaya çalışacak olursak, elinize bir A4 kağıt alıp üst kısmına üflediğinizde kağıdın yukarı doğru hareket ettiğini gözlemleyecekiniz. Bu basit deneyle Bernoulli Prensibini siz de kolaylıkla test edebilirsiniz. Kağıdın üst kısmındaki havanın hızı arttığı için kağıdın üst kısmına uygulanan basınç düşecek ve kağıdın alt kısmındaki atmosfer basıncı üst kısmından fazla olacağı için kağıt havalanacaktır.
Bernoulli Örnek 3
Son bir örnekle Bernoulli Prensibini test edecek olursak, iki adet boş kola kutularının arasından pipetle kuvvetlice üflediğinizde kutuların arasındaki havanın hızı artacak va kutuların üflediğiniz tarafına uygulanan basınç düşecek ve kola kutuları birbirine yaklaşmaya başlayacaktır.
Birazdan anlatacağım uçağın uçuşunu daha iyi kavrayabilmeniz için burada özellikle dikkatinizi çekmek istediğim husus kola kutularının boş oluşudur. Bu deneyi dolu kola kutuları ile de yapabilirsiniz ama üfleme ile oluşturduğunuz hız istenilen basıncın oluşması için yetersiz olacak ve kola kutularını birbirine yaklaşmayacaktır. Ama saç kurutma makinasıyla veya özel bir düzenekle içinde çok az kalmış kola kutularını birbirine yaklaştırmak için gereken basıncı oluşturabilirsiniz.
Newton'un Üçüncü Hareket Kanunu Nedir?
Şimdi de 5 Temmuz 1687 tarihinde matematikçi ve fizikçi bilim insanı Isaac Newton tarafından yayımlanan “Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri” kitabında ortaya koyduğu kanunlara bakalım. Newton, kitabında “bir cisim üzerine etki eden kuvvetler ve cismin hareketi arasındaki ilişkileri” açıklamıştır.
Newton’un ortaya koyduğu yaklaşımlar yıllar içinde sayısız testten geçmiş ve bilimsel olarak yanlışlanamamıştır. Uçakların uçmasıyla ilgili olması nedeniyle bu sunumda sadece Newton’un üçüncü kanununu ele alacağız. Newton’un üçüncü hareket kanununa göre; her etki kuvvetine karşılık, ters yönde ve eşit büyüklükte bir tepki kuvveti vardır.Uçaklar Nasıl Uçar? Yerde İlk Çalıştırma
Bernoulli Prensibini ve Newton’un üçüncü hareket kanununu kavradıktan sonra uçağa binip çalıştırmaya hazırız. Uçağın çalıştırılmasına ilişkin hususları Yardımcı Güç Ünitesi (Auxiliary Power Unit –APU) ile ilgili sunumda ayrıntılı olarak ele almıştık.
Uçağı çalıştırmadan önce bir ifadenin netleştirilmesinde fayda olacaktır. Uçak çalıştırılmadan uçak çeker cihazları ile istenilen yere çekilebilmektedir. Bu şekilde uçak hareket ettiğinde uçak çekimi yapılmış olur. Ama uçak çalışarak kendi motorları ile yerde hareket ettiğinde taksi yapmış olur. Bu ayrıntıyı da ifade ettikten sonra uçak motorlarını çalıştırabiliriz.Uçaklar Nasıl Uçar? İtme Kuvveti Oluşumu
Bu noktada uçağa etki eden kuvvetleri açıklamamız gerekecek. Uçağa etki eden dört ayrı kuvvet bulunmaktadır. Bunlar, itme kuvveti, sürtünme kuvveti, kaldırma kuvveti ve uçağın ağırlık kuvvetidir. Uçak park yerinde çalıştığında hemen ileri doğru hareket etmez. Çünkü uçak idle yani arabalardaki rolantide çalışırken uçaklar sürtünme kuvvetinden düşük kuvvet ürettiği için ileri hareket edemezler.
