Temel Uçuş Mekaniği: Birincil ve İkincil Kontrol Yüzeyleri ve İşlevleri Nelerdir?

19 Temmuz 2024

10 dakika

1,326

Temel Uçuş Mekaniği: Birincil ve İkincil Kontrol Yüzeyleri ve İşlevleri Nelerdir?

Kontrol yüzeyleri, uçağın kendi eksenleri etrafında dönme hareketi yapmasını sağlayan hareketli parçalardır. Uçağa etki eden kaldırma ve sürüklenme kuvvetlerinin büyüklüklerini değiştirmek amacıyla uçağın kanatlarına, yatay ve dikey sabitleyicilerine eklenirler. Bu parçaların oluşturduğu etkiler sonucunda pilotlar veya otomatik pilot sistemleri, uçağın hız vektörünün yönünü ve büyüklüğünü oldukça kararlı bir şekilde kontrol edebilir.

Uçaklara Etki Eden 4 Temel Kuvvet

Havada yol alan bir uçağa temelde 4 kuvvet etki eder:

İtme (İng: "Thrust"): İtme, uçağın motorları tarafından oluşturulan ve uçağın hız kazanmasını sağlayan temel kuvvettir. Bu kuvvetin büyüklüğü, pilotlar veya otopilot tarafından doğrudan değiştirilebilir.
Sürüklenme (İng: "Drag"): Sürüklenme veya hava direnci, uçak havada hareket ederken hız vektörünün tersi yönünde sürtünme nedeniyle oluşan ve büyüklüğü uçağın şekline, hızına ve havanın özelliklerine bağlı olan bir kuvvettir. İtme kuvveti durduğunda, yani motorlar kuvvet üretmeyi bıraktığında sürüklenme uçağın hız kaybetmesine neden olur. Pilotlar veya otomatik pilot sistemleri, kontrol yüzeylerini kullanarak bu kuvvetin büyüklüğünü belirli sınırlar dahilinde kontrol edebilirler.
Ağırlık (İng: "Weight"): Ağırlık, yerçekimi nedeniyle uçağı Dünya'nın merkezine doğru çeken temel kuvvettir. Ağırlığın büyüklüğü uçağı oluşturan parçaların, yolcuların ve içindeki yakıtın kütlelerinin toplamının yerçekimi ivmesi ile çarpımına eşittir. Uçuş esnasında doğrudan kontrol edilemez, ancak yakıt miktarı ve dolayısıyla uçağın kütlesi azaldığı için uçuş boyunca sürekli olarak azalır.
Kaldırma (İng: "Lift"): Kaldırma kuvveti, uçağı havada tutan temel kuvvettir. Kanatlar ve bazı uçak tasarımlarında gövde tarafından, uçağın yüksek hızda ilerlemesinden kaynaklanan hava akışı sonucunda üretilir. Bu kuvvetin büyüklüğü uçağın hızına, kanatların yüzey alanına, içinde hareket ettiği havanın yoğunluğuna, hücum açısına ve kanatların sahip olduğu geometriye bağlıdır. Kanatların neden kaldırma kuvvetti ürettiği sorusu, cevaplaması zor bir sorudur. Birbirini zincirleme olarak takip eden pek çok olgunun kollektivitesi sonucu oluşur.

Bir kanadın ürettiği kaldırma kuvvetinin büyüklüğü şu formül ile hesaplanır:

$Fkaldırma=CL⋅ρ⋅V22⋅A\Large F_{\text{kaldırma}} = C_L\cdot \rho \cdot \frac {V^2} 2 \cdot{} A$

Burada; $C_L$ kaldırma katsayısı, $ρ\rho$ havanın yoğunluğu, $V$ uçağın hızı(göreli olarak havanın hızı) ve $A$ ise kanadın yüzey alanıdır.

Formülde yer alan $C_L$ bir sabittir ve her farklı kanat tasarımı için deneysel metotlar ile hesaplanır. Kaldırma kuvvetinin oluşmasını sağlayan karmaşık etkilerin hepsini tek bir sayı ile ifade edebilmemizi ve basit bir denklem ile oluşan kuvveti hesaplayabilmemizi sağlar.

Uçağın yükselmesi, alçalması, hızlanması ve yavaşlaması, bu 4 kuvvetin birbirlerine göre değişimi sonucu meydana gelir. Mesela kaldırma kuvveti, ağırlıktan daha fazla ise uçak yükselir. Veya itme kuvveti, sürüklenme kuvvetinden daha fazla ise uçak hızlanır. Aynı durum yavaşlama ve alçalma için de geçerlidir.

