Uçak Kanatçıkları... Neden gerekli oldukları, avantajları ve tasarım süreci.
Uçak kanatçıkları….
Uçakların ve
özellikle son yıllarda dizayn edilen uçakların kanatlarının ucunda küçük
kıvrımlar görüyoruz. Bu kıvrımlar bazen kanat renginden farklı olabiliyor ve
daha sonradan uçağın kanadına eklendiği netlikle anlaşılabiliyor. Uçak
markalarının, hatta aynı markanın farklı modellerinde farklı kanatçıkları
(winglets) görüyoruz. Peki bu kanatçıklar neden gerekli, ne gibi faydaları var,
verimlilik için mi kullanılıyor yoksa kalkışta ve/veya seyirde uçak performansı
yada uçuş güvenliğini artırması için mi kullanılıyor? Kanatçıklar tasarlanırken
mühendislerin esin kaynağı neydi? Bu sorularının yanıtlarını gelin birlikte
aramaya çalışalım…
Winglet’ler neden gerekli?
Bildiğimiz
gibi uçakların uçabilmesi,
uçağın kanadının altına ve üstüne uygulanan farklı basınçlar (kaldırma kuvveti)
sayesinde gerçekleşir. Kanadın alt ve
üst katmanları arasındaki basınç farkından dolayı kanat üzerinde akıp giden
hava kanat ucundan uçağı terk eder ve bu sırada kanadın ucunda küçük girdaplar
yani vorteksler oluşur.
Image Credit: Aviation Stack Exchange
Kanat
uçlarında oluşan bu girdaplar uçağa ve dolayısıyla hava yolu firmalarına çeşitli dezavantajlar yaratmaktadır. Bunların başında uçağın kanadının tam performans ile
kullanılamaması gelmektedir. Bunun anlamı, girdap oluşan alanda kaldırma
kuvveti uygulanmakta, kanadın o kısmı işlevsiz kalmaktadır. Sonuç olarak da
uçak kalkış ve seyir için daha fazla itme kuvvetine ve dolayısıyla daha fazla yakıt
sarfiyatına yol açmaktadır.
Bir
diğer neden ise oluşan girdapların uçakların maksimum menzillerini kısaltıyor
olmasıdır. Uçak kanadının istenilen verimde kullanılamaması belli bir yakıt
kapasitesine sahip olan uçağın aynı yakıtla daha az mesafeye uçabilmesine yada
daha kısa sürede yakıt ikmali için iniş ve kalkış yapmasına sebep olmaktadır.
Kuşkusuz bunlar hava yollarının maliyetlerini ciddi anlamda etkilemektedir.
Başlıca
diğer önemli nedenler ise yine kanadın verimli kullanılamaması sebebiyle kalkış
için daha uzun pistlere ihtiyaç duyulması, daha fazla güç nedeniyle daha fazla
gürültünün ortaya çıkması, motor bakım maliyetlerinin yükselmesi sayılabilir. Bunun
yanı sıra, bir uçağa winglet takılması uçuş operasyonunda ve prosedürlerde ciddi
herhangi bir değişiklik yapılmasını gerektirmemesidir.
Yukarıda
yer veriken nedenlerle kanat girdapları bilim insanları tarafından uzun yıllar incelenmiş ve bu girdapları azaltmanın yada ortadan kaldırmanın yolları
aranmıştır. Girdapların azaltılmasında sağlanacak en küçük başarı dahi havayolu
şirketlerinin işletme maliyetlerinin azaltılmasına çok ciddi katkı sağlamıştır.Girdapları
azaltmanın en etkili (belki de şu an için tek yolu) winglet denilen uçak kanatçıklarının tasarlanması, kullanılması ve
geliştirilmesidir.
Winglet’ler nasıl geliştirildi?
Öncelikle
wingletlerin modern uçaklarda ne zaman kullanılmaya başlandığına değinelim. Bu
konuda oldukça farklı iddialar var ve bu iddialar wingletlerin Wright Kardeşler’den
de önce kullanıldığına kadar varıyor. Güvenilir iddialardan birisi NASA
mühendisi Richard Whitcomb tarafından 1973 yılında, yakıt krizi sırasında
geliştirildiği ve 1980’lerin başında Amerikan Hava Kuvvetleri uçaklarında
kullanılmaya başlandığı ve yine aynı yıllarda özel jet üreticisi olan LearJet
tarafından kullanılmaya başlandığıdır. Learjet 1980’li yıllardaki test
uçuşlarında winglet’lerin uçuş menzilini % 6,5 oranında artırdığını
açıklamıştır.
Yukarıdaki
şemadan da görülebileceği üzere, uçağın kanat uçlarına girdaplar oluşmakta
ve bu girdaplar kanadın kaldırma kuvvetini azaltmaktadır. Bu sorunun çözümünde
mühendislerin ilk başvurduğu kaynaklardan birisi her zaman olduğu gibi ilham
kaynağı olan kuşlar olmuştur. Özellikle ağır
olan yırtıcı kuşların kanat uçlarında uçakların wingletine benzeyen kıvrımlar
vardır ve bu kıvrımları özellikle havalanma (kalkış) sırasında fazlasıyla
kullanmaktadırlar.
Uçaklarda
yaşanan girdapın daha net anlaşılması ve wingletin bu olumsuz etkiyi azaltmaya nasıl
etki ettiğinin daha iyi görülebilmesi için aşağıdaki vidyo oldukça faydalı
olacaktır.
Winglet Tipleri
Uçak
kanatçıkları genel olarak winglet olarak adlandırılasa da aslında çok farklı
türleri bulunmaktadır. Bunların başlıcaları wingtip fence, canted wiglet
(Boeing 747 ve 777), blended winglet (Airbus’ın Sharklet modeli), raked winglet
(Boeing 767) ve split-tip (Boeing 787 Max) wingletlerdir.
Bunun
yanı sıra bu girdapların ortadan kaldırılması için yalnızca winglet yada
wingtip kullanılmadığını, kanat tasarımlarında da değişikliğe gidildiğini hemen
ekleyelim. Örneğin, Boeing 787 Dreamliner uçağının kanatları girdabı azaltacak
şekilde kıvrımlı, yukarı bükük ve esnek dizayn edilmiştir.
Son
olarak, kanatçıkların şu ana kadar bilinen bir çok faydasının yanında
ağırlıkları nedeniyle yakıt sarfiyatını artırdığı da unutulmamalıdır. Her ne
kadar kaldırma kuvvetini artırarak yakıt verimliliği sağlasalar da özgül ağırlıklıkları
bu verimliliği özellikle kısa mesafeli uçuşlarda azaltmaktadır.
Devam eden yazılarda bu kanatçık türlerini ve aralarındaki farkları incelemeye çalışacağız. Umarız keyifli ve faydalı bir yazı olmuştur.
Yorumlar
Yorum Gönder