Havacılığa Giriş Dersi 1. Ünite Özet

Giriş

Hava araçları bunları yapan ve uçuran insanla birlikte havacılığın temel elemanlarıdır. İnsan olmasaydı hava araçları olmazdı. Hava araçları olmasaydı, havacılık olmazdı. İnsanlar var oluşlarından itibaren tabiatta her gün karşılaştıkları kuşlara özenerek uçma çabası içerisinde olmuşlardır.

Yunan mitolojisindeki baba Dedalus ve oğul İkarus’un kanat takıp bir hapishaneden uçarak kaçmaya çalışmaları bilinen en eski hikâyedir.

Bizde Osmanlı’da Hezârfen Ahmed Çelebi’nin ve Lagâri Hasan Çelebi’nin uçuşları hikâyenin gerçeğe dönüşmüş hâlidir.

Bu çalışmaların sonucunda Orville ve Wilbur Wright kardeşler 17 Aralık 1903’te havadan ağır ve motorlu ilk hava aracını uçurmayı basardılar. Bu tarih hava araçlarının ve havacılığın gelişiminde önemli bir dönüm noktası oldu.

Hava Aracının Tanımı

Uluslararası Sivil Havacılık Teşkilatı hava aracını havanın yeryüzüne tepkisi dışında kalan tepkileriyle atmosfer içinde tutunabilen makine olarak tanımlamaktadır.

Amerikan Federal Havacılık kuralları ise hava aracını havada uçmak için kullanılan veya kullanılması amaçlanan cihaz olarak tanımlamaktadır.

Türk sivil havacılık mevzuatı ise hava aracını havalanabilen ve havada seyredebilme kabiliyetine sahip her türlü araç olarak tanımlamaktadır. Bu tanımların her üçü de doğrudur.

Ancak ilk tanım hava araçlarının temel çalışma prensibini de ortaya koyan daha bilimsel bir ifadedir.

Havadan Hafif Hava Araçları

Havadan hafif hava aracı, kapalı hacmindeki yerini aldığı havadan daha hafif ısıtılmış hava veya gazı kullanarak yükselebilen ve havada tutunabilen (batmazlık prensibi) hava aracıdır.

Havadan hafif hava araçlarına havadaki batmazlık prensibinin diğer adı olan aerostatik prensibi ne göre çalıştıkları için aerostat adı da verilir. Balon ve hava gemisi başlıca havadan hafif hava aracı türleridir.

Balon

Balon batmazlık prensibinden yararlanarak havada tutunabilen motorsuz havadan hafif hava aracıdır.

Balonlar;

• Serbest ve
• Bağlı olmak üzere iki gruba ayrılır.

Serbest balonlar , içerisindeki sıcak havanın veya gazın yoğunluğuna bağlı olarak olabildiğince yükselebilirler ve rüzgarın etkisiyle kalkış noktalarından daha uzaklara serbestçe gidebilirler.

Bir sıcak hava balonunun üç ana elemanı vardır. Bunlar;

• Zarf adı da verilen ve içinde sıcak havanın muhafaza edildiği kubbe,
• İçinde pilot, yolcular veya yükün taşındığı sepet ve
• Kubbenin içindeki havanın ısıtılmasını sağlayan yakıcıdır.

Hava Gemisi

Hava gemisi batmazlık prensibinden yararlanarak havada tutunabilen, motorları vasıtasıyla hava içinde yönlendirilebilen havadan hafif hava aracıdır. Hava gemilerinin;

• Esnek,
• Yarı rijit ve
• Tam rijit olmak üzere üç farklı türü vardır.

Esnek hava gemilerinin zarfı seklini içine gazın doldurulmasıyla alır. Yarı rijit hava gemilerinde zarfın alt tarafında bir iskelet yapı vardır. Bu yapı gondol adı verilen yolcu kabinin daha büyük yapılmasına ve motorların zarfa bağlanmasına imkân verir. Rijit hava gemilerinde zarfın tamamının iskeleti vardır.

Havadan Hafif Hava Araçlarının Uçuş Prensibi

Havadan hafif hava araçları genellikle Arşimed prensibi de denen batmazlık prensibinden yararlanarak havada tutunurlar. Bir cisim suya batırıldığında bu cisim üzerinde kendi ağırlığını dengeleyen yukarı doğru bir kuvvet oluşur. Cisim suya batırılınca kendi hacmine eşit bir miktarda suyu taşıracaktır. Bu taşan suyun bir ağırlığı vardır. Cismin ağırlığını dengeleyen kuvvetin şiddet suya batırılan cismin taşırdığı suyun ağırlığına eşittir. Gemiler de aynı prensipten yararlanarak suda yüzerler.

Havadan hafif hava araçları da aynı prensipten yararlanarak uçarlar. Çünkü havada su gibi akışkandır ve su için geçerli olan bir prensip, hava için de geçerlidir. Aerodinamik havanın hareketlerini ve buna bağlı olarak cisimler ile etkileşimini inceleyen bilim dalıdır. Havanın hareketleri ve cisimlerle etkileşimi sonucu oluşan kuvvetlere ise aerodinamik kuvvet denir.