Biraz önce açıklamaya çalıştığımız Newton’un üçüncü kanunu tam da burada devreye giriyor. Uçak motorları devrini artırdığında, egsozundan çıkan gazların etki kuvvetine ters yönde ve eşit büyüklükte bir tepki kuvveti oluşarak itme kuvveti oluşmaktadır. Etki kuvveti uçağın sürtünme kuvvetinin üzerine çıktığında, uçağı ileri doğru hareket ettirmektedir. Sizler de evinizde etki tepki kuvvetini balonla yapacağınız basit düzeneklerle test edebilirsiniz. Örneğin, şişirdiğiniz bir balonu bırakarak balonun nasıl ileri hareket ettiğini basitçe gözlemleyebilirsiniz.
Newton'un Üçüncü Kanunu Flyboard Örneği
Newton’un üçüncü kanununun görsel olarak anlaşılmasında eğlence amaçlı kullanılan flyboard’lara bakabiliriz. Uçaklarda etki oluşturmak için akışkan olan sıcak hava gazı kullanılırken flyboard’da yine akışkan olan deniz suyu kullanılmaktadır. Sistem aynı mantıkla çalışmaktadır.
Uçağın Taksi Süreci
Uçak pist başına giderken nasıl kontrol edildiğini de kısaca açıklamak istiyorum. Arabalarda sağa veya sola dönüşler direksiyon yardımıyla yapılmaktadır. Uçaklarda ise sağa veya sola dönüşler rudder pedallara basılarak yapılmaktadır. Rudder pedallar uçağın tekerlerini sağa yada sola çevirerek istediğimiz yöne gitmemize imkan sağlar. Sağ ve sol pedallar senkronize çalışmaktadır. Sağ pedala basıldığında sol pedal yukarı doğru, sol pedala basıldığında da sağ pedal yukarı doğru hareket etmektedir. Pilot tarafından dönmek istediği yöndeki pedala basmak suretiyle taksi sürecinde sağa veya sola dönüş yapılabilmektedir. Her iki pedala aynı anda basıldığında uçak fren yapmaktadır. Uçaklar ilk harekete geçince ilk olarak frenlere basarak test edilmesi gerekmektedir. Frenlerde sorun olması durumunda daha fazla hareket edilmeden sorunun giderilmesi gerekmektedir. Uçağın pist başına kadar hangi güzergahtan gideceği, hangi pisti kullacağı gibi hususlar havaalanı kontrol kulesinde bulunan yer kontrolörü tarafından pilota bildirilmektedir.
Bernoulli Prensibine Göre Uçağın Kalkışı Nasıl Olur?
Uçağın taksi yaparak pist başına geldiğini düşünelim. Uçak pist başında hazır ve kuleden gelen talimatı beklemektedir. Bu aşamada uçağa etki eden kuvvetlere tekrar bakalım. Uçağın havalanabilmesi için kaldırma kuvvetinin ağırlık kuvvetinden fazla olması gerekmektedir. Uçağın kaldırma kuvvetinin oluşmasında Bernoulli prensibi devreye girmektedir.
Uçağın kanatları, aerodinamik tasarımı gereği, alt tarafı düz, üst tarafı eğimli şekilde tasarlanmaktadır. Airfoil de denilen bu kanat yapısı, uçaktaki kaldırma kuvvetinin oluşmasına imkan sağlamaktadır. Az önce Bernoulli prensibini açıklarken ifade ettiğimiz gibi, akışkanın hızı arttıkça, o akışkan içindeki basınç azalmaktadır. Uçak pistte hızlanmaya başladığında kanadın üst kısmından geçen hava, alt kısmından geçen havadan daha hızlı olur. Bu nedenle kanadın üstünde basınç düşerken, kanadın altında daha kuvvetli basınç alanı oluşur. Uçak kalkış için belirli bir hıza ulaştığında kanatlarda oluşan kaldırma kuvveti uçağın ağırlık kuvvetini geçerek uçağın havaya doğru kalkış yapmasını sağlar. Uçak boşken bu kalkış kuvveti daha kısa mesafede oluşurken uçağın yüklü olduğu durumlarda kalkış kuvveti daha uzun mesafede elde edilebilmektedir.Uçaklar Nasıl Uçar? Hangi Eksenlerde Hareket Eder?
