Uçaklar 'Ezgi Akyol'
Şimdiye kadar ki yazılarımda motoruz hava araçlarından bahsetmiştim, bu çok hafif hava araçları sınıfına giren ve genellikle sportif havacılıkta kullanılan motorsuz hava araçlarının ortak özelliği tamamen havanın uçuş anında ki durumuna ve pilota bağlı olarak şekilleniyordu.
Peki ya hava koşulları yeterince zorluysa ve sportif havacılıktan başka seçeneklerimiz de varsa motorlu hava araçlarına geçelim mi?
Hepimizin bildiği sivil ve ticari havacılığın temeli motorlu uçaklar….
Uçaklar deyince işin içine çok karmaşık mühendislik hesapları, zorlu pilotaj eğitimleri gibi şeyler gelse de insanın aklına, bunun temeline inmek basit aslında. Size bu temeli vermem deki amaç özünde iki soruya dayanıyor:
Uçmak mı? Süzülmek mi?
Bu iki soruyu unutmayın ileride bize lazım olacak….
Uçakların genel yapılarından başlayalım o zaman.
Genelinde 5 temel kısımdan oluşur. Bazı özel yapım uçaklarda bu bölümler farklıklar gösterebilir. Bu kısımların çoğu kompozit malzeme, Aliminyum, Titanyum, Çelik ve diğer malzemelerden üretilir.
Gövde, Uçakta bulunan bütün bölmeler, bir şekilde gövdeye bağlanmaktadır. Bu tür bağlantılar uçağın gövdesini çok dayanıklı bir şekilde tasarlanmaya zorlar. Kanat ve kuyruk takımının gövdeye bir şekilde bağlı olması, uçağın taşıma kuvvetini temsil etmektedir.
Kanat, Uçuş sırasında havada kalıp sürekliliğin sağlaması için, taşıma kuvvetine ihtiyaç vardır. Kanatların fiziksel yapılarına bakarsak, üst kısımlarının şişkin, alt kısımlarının daha düz olduğunu görürüz. Bu yapı sayesinde, kanadın üst ve alt yüzeyinde meydana gelen hava basıncı arasında ters bir orantı kurulmaktadır. Akan hava ne kadar çoksa, kanadın yüzeyindeki hava basıncı da o kadar az olmaktadır. Bu nedenle de, kanadın alt kısmında bulunan basınç, üst kısmından daha az olur ve alt taraftaki yüksek basınç, uçağın kanatlarını yukarıya doğru iter. Birde pilot tarafından kontrol edilen flap ve kanatçık denilen hareketli yapılar bulunur. Mesela, flaplar uçağın inişi esnasında hızı düşürmek için, kanatçıklar ise, uçağı döndürmek ve yana yatırmak için kullanılır.
Kuyruk takımı, düşey stabilize ve yatay stabilize yüzeyleri olarak iki şekildedir. Bu iki yüzeyin görevi ise uçağın dengeli bir uçuş yapmasını sağlamaktır. Düşey stabilizenin arka kısmında bir yön dümeni bulunmaktadır. Bu dümen hareketli olmakla birlikte uçağın sağa ve de sola dönmesini sağlamaktadır.
İniş takımları, Uçaklar havalanmaya hazırlanırken ve yere inince iniş takımları denilen sistemin üstüne yol almaktadır. İniş takımları, tekerleklerden tekerleri gövdeye bağlayan dikmelerden meydana gelmektedir. Uçaklar inişe geçerken, yere ilk değdiği zaman dikmelerde kuvvete bağlı olarak bir gerilim yaşanmaktadır. Bu sebeple, bu takımlar darbeleri soğutucu özelliğe sahiptir.
Motorlar, Kısa menzilli ve küçük uçaklarda kullanılan pistonlu pervane-motor sistemidir. Gaz türbinli motor adı verilen motorlar ise, uçaklarda kullanılan ikinci tür motorlardır. Bunlar hem pervaneyi döndürme, hem de jet motoru olma özelliğinde olabilmektedir. Türbinli motorlar, pistonlu motorlardan daha hafiftir.