Kontrol Yüzeyleri ve İşlevleri

Kontrol yüzeyleri, birincil ve ikincil kontrol yüzeyleri olarak ikiye ayrılır. Birincil kontrol yüzeyleri genellikle uçakların kendi eksenleri etrafında yaptığı hareketlerden sorumluyken ikincil kontrol yüzeyleri uçağın kaldırma ve sürüklenme kuvvetlerinin istenildiğinde değiştirilebilmesinden sorumludur. Seyir uçuşu dışındaki durumlarda genellikle birden fazlası aynı anda kullanılır. Örneğin, iniş yapan bir uçağın hem alçalması hem de yavaşlaması gerekir. Bu nedenle ilgili kontrol yüzeyleri birlikte kullanılır.

Havacılık Mühendisliği ile ilgili diğer içerikler ›

Birincil Kontrol Yüzeyleri

Birincil kontrol yüzeyleri, uçağın ağırlık merkezinden geçen üç eksen etrafındaki (x, y ve z eksenleri) dönme hareketlerinden, yani yunuslama (İng: "Pitch"), sapma (İng: "Yaw") ve yatış (İng: "Roll") hareketlerinden sorumludur.

Havada, yere paralel olarak sabit irtifada ve sabit hızda hareket eden bir uçağa etki eden net kuvvet sıfırdır. Bunun anlamı uçağa etki eden her kuvvete karşı, zıt yönde ve aynı büyüklükte başka bir kuvvetin bulunmasıdır. Bu durum aynı zamanda tüm cisimler için eylemsizliği sağlamanın şartıdır. Örneğin, uçağın irtifası değişmediği için, yerçekimi kuvvetine zıt yönde ve eşit büyüklükte başka bir kuvvetin bulunduğunu söyleyebiliriz ki bu kuvvet kaldırma kuvvetidir. Aynı durum, sabit hız söz konusu olduğunda sürüklenme ve itme kuvvetleri için de geçerlidir. Uçağın kendi eksenleri etrafında yaptığı dönme hareketleri ise, birincil kontrol yüzeylerinin oluşturduğu simetrik veya asimetrik kuvvet farklılıkları dolayısıyla oluşan tork etkisi sonucunda gerçekleşir.

Birincil kontrol yüzeylerinin herhangi bir uçak üzerindeki evrensel konumları.(Bazı modellerde, kontrol yüzeylerinin gövde üzerindeki konumlarında istisnalar olabiliyor.)

3 temel birincil kontrol yüzeyi vardır:

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Kanatçık(ing: "Aileron"): Kanatçıklar, her iki kanatta bulunan, birbirlerine göre zıt yönlerde hareket eden, uçağın yatış hareketini yapmasını sağlayan ve uçağın gittiği yönü değiştirmesi için kullanılan ana kontrol yüzeyidir. Kanatçık temelinde iki kanattaki kuvvet dengesini, eşit büyüklükte ve zıt yönlere doğru simetrik olarak bozar. Örnek olarak, pilot uçağı sola doğru yatırmak istediği zaman uçağın ilerleme yönüne göre sağ kanattaki kanatçık aşağı iner, sol kanattaki kanatçık ise yukarı kalkar ve sağ ve sol kanatta zıt yönlü kuvvet farkı meydana gelir. Bunun sonucunda uçak, saat yönünün tersine doğru yatış hareketi yapar. Aynı durumun tersi, saat yönüne doğru olan yatış hareketi için de geçerlidir. Yatış esnasında uçağın hız vektörü yatış hareketinin yapıldığı tarafa doğru yön değiştirmeye başlar.

Yatış hareketi için kanatçıklarını kullanan bir Yak-52.

İstikamet Dümeni (İng: "Rudder"): İstikamet dümeni, uçakların dikey sabitleyicisinde bulunan ve sapma hareketinin yapılmasını sağlayan kontrol yüzeyidir. Tahmin edebileceğinizin aksine uçağa yön vermek için ana kontrol yüzeyi olarak kullanılmaz. Yüksek hızlarda kullanılması durumunda, sapma hareketi ile beraber kontrolsüz bir yatış hareketine de sebep olur. Bu sebepten genellikle kalkış ve iniş esnasında, düşük hızlarda ve yatış hareketi ile yapılan yön değiştirme esnasında, ters sapma denilen ve uçağın burnunun istenmeyen bir tarafa çevrilmesine sebep olan bir etkiyi absorbe etme amacı ile kullanılır.

Türk Hava Kuvvetlerine ait, Solotürk boyamalı F-16 uçağının dikey sabitleyicisi. (İstikamet dümeninin ana parçadan ince bir "çizgi" ile ayrıldığını görebilirsiniz.)