Şimdi de uçak havalandıktan sonra nasıl hareket ettiğini ve uçaklar nasıl uçar? sorusunun cevabını inceleyelim. Uçak havada üç eksende hareket etmektedir. Bunlar; yanal eksen, dikey eksen ve boylamsal eksendir. Uçağın bu üç eksende hareket edebilmesi amacıyla uçuş kontrol yüzeyleri kullanılmaktadır.
Uçaklar Nasıl Uçar? Dikey Eksende Hareket
İlk olarak dikey eksende hareketi inceleyelim. Uçak taksi yaparken kokpitte bulunan pedallara basarak uçağın tekerlerinin sağa ve sola hareket ederek dikey eksende dönüş yaptığını ifade etmiştik. Uçak havadayken de uçağın dikey eksende hareketi aynı şekilde rudder pedallar vasıtasıyla gerçekleşmektedir. Fakat rudder pedallara yerde basıldığında tekerleri döndürürken, havada dönüş kuyruk dümeni vasıtasıyla sağlanmaktadır.
Örneğin; sağ pedala basıldığında rudder yani kuyruk dümeni sağ yöne dönüş yaparak uçağın dikey eksende sağa dönmesini sağlar. Sol rudder pedala basıldığında aynı şekilde uçak dikey eksende sola döner.Uçaklar Nasıl Uçar? Boylamsal Eksende Hareket
Uçakta boylamsal ve yanal eksende hareket elde etmek için joystik veya uçuş dümeni kullanılmaktadır. Joystik sağa yatırıldığında aileronların hareketiyle uçak boylamsal eksende sağa yatar. Aynı şekilde joystik sola yatırıldığında boylamsal eksende uçak sola yatar.
Uçaklar Nasıl Uçar? Yanal Eksende Hareket
Uçağın yanal eksende hareketi kuruk bölümünde yer alan Elevatörler ile sağlanmaktadır. Joystik geriye çekildiğinde elevatörler hareket ederek uçağın tırmanışa geçmesini sağlar. Joystik ileri doğru itildiğinde ise tam tersi yönde hareket gerçekleşir. Uçak sistemlerini ayrı ayrı ve ayrıntılı olarak ele alacağımız serinin “Uçuş kontrol sistemleri” sunumunda çok daha ayrıntılı açıklama yapılacağını belirterek uçuş kontrol sistemlerini tamamlayalım.
Uçaklar Nasıl Uçar? İniş Süreci Nasıl Gerçekleşir
Uçak bir havaalanından diğerine gittikten sonra iniş için piste yaklaşmaya başlar. Planör ve pistonlu motorlu küçük uçaklarda genellikle iniş esnasında iniş süzülerek gerçekleşir. Fakat çok daha büyük yapıda uçaklarda uçağın havada hızının azaltılması amacıyla ilave sistemlere ihtiyacı olmaktadır.
Bu tür büyük uçaklarda uçak piste iniş yaptığında spoiler paneleri kaldırılarak kanat yapısını bozulur. Böylelikle kanadın üst tarafı ile alt tarafı arasında farklılık azalarak kanatlar kaldırma kuvveti oluşturmayacak bir yapıya dönüşür. Böylece uçaktaki sürtünme kuvveti artırılmış ve aerodinamik olarak frenleme yapılmış olur. Ayrıca uçağın tüm ağırlığıyla piste tutunmasına da imkan sağlar. Bu sayede tekerleklerde bulunan frenler etkili bir şekilde uçağı durdurabilir. Spoilerlere speed brake adı da verilmektedir.