Havadan Ağır Hava Araçları

Yoğunluğu havanın yoğunluğundan daha büyük olan ve aerodinamik kuvvetler yardımıyla havada tutunabilen hava aracına havadan ağır hava aracı denir. Havadan ağır hava araçları;

• Motorlu ve
• Motorsuz olmak üzere iki ana grupta ele alınabilir.

Havadan Ağır Hava Araçlarının Uçuş Prensibi

Havadan ağır hava araçları kanat veya kanada benzer parçaların bir araya getirilmesiyle oluşturulmuş rotor adı verilen elemanları vasıtasıyla havada tutunabilmeleri için gereken ve taşıma adı verilen aerodinamik kuvveti üretirler.

Newton’un Hareket Kanunları

Newton’un birinci hareket kanunu, duran bir cismin üzerine herhangi bir dış kuvvet etkimedikçe durmasına devam edeceğini; hareket hâlinde olan bir cismin de üzerine herhangi bir dış kuvvet etkimedikçe hareketine aynı doğrultuda ve hızını değiştirmeden devam edeceğini açıklar. Burada sözü geçen dış kuvvet cisim üzerine etkiyen bütün kuvvetlerin vektör toplamıdır. Eğer cismin üzerine etkiyen kuvvetlerin toplamı sıfır ise bu durumda dış kuvvet sıfırdır ve cisim duruyorsa, durmasına devam eder.

Hareket hâlinde ise hızında ve doğrultusunda hiçbir değişiklik olmaz.

Newton’un ikinci kanununa ivme kanunu adı da verilmektedir. Bu kanunun ifade ettiği eşitlik, kanunun iki yönlü olarak da geçerli olduğunu ortaya koyar. Bir cisme kuvvet etkiyorsa cisim hızını değiştirir ama bunun tersine cisim hızını değiştiriyorsa o zaman da bir kuvvet üretiyordur.

Newton’un üçüncü hareket kanunu , mevcut her kuvvete karşı eşit büyüklükte ve zıt doğrultuda bir kuvvetin olacağını fakat bu etki ve tepki kuvvetlerinin hiçbir zaman için aynı cisim üzerine etkimeyeceğini ifade eder.

Bernouli Prensibi

Bernoulli prensibi hareket hâlindeki akışkanların basıncı ve hızları arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bernoulli hızlanan akışkanın basıncının düşeceğini veya yavaşlayan akışkanın basıncının artacağını, ya da basıncı azalan akışkanın hızlanacağını veya basıncı artan akışkanın yavaşlayacağını, kütlenin ve enerjinin korunumu prensiplerine dayanarak ortaya koymuştur.

Taşımanın Oluşumu

Hava aracı, hava içerisinde hareket ettiğinde kanadın, dolayısıyla kanat kesitinin etrafında hava akımı meydana gelir. Rüzgarsız bir havada daha içerisinde hareket eden cismin etrafında hava akısı oluşur. Bu akısı rüzgarsız bir havada koştuğumuzda ya da hızlıca yürüdüğümüzde yüzümüzle hissettiğimiz akışa benzetebiliriz. Hava kanadın ve kesitinin içinden geçemeyeceği için etrafından dolaşmak durumundadır.

Akan havaya birinci kanunda açıklandığı gibi bir dış etki yapılmıştır, o da bu etkiyle yönünü değiştirir. Akış yönü değişen havanın hızı da değişir. Newton’un ikinci kanununda açıklandığı gibi havanın hızı değişiyorsa o zaman bir kuvvet üretiliyordur. Bu kuvvet kanadı etkiler. Bu da üçüncü kanunda belirtildiği gibi kanat kesiti ve dolayısıyla kanat üzerinde bir tepki kuvvetinin oluşmasına sebep olur. Hız kanat yüzeyinde her noktada farklı oluşacağından çünkü akışın doğrultusu da değişmektedir, her noktada vektör olarak akışı istikametine dik ve farklı büyüklükte bir kuvvet meydana gelir. Kanat yüzeyinde her noktada oluşan bu kuvvetlerin toplamı ise aerodinamik kuvvet adı verilen toplam kuvveti meydana getirir.

Taşıma ve sürükleme katsayıları hava akımının kanatlarına geliş açısı, uçağın sekli, boyutları, içinde uçulan hava ortamındaki ses hızı gibi faktörleri içerirler.

Taşıma hava aracının ağırlığını dengeleyerek havada tutunmasını sağlayan kuvvettir. Sürükleme ise hava aracının ileri doğru hareketini engellemeye çalışan kuvvettir. Hava aracının uçabilmesi için mutlaka ileriye doğru hareket ettirilmesi gerektiğinden, sürükleme kuvvetini karşılayacak başka bir kuvvete ihtiyaç vardır.