İrtifa Dümeni (İng: "Elevator"): İrtifa dümeni, uçağın yatay sabitleyicisinde bulunan, yunuslama hareketini yapmasını ve bu yolla uçağın irtifa kazanıp kaybetmesini sağlayan ana kontrol yüzeyidir. Örnek olarak, pilot uçağın burnunu yukarı doğru kaldırmak istediği zaman irtifa dümeni yukarı kalkar ve uçağın arka tarafında aşağıya doğru bir kuvvet oluşturur. Bu kuvvetin sonucunda uçak, yunuslama ekseninde saat yönünde dönmeye başlar.

Yunuslama hareketinin şematik gösterimi.

Atlas Air'e ait Boeing 747-200 uçağının yatay sabitleyicisi ve ona bağlı irtifa dümeni.

Bu kontrol yüzeylerinin her biri, kokpit içerisinde bulunan kumandalar veya otomatik pilot sistemleri ile kontrol edilir. Gelişmiş uçak modellerinde pilot ve otomatik pilot sistemi beraber çalışabilir. Otomatik pilot, pilotun verdiği komutları destekleyici başka komutlar verir.

İkincil Kontrol Yüzeyleri

İkincil kontrol yüzeyleri, uçakların kanatlarında ve gövdelerinde bulunan kontrol yüzeyleridir. Uçağın sürüklenme ve kaldırma kuvvetlerini belirli sınırlar dahilinde kontrol etmekten sorumludurlar. Bazı uçak modellerinde, gerektiğinde birincil kontrol yüzeyleri ile aynı işlevi görecek şekilde tasarlanmışlardır. Üç temel ikincil kontrol yüzeyi vardır:

Flapler ve Slatler: Flapler ve slatler, kanatlarda bulunan ve benzer işlevlere sahip olan iki ayrı parçadır. Flapler kanadın firar kenarında (kanadın hareket yönünün tersine bakan tarafında), slatler ise kanadın hücum kenarında (kanadın hareket yönüne bakan tarafında) bulunur. Bu hareketli parçalar, uçakların iniş ve kalkışları sırasında açılarak kanat geometrisini değiştirir ve yüzey alanını artırır. Bu sayede, uçak normalde olduğundan çok daha düşük hızlarda yeterli kaldırma kuvveti elde edebilir. Flaplerin ve slatlerin kanat üzerindeki konumları, kanatların zarar görmemesi adına önemlidir. Genellikle kaldırma kuvvetinin oluşturduğu moment etkisini minimize etmek amacıyla kanat üzerinde olabildiğince gövdeye yakın bir konuma yerleştirilir.

İniş yapmakta olan, Air France'e ait bir Airbus A318. Kanadın ön ve arka kısmında bulunan açık parçalar sırasıyla, slatler ve flapler.

İniş yapmakta olan, Singapore Airlines'a ait bir Boeing 747-400. Kanatların arka ve ön taraflarında açık olan flapleri ve slatleri görebilirsiniz.

Spoiler ve Hava Freni: Spoilerlar ve hava frenleri, benzer işlevlere sahip iki farklı kontrol yüzeyidir. Uçağın kütlesine, işlevine ve büyüklüğüne bağlı olarak bazı uçaklarda ikisi de bulunurken, bazı uçaklarda biri veya ikisi de bulunmayabilir. Spoilerlar kanatlarda bulunur. Amacı, kanat geometrisini bozarak kaldırma kuvvetini azaltmak ve sürüklenmeyi arttırarak uçağın hız kaybetmesini sağlamaktır. İniş esnasında uçağın hız kazanmadan alçalmasını sağlar ve indikten sonra da uçağın pist üzerinde durmasına yardımcı olur. Hava frenleri ise genellikle uçakların gövdesinde bulunur. Spoilerların aksine hava frenleri, kaldırma kuvvetinde herhangi bir değişikliğe sebep olmazlar. Sadece sürüklenmeyi arttırarak uçağın yavaşlamasında rol oynarlar. Hava frenleri, genellikle askeri jetler gibi yüksek hızlara çıkabilen uçaklarda bulunur. Spoilerlar, kanatlardaki kaldırma kuvvetini değiştirebildikleri için bazı uçaklarda, tek taraflı çalışarak kanatçık görevi de görebilir.

Yeni iniş yapmış ve pistte durmaya çalışan, Air Jamaica'ya ait bir Airbus A321. (kanadın üzerindeki açık konumda bulunan parçalar spoilerlar.) — Yeni iniş yapmış ve pistte durmaya çalışan, Air Jamaica'ya ait bir Airbus A321.
(kanadın üzerindeki açık konumda bulunan parçalar spoilerlar.)

İniş yapmakta olan, ABD Hava Kuvvetlerine ait bir F-15. (gövdesinin üzerinde açık konumda olan parça hava freni.)

