Uçağın irtifası arttıkça, hava yoğunluğu azaldığı için yönlendirilen hava miktarı da azalır. Bu nedenle çok yüksek irtifalarda uçmak üzere tasarlanmış uçaklarda yeterli kaldırma kuvveti sağlayabilmek için hücum açısı büyüktür.

Kanatların Kepçe Özelliği

Belki siz de bugüne kadar kanatları hep havayı yarıp geçen objeler olarak düşündünüz. Oysa size şimdi kanatları büyük miktarda havayı yönlendiren birer kepçe gibi anlatacağım. Evet, kanatlar aslında birer kepçe gibi çalışır ve kanadın epeyce üstüne kadar büyük bir alanda havayı yönlendirir. Önce aşağıdaki şekle bakın, sonra üzerinde konuşalım;

Bir kanadın kepçesinin büyüklüğü, kanat alanı ile orantılıdır. Yönlendirilen havanın miktarı ise kanat alanına, hıza ve havanın yoğunluğuna orantılıdır. Uçağın ağırlığının ve hücum açısının kepçe üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Burada yine gerçek hayata ve küçük Cessna 172'mize dönelim. Uçağımız maksimum hızı olan 228 km/saat'le uçarken, bir saniyede yaklaşık ne kadar havayı yönlendiriyor dersiniz? 5 ton! Saniyede 5 ton!

Şaşırmayın, bu hızda uçan bir Cessna 172'nin kepçe yüksekliği 5.5 metredir.

Kaldırma Kuvveti "Güç" (Power) Gerektirir

Fizikte güç, birim zamanda elde edilen/harcanan/iletilen enerji miktarı veya birim zamanda yapılan iştir. Bir kanat hızla havanın içerisinden geçtiğinde havayı aşağıya yönlendirerek, durağan halde olan havayı harekete geçirdiğine göre havaya enerji aktarıyor olmalıdır. Demek ki kaldırma kuvveti elde etmek için "güç" gereklidir. Bir uçak gücünü motorundan, bir planör ise gücünü yer çekimi ve atmosferdeki termal kolonlardan alır. Buradan da itme kuvvetinin (thrust), kaldırma kuvveti ile olan ilişkisini anlayabiliriz.

Bir uçağın kaldırma kuvveti yaratabilmek için havaya verdiği enerji miktarına Sevk Gücü (Induced Power) adı verilir. Uçağın gövdesi, iniş takımları, antenler gibi havanın sürtünme kuvvetine maruz kalan parçaların yol açtığı güç kaybını karşılamak için harcanan güce ise Asalak Güç (Parasitic Power) denir. Basitçe, bir uçağın sabit hızla uçarken ihtiyacı olan toplam güç, [sevk gücü + asalak güç] kadardır. Büyük uçaklar, asalak gücü azaltmak amacıyla iniş takımlarını kalkıştan sonra uçağın içine alırlar.

Uçağın uçuş irtifası arttıkça, hava yoğunluğu azaldığı için ihtiyacı olan sevk gücü artar. Fakat irtifa arttıkça, yine hava yoğunluğunun azalmasından dolayı asalak güç düşer. Şimdi burada ilginç bir not daha düşelim;

Yazının başlarında sürükleme kuvvetini açıklarken "havanın sürtünme direnci, hızın karesi ile orantılıdır" demiştim. Bu, şu anlama geliyor; Bir uçağın, bir hava molekülüne çarptığında aktardığı enerji miktarı, uçağın hızının karesi kadar artar. Fakat bu sadece bir molekül için geçerli. Birim zamanda bir uçağın çarptığı hava moleküllerinin sayısı da, uçağın hızı ile doğru orantılıdır. Bu nedenle bir uçağın asalak güç ihtiyacı, hızın küpü ile orantılıdır. Ve yine bu nedenle asalak güç, uçmakta olan bir uçağın ihtiyacı olan gücü hesaplarken baskın hale gelir. İrtifa arttıkça asalak güç düşer demiştik. Asalak güç baskın olduğu için, daha yüksek irtifada sevk gücü arttığı halde toplam güç ihtiyacı düşer. Bu, yolcu uçaklarının yüksek irtifada uçma nedenlerinden biridir, toplam güç ihtiyacı düştüğü için uçaklar yüksek irtifada daha az yakıt harcar.

Newton'un Yanlış Yorumları

Newton'un Yanlış Yorumu
Kaldırma kuvvetini sadece Bernoulli ile açıklayamayacaklarını farkedip, Newton'u da işin içine katanların bir bölümü de ne yazık ki Newton'u yanlış yorumlayabiliyor. Buna en iyi örnek Newton'un üçüncü kanunu olan etki-tepki meselesinden ve kanadın hücum açısından yola çıkarak, 'havanın kanadın altına çarptığı, bunun da kaldırma kuvveti yarattığı' iddiasıdır.

Eğer hava molekülleri bir silahtan çıkan kurşunlar gibi hareket etselerdi, bu yorumda bir doğruluk payı olabilirdi. Halbuki havanın bir akışkan olduğunu ve bu şekilde hareket etmediğini yukarıda detaylarıyla açıkladık. Aşağıda 8 derecelik hücum açısı olan bir Kármán–Trefftz kanat profilinin rüzgar tüneli testi zaman ölçekli animasyonunu göreceksiniz. Siz burada kanada çarpıp seken birşey görüyor musunuz?

Kanadın Altı

Neden uçakların kanadının altının motor, bomba, yakıt tankı, füze gibi birsürü şeyle dolu olabildiğini hiç düşündünüz mü?

Çünkü kanadın alt bölümünün kaldırma kuvveti yaratmakta fazla bir etkisi yoktur. Uçağın içine yerleştirilemeyecek herşey bu nedenle kanadın altına gönül rahatlığı ile yerleştirilir. Parasitic drag elbette artacaktır, o başka mesele.

Son Söz

Uzun bir makale oldu, buraya kadar okuduysanız tebrikler! Artık uçakların gerçekte nasıl uçtuklarını biliyorsunuz.

Gördüğünüz gibi birçok yerde uçuşu yanlış öğretiyorlar. Dilerim insanlık Bernoulli'yi suistimal etmeyi bırakıp, Newton'u yakın zamanda keşfeder.

 

Kaynak  : Mustafa Odabaşı  
http://www.freepist.com/ucak-modelciligi/yeni-baslayacaklar-icin-bilgiler/temel-aerodinamik-bilgileri