Bazı şeyleri belirgin olarak görmeye alışığız, çünkü bir şeyin nasıl veya neden o şekilde olduğunu anladığımız konusunda ikna olabilirsek, o konuda ki merakımızı da gidermiş oluruz. Peki Evren de her şey bu kadar belirgin midir?
Uçakların uçabilmesini sağlayan şeyin motorları veya kanatları olduğunu düşünüyorsak, kısmen de olsa yanılıyor olabilir miyiz? 
Bakıldığında uçağı uçuran şeyin motorlar olduğunu zannedebiliriz, fakat motor uçağa sadece itme gücü verebilir. Bu durumda motorlar ne yapmış olur uçağı yalnızca ileriye doğru itmiş olur, havaya doğru değil. Bunu daha önceki yazılarım da bahsettiğim motorsuz hava araçları olan yamaç paraşütünde ve yelken kanat ta pilotun koşarak tepede hız kazanıp kalkmasına veya planörün vinç yardımı ile hız kazanıp yükselmesine benzetebiliriz. Motor ileri doğru itişi sağladıktan sonra havaya doğru itmesini sağlayan şey, kanatlardır. Kanatların da bunu başarabilmesini sağlayan şey, kanadın yapısal şeklidir. Motor uçağı ileri ittikçe, kanatlar üzerlerine gelen havayı ikiye yarar ve bir kısmı kanadın üzerinden geçerken, diğer kısmı altından akar.
Ama kanadın kesidine bakacak olursak, asimetrik bir damlacığa benzediğini görürüz. Bunun sonucunda, üst taraftan akan hava, aynı zaman aralığında aynı miktarda yolu kat edebilmek için hızlanmak zorunda kalır. Bernoulli Prensibi çerçevesinde, hızı artan bir havanın basıncı düşer. Bu da, kanadın üstündeki basıncın düşmesine neden olur. Alt taraf ise basınç aynı kalır. Bu da, kanadı yukarı doğru iter ve uçak bu sayede havalanır. Yani olay sadece motorlarda değil, aynı zaman da kanadın şeklindedir.
Ne kadar açıklayıcı oldu, öyle değil mi? Hemen her sitede bulunan bilgiler paylaştım aslında sizinle şimdiye kadar. Ama hala soru işaretleri var uçakların aslında nasıl uçtuğu ile ilgili…
Standart açıklamamız neydi? Kanadın üstünden ve altından akan havanın, kanadın arka ucuna aynı anda varabilmek için farklı hızlarda hareket ettiği. Yani üstteki hava, daha uzun yol kat etmek için hızlanıyor ve bu nedenle basıncı düşüyor. Peki ama, ikiye ayrılan hava molekülleri neden aynı anda kanadın sonuna varmak zorunda olsun ki? Pekala kanadın üstündeki hava molekülleri, altındakilere göre daha hızlı ve önce varabilir ya da tam tersi de mümkün olabilir.
Eğer uçakların uçma prensibi sadece bu olsaydı, akrobasi uçakları baş aşağı uçabilir miydi? Mesela Boeing gibi uçaklar da teorik olarak baş aşağı uçabilir. Bir rüzgar tüneli deneyi de bulunuyor . Ama tabi ki gerçek hayatta hidrolik-yakıt akışı gibi konularda sorunlar oluşabilirdi. Yine de, standart açıklama doğruysa, bir uçak baş aşağı harekete geçtiği anda çakılmaları gerekirdi…
O zaman ilk soruya dönelim, Hava molekülleri neden kanadın sonuna aynı anda varmak zorunda olsun ki? Ayrı zamanlarda da varabilirlerdi ve bu nedenle hızlarında herhangi bir değişim olması gerekmezdi. Peki ya jet uçakları baş aşağı uçabilmekle kalmıyorlar, aynı zamanda bu şekilde yükselişe de geçebiliyorlar. Örneğin:Seeker tarafından Eylül 2017 de uçakların baş aşağı uçmasıyla ilgili bir video yayınlanmıştır. Uçakların ana uçma prensibinin kanat şekli olduğunu söyledikten sonra, baş aşağı uçabilen uçakların bunu başarabilmek için kanatlarının simetrik tasarlandığı ileri sürülüyor. Ama bu, ilk açıklamaları ile çelişiyor, yani eğer uçağın uçabilmesindeki ana prensip asimetrik damlacık tasarımı olsaydı, simetrik damlacık tasarımına sahip uçakların en baştan havalanamaması gerekirdi.