İstisnalar ve Farklı Uygulamalar

Genellikle askeri uçaklarda olmak üzere bazı uçak modellerinde çeşitli istisnalara ve alışılagelmedik kontrol yüzeyi uygulamalarına rastlanabilir.

Uçan kanat tasarımı, genellikle askeri uçaklarda radar görünürlüğünü düşürmek için kullanılan sıra dışı bir uçak tasarımı çeşididir. Bu tasarıma sahip uçaklarda dikey sabitleyici bulunmaz ve dolayısıyla sapma hareketinin yapılabilmesi için bilgisayar yazılımları ile desteklenmiş diferansiyel itki (dönülmek istenen taraftaki motorun kuvvetini azaltma) veya kanadın iki tarafına da açılabilen kanatçık sistemleri kullanır.

ABD Hava Kuvvetlerine ait B-2 Spirit uçağı.(uçan kanat tasarımı da net olarak görülmekte.)

B-2 Spirit'in sapma hareketini yapmasını sağlayan çift taraflı kanatçıkları.

İtki yönlendirme, genellikle çift motorlu askeri uçaklarda kullanılan ve uçağa yüksek manevra kabiliyeti kazandıran bir uygulamadır. İtkiyi üreten motorların lüleleri, eksensel hareketlerin yapılmasını sağlayan kontrol yüzeylerini destekleyecek şekilde doğrultularını küçük açılar ile değiştirir. Bu sayede uçak, çok daha büyük açısal hızlar ile eksensel dönüş hareketlerini gerçekleştirebilir.

İtki yönlendirme ile manevra yapan bir SU-57. (Motor lüleleri farklı yönlere bakıyor.)

Flaperon, uçaklarda hem kanatçık hem de flap görevi gören bir kontrol yüzeyidir. Genellikle yolcu jetlerinde ve askeri jetlerde kullanılır. İnişler ve kalkışlar esnasında flapler ile aynı pozisyona gelerek hem flap hem de kanatçık görevi görürken, seyir esnasında sadece kanatçık görevi görür.

Uçak gemisinden kalkış yapan, ABD Hava Kuvvetlerine ait bir F/A-18 uçağı (kanat uçlarında bulunan kanatçıklar, falpler ile aynı pozisyonda.)

Kanard, uçakların ön kısmına eklenen, yatay sabitleyiciye benzeyen ve pek çok amacı olabilen sıra dışı bir kontrol yüzeyi çeşididir. Genellikle radar görünürlüğünü azaltma, yunuslama ekseninde dengeyi sağlama, irtifa dümeni işlevi görme ve manevra kabiliyeti arttırma gibi amaçlar için uçaklara eklenir.

Havacılıkta çok daha farklı uçak tasarımları ve kontrol yüzeyi uygulamaları ile karşılaşılabilir. Yöntemler değişebilse de eksensel, radyal ve doğrusal hareketlerin gerçekleştirilmesindeki mantık her zaman aynıdır.

Bu Makaleyi Alıntıla

Okundu Olarak İşaretle

Özetini Oku

Paylaş
Alıntıla
Alıntıları Göster

Paylaş

Sonra Oku

Notlarım

Yazdır / PDF Olarak Kaydet

Bize Ulaş

Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?

Kaynaklar ve İleri Okuma

National Aeronautics and Space Administration. Principles Of Flight. Alındığı Tarih: 6 Temmuz 2024. Alındığı Yer: NASA | Arşiv Bağlantısı
FAA. Flight Controls. Alındığı Tarih: 6 Temmuz 2024. Alındığı Yer: FAA | Arşiv Bağlantısı
FAA. Airplane Flying Handbook. Alındığı Tarih: 6 Temmuz 2024. Alındığı Yer: FAA | Arşiv Bağlantısı
Glenn Research Center | NASA. Airplane Parts And Function | Glenn Research Center | Nasa. (4 Ekim 2022). Alındığı Tarih: 16 Temmuz 2024. Alındığı Yer: Glenn Research Center | NASA | Arşiv Bağlantısı
National Aeronautics and Space Administration. Horizontal Stabilizer - Elevator. Alındığı Tarih: 16 Temmuz 2024. Alındığı Yer: Glenn Research Center | NASA | Arşiv Bağlantısı
National Aeronautics and Space Administration. Rudder - Yaw. Alındığı Tarih: 16 Temmuz 2024. Alındığı Yer: Glenn Research Center | NASA | Arşiv Bağlantısı
National Aeronautics and Space Administration. Ailerons. Alındığı Tarih: 16 Temmuz 2024. Alındığı Yer: Glenn Research Center | NASA | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 21/12/2024 19:41:08 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/18050

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Kategoriler ve Etiketler

Tümünü Göster