Aerodinamik ve Uçağa Etki Eden Kuvvetler

135
Aerodinamik ve Uçağa Etki Eden Kuvvetler

Aerodinamik Nedir?

Aerodinamik, havanın nesnelerin etrafında hareket etme şeklidir. Bir uçağın havalanması, uçabilmesi ve havada tutunabilmesi aerodinamik kurallar ile açıklanır. Hatta hareketli akışa maruz kalan her cisim aerodinamiğe tepki vermektedir. Fırlatma rampasından fırlatılan bir roket, gökyüzünden boşluğa bırakılmış bir planör ve bir uçurtma dahi aerodinamik ile tepki içerisindedir. Öte yandan hareket halinde olan bir arabanın etrafında hava hareketlerinin oluşmasından dolayı aerodinamik etki etmektedir. Bu nedenle arabaların tasarımları da aerodinamik kuvvetler göz önünde bulunularak tasarlanmaktadır. Aerodinamik, fizik ve mühendislikte gazların ve sıvıların nasıl aktığı ile ilgili tanımlamalar yapan akışkanlar dinamiğinin bir alt dalıdır.

Uçuşa Etki Eden Dört Kuvvet(Aerodinamik Kuvvetler)

Uçağa etki etki kuvvetler, aerodinamik biliminin ilgilendiği temel kuvvetlerdir. Bu kuvvetler aerodinamik kuvvetler olarak da bilinmektedir. Lift, Weight, Thrust ve Drag olarak dört kuvvetten oluşmaktadır. Bir cisim, yerden havaya kaldıran ya da havadan yere doğru hareketini bu kuvvetler sayesinde sağlamaktadır. Bir cismin havada nasıl hareket edeceği, havada ne kadar kalacağı ya da ne kadar mesafe kat edeceği bu kuvvetlerin değerine göre değişmektedir.

Weight(Ağırlık)

Yeryüzünde var olan her cismin bir ağırlığı vardır. Bu ağırlık her cismi aşağıya doğru çeken yer çekimi kuvvetinden gelmektedir. Bir uçağın uçabilmesi için onu yeryüzüne çeken kuvvete karşı yani ağırlığına karşı ağırlığından daha fazla kuvvet uygulanması gerekmektedir.  Bir cismin uçması için gerekli olan kuvvetin uygulanması o cismin ne kadar ağırlığa sahip olması ile ilgilidir. Böylece örnek verecek olursak bir uçurtma bir Jumbo jetten daha az yukarıya doğru itiş kuvvetine ihtiyaç duymaktadır.

Lift(Kaldırma)

Kaldırma bir cismin yer çekiminin aksine yönünde hareket etmesine izin veren itiş kuvvetidir. Ağırlığın tersi olan kuvvet konumundadır. Uçması amacı ile üretilmiş her şeyin ağırlığın tersinde kuvvet uygulanarak kaldırılması gerekmektedir. Bir uçağın yukarı doğru hareket edebilmesi için ağırlıktan daha fazla itiş kuvvetine sahip olması gerekir. Kanadın sahip olduğu aerofoil yapı sayesinde kanadın alt yüzeyi ile üst yüzeyi arasındaki basınç farkı oluşması ve bu kuvvetin kanada etki etmesi neticesinde uçakların havalanması sağlanmaktadır.

Drag(Sürükleme)

Sürükleme,  bir cismin havadaki hareketini yavaşlatan bir aerodinamik kuvvettir. Bu nedenle bir cismin hareket etmesini zorlaştırır. Bir örnekle anlamayı kolaylaştırmak gerekirse suyun içerisinde yürümek veya hareket etmek havadan daha zordur. Bunun nedeni suyun havadan daha fazla sürüklenmeye neden olmasıdır. Ayrıca bir nesnenin, cismin şeklide sürüklenmeyi etkilemektedir. Yüzeyinin çoğu kısmı yuvarlak olan cisimler yüzeyi düz olan cisimlerden daha az sürtünme ile karşılaşmaktadır. Ayrıca dar yüzeylerde genellikle yüzeyi geniş olan cisimlerden daha az sürtünmeye sahiptir. Bir yüzeye ne kadar hava çarparsa sürtünmede o kadar fazla olur. Sürükleme, katı bir nesnenin bir akışkan ile temas etmesi sonucunda türbülans gibi akım bozulmalarının akım içerisinde oluşması sonucunda ortaya çıkmaktadır. Sürüklenme kuvveti motorun itiş gücü ile önlenmektedir. Bu nedenle sürtünme kuvveti motor gücünün ve yakıt tüketim performansında etkilidir.

Thrust(İtme)

Uçak kanatlarında kaldırma kuvvetinin oluşması için kanadın çevresinden belirli bir hız aralığında hava akımı geçmesi gerekir uçağın tutunması için gerekli olan gücü motordan alır. İtme sürüklenmenin tersi olan kuvvettir. Diğer bir ifade ile itme bir cismi ya da herhangi bir nesneyi ileriye doğru hareket ettiren kuvvettir. Bir uçağın ileriye doğru hareket etmesi için sürüklenme kuvvetinden daha fazla itme gücüne sahip olması gerekmektedir. Uçaklar bu itme gücünü motorlardan almaktadır. Uçakların motordan bu gücü alması neticesinde sürüklenme kuvvetine karşı koyarak kanatların çevresinde bir hava akımının oluşması sağlanır ve havada tutunacak güce ulaştırılır. Küçük bir uçak itme gücünü pervanelerden alırken büyük uçaklar itme gücünü jet motorlardan karşılamaktadır.

Uçaklar Nasıl Uçar?

Her kuvvetin kendisine zır olarak çalışan bir kuvveti vardır. Lift(kaldırma) kuvveti weight(ağırlık) kuvvetini tersi yönünde hareket eder. Thrust(itme) kuvveti drag(sürükleme) kuvvetinin tersi yönünde hareket eder. Ayrıca uçakların kanatları aerofoil diye adlandırılan üstten kavisli ve alttan düz bir şekildedir. Lift(kaldırma) ve thrust(itme) kuvvetleri weight(yerçekimi) ve drag(sürüklenme) kuvvetlerinden fazlaysa; bu aerofoil şekil sayesinde hava akışı uçağın kanadının üzerinden daha hızlı bir şekilde etrafını dolaşır. Böylelikle kanadın üstünde daha az hava basıncı oluşur. Bu durum neticesinde kanadın ve bağlı olduğu uçağın yukarıya doğru hareket etmesi sağlanır. Kuvvetler dengelendiğinde, bir uçak düz bir yönde uçar. Weight(Yerçekimi) ve drag(sürükleme) kuvvetleri lift(kaldırma) ve thrust(itme) kuvvetlerinden daha fazla ise uçak aşağı iner.

Kaynak:

https://www.nasa.gov/
Yarin, Tuğçe Gizem. “Farklı Taşıt Modellerinin Aerodinamik Yapısının Nümerik Olarak İncelenmesi”. Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019, s. 16-17-18-20
Amasya Üniversitesi Merzifon MYO, Sivil Hava Ulaştırma İşletmeciliği, Temel Uçak Bilgisi, yayınlanmamış ders notları, 2015

Benzer Yazılar

Bir cevap yazın