Yer çekimi varken, nasıl uçuyor bu uçaklar ?
Uçakların tam olarak nasıl uçtuğundan emin değil miyiz? Bu noktada, mühendisler, bir uçağın uçuşuna yönelik sahip oldukları teoriler ve matematiksel formüller çerçevesinde hangi özelliklere sahip uçakların havalanabileceğini çok net bir şekilde biliyorlar. Sorun şu: Elimizdeki formüller doğada gördüğümüze uyuyor olsa da, mekanizmayı açıklamak konusunda yetersiz kalıyor. Yani teorilerimizi takip ettiğimiz müddetçe uçakları, helikopterleri ve roketleri rahatlıkla uçurabiliyoruz; ancak teorilerimizin detaylarına yönelik hakimiyetimiz, uçağı uçuran ana faktörün tam olarak ne olduğunu izah etmeye yetmiyor.
Eldeki teorilerimiz çerçevesinde, bir uçağın üzerinde 4 ayrı yönde 4 ana kuvvet olduğunu biliyoruz:
Ağırlık (Weight): Uçağın kütlesi ve Dünya'nın kütle çekiminden dolayı uygulanan kuvvettir. İtki/İtim (Thrust), Jet motorlarının geriye doğru "fırlattığı" hava moleküllerinden ötürü, uçak üzerine ileri doğru etkiyen kuvvettir. Sürükleme (Drag), Uçağın ilerlediği yöne dik olan kesit alanına çarpan hava moleküllerinin sürtünmesinden ötürü oluşan, uçağı yavaşlatan (geriye doğru etkiyen) kuvvettir. Taşıma (Lift): Uçağın yukarı doğru hareketini sağlayan kuvvettir. Ama... Nasıl? Bu kuvvet tam olarak nereden gelmektedir?
Bu kuvvetlerden itki, sürüklemeyi yeniyor ve uçak ileri doğru gidebiliyor. Taşıma ise ağırlığı yeniyor ve uçak havalanabiliyor. Bunun özünde hiçbir sıkıntı yok. Ama 4. kuvvetteki Nasıl? sorusu milyon dolarlık soru. İlk üçündeki mekanizmaları çok (daha) net bir şekilde biliyoruz ve nedenlerini izah edebiliyoruz. Ama dördüncüsü sorudaki Nasıl sorusuna kesin bir yanıt henüz verilemiyor. Ama 2 olası açıklama var
İlki, klasik açıklama. Bu açıklamanın sorunlarından zaten bahsettik. O açıklamayı savunanların, eleştirilere verdikleri bazı yaygın yanıtlar var: Örneğin kağıt uçakların gerçekte uçmadığını ve süzüldüğünü yönünde ya da baş aşağı uçan uçakların sadece geçici bir süre öyle uçabileceğini, bu sırada da uçmadıklarını, halihazırda sahip oldukları hız ve hücum açısı yani kanadın, kanat üzerine düşen hava molekülleri ile yaptığı açısı gibi kavramlardan faydalanarak bir süre süzüldüğünü yönünde. Ancak moleküllerin neden aynı anda kanadın arkasına varması gerektiğine yönelik izahları pek tatmin edici değil.
Kanadın altından akan hava ise daha küçük bir hacme zorlanır; çünkü kanat, altında kalan hava üzerinde uçmaktadır ve adeta altta kalan havayı sıkıştırarak daha küçük hacme zorlamaktadır. Bu nedenle de bu havanın basıncı yükselir. Basıncı yükselen havanın hızı düşer. Aradaki bu basınç farkı, kanat üzerinde yukarı doğru bir kuvvet yaratır. Bu kuvvete taşıma kuvveti diyoruz. Rüzgar tüneli deneylerinden çıkan sonuca göre, kanadın üstünden ve altından akan moleküller, kanadın sonuna aynı anda varmaz; üst taraftan akan moleküller çok daha hızlı ve önce varırlar.
Gerçekten de bu ikinci teori, rüzgar tünellerinde test edilen kanatların üzerinden ve altından akan havanın davranışını izah edebilmektedir. NASA nın simülasyonlarında da bunu görmek mümkündür. Simülasyonlarda görülen kanat üstü molekül hızı, Eşit Yol Teorisi'nin öngördüğünden çok daha fazladır.
Aşağı Akım Teorisi denir buna, Kanadın bu hareketi, aşağı doğru bir hava akımı yaratmalıdır. Tıpkı helikopter kanadı altında duracak olursanız, üzerinize doğru akan müthiş bir hava hissetmeniz gibi... Ancak uçaklarda bu çok daha az hissedilir olmalıdır; çünkü kanat bir merkez etrafında dakikada 450-3000 defa dönmez. Ama yine de aşağı doğru bir akım olmalıdır; çünkü helikopter bıçağı ile uçak kanadı aynı şekle sahiptir. Yapılan incelemelerin gösterdiğine göre, gerçekten de uçak kanatları aşağı doğru bir hava akımı yaratmaktadır!
Bu teorinin bir diğer önemli açısı ise, Newton Fiziği açısından da daha makul olmasıdır. Eğer ki bir uçağın üzerinde bir taşıma kuvveti varsa, buna eşit ve zıt yönlü bir tepki kuvveti de olmalıdır. İşte aşağı doğru olan akım, bu tepki kuvvetinden kaynaklanır. Bu, uçağın kanat şeklinden bağımsızdır. Hava, kanadın altından aktıkça uçağı yukarı doğru iter ve aynı zamanda geriye doğru da sürtünme kuvveti yaratır.
Nihayetinde olayın basınç farklarıve bunlardan doğan kuvvetler ile ilgili olmasıdır. Bunu anlamak için diğer olası açıklamaya bakalım .Taşıma kuvveti yaratıldığında, kanadın üzerinde her zaman yoğun bir düşük basınç alanı oluşuyor. Altında ise yoğun bir yüksek basınç alanı oluşuyor. Bu basınç alanlarının (ya da basınç bulutlarının) kanada temas ettiği noktalar, kanat üzerinde taşıma kuvvetini gördüğümüz noktalar oluyor. Bu durumda, taşıma kuvvetini yaratmak için 4 faktör gerekiyor: Hava akışının aşağı dönmesi gerekiyor, hava akışının hızlanması gerekiyor, düşük bir basınç alanı gerekiyor ve yüksek bir basınç alanı gerekiyor. Bu dört faktör birbiriyle farklı şekillerde etkileşiyor ve karşılıklı bir neden-sonuç ilişkisine sahipler. Hiçbiri, diğerleri olmadan var olamıyor. Basınç farkları kanat üzerindeki taşıma kuvvetine neden oluyor ama diğer iki faktör de bu iki basınç alanının sürekliliğini sağlıyor. Bu dört kuvvet arasında bir döngüsellik olması gerekiyor. Bu dört faktör sanki bir arada yaratılıyor ve birbirlerini sürdürüyorlar.Buna döngüsel nedensellik diyelim.
Yani uçaklar uçmuyor mu?
Karşınız da bilimin cilvesi olan değişkenlik, bilinen bütün doğruların yanlış olabilme ihtimali düşüncesiyle baş başa bırakıyorum sizi…
Hazır uçaklar ile ilgili bu kadar teknik ve kısmen sıkıcı bilgilere sahip olmuşken, işin heyecanlı bir o kadar da ürkütücü olan uçak kazalarının sebeplerini ve Dünya tarihine geçmiş en büyük uçak kazalarını birlikte inceleyeceğiz..
Konuk Düşünce Yazarları
info@medyacuvali.com
www.medyacuvali.com