Hava Araçlarının Motorları

Hava araçlarında kullanılan motor türleri pistonlu motor, türbojet, türboprop, türbofan ve türboşattır. Hava aracı pistonlu motorlarının çalışma prensibi olarak motorlu kara taşıtlarında kullanılanlardan farkı yoktur. Ancak pistonlu motor uçağın ileri doğru hareketini sağlamak için tek basına yeterli değildir çünkü güç üretir. Uçağın ihtiyacı ise sürükleme kuvvetini karşılayacak olan kuvvettir. Motorun gücünün kuvvete dönüştürülmesini motor miline bağlanan bir pervane sağlar. Pervane pal adı verilen kanatçıklar ve göbekten meydana gelir. Bir pervanede en az iki tane pal bulunur. Motor milinin pervaneyi döndürmesiyle paller etrafından geçen hava akımı paller üzerinde aerodinamik kuvvet meydana getirir. Bütün paller üzerindeki aerodinamik kuvvetlerin toplamı itmeyi olusturur.İtme, sürüklemeyi karşılayarak hava aracının ileri doğru hareketini sağlar.

Motorlu Hava Araçları

Havadan ağır hava araçlarının motorlu olanları;

• Uçak ve
• Döner kanatlı hava araçları olmak üzere iki ana gruba ayrılır.

Uçak

Uçak havadan ağır, motor gücüyle seyreden, uçuş sırasında havanın kanatları üzerindeki dinamik reaksiyonundan destek alan sabit kanatlı hava aracıdır.

Uçağın Ana Elemanları

Uçağın başlıca elemanları;

• Gövde,
• Kanat,
• Motor,
• Kuyruk (yatay ve dikey),
• İniş takımları ve
• Kumanda yüzeyleridir.

Gövde pilotların, yolcuların ve yükün içerisinde taşındığı ana yapısal elemandır. Aynı zamanda kanat, kuyruk, iniş takımları ve bazı hâllerde motoru üzerinde taşıyan ana yapıdır.

Kanat taşımayı üreterek uçağın uçmasını sağlayan, diğer taraftan motorların çalışması için gereken yakıtı taşıyan elemandır. Uçağın uçuşunu sağlayan taşımanın oluşması için hareket etmesi gerekir.

Motor uçağın hareketini sağlar. Bir uçakta tek motor olabildiği gibi uçağın ağırlığı ve kendisinden beklenen görev gereklerine göre birden fazla motoru da olabilir.

Uçağın tekerleklerini üzerinde taşıyan iniş takımları uçağın yerdeki hareketleri için gereklidir. Basit ve küçük uçakların iniş takımları sabittir. Hızlı uçması gereken uçaklarda iniş takımları kalkıştan sonra uçuş esnasında içeri alınır.

Kuyruk uçağın dengesini sağlayan elemanlar grubudur.

Uçağın Uçmak İçin Kalkışı

Uçak başlangıçta yerde sıfır hızda iken uçmaya nasıl başlayacağı merak edilebilir. Havadan ağır hava aracının uçabilmesi için taşımayı sağlayan yüzeylerinin hareket etmesi gerekir.

Uçakta taşımayı sağlayan yüzeyler olan kanat sabit aracın yapısı üzerinde sabit olduğuna göre, uçağın tamamının hareket etmesi gerekir. Bu hareket motorun veya motorların itmesi sayesinde gerçekleşir. Motor yerde duran uçağa itme uyguladığında, Newton’un birinci hareket kanununda açıklandığı üzere, uçak harekete baslar. Harekete başlamasıyla hızlanması da baslar. Hızlanma taşımanın oluşmasını sağlar.

Ancak hızlanma havadan ağır hava araçlarının uçma prensipleri anlatılırken ifade edildiği üzere, sürüklemenin de hıza bağımlılığı nedeniyle sürükleme oluşumuna da yol açar. Sürükleme ise motorun uçağı ileri doğru hareket ettirmesine karşı bir kuvvettir. Diğer taraftan hareket hâlindeki uçağın tekerlekleri ve yer arasında da bir sürtünme kuvveti vardır. Sürtünme de sürükleme gibi harekete karsı bir kuvvettir. Ancak motorların itmesi sürükleme ve sürtünmenin toplamından daha büyük olduğu sürece, uçağı ileri doğru hareket ettiren net bir kuvvet var olacaktır. Bu net kuvvet uçağı hareket ettirmeye devam edeceğinden, uçak hızlanmasına ve yerde hareketine devam edecektir.

Uçakların Sınıflandırılması

Uçaklar kalkış ve iniş yaptıkları zeminin türüne göre;

• Kara uçağı,
• Deniz uçağı ve
• Amfibi uçak olmak üzere üç ana gruba ayrılırlar.

Kara uçağı, kara üzerinden kalkan ve karaya inen uçaktır. Deniz uçağı , su üstünde manevra üzere inşa edilmiş uçaktır. Amfibik uçak ise hem karadaki hava alanlarından kalkabilen ve inebilen hem de suda hareket edebilen uçaktır.

Uçakların Kullanım Amaçlarına Göre Sınıflandırılması

Sivil havacılık faaliyetlerinde kullanılan uçaklar kullanım amaçlarına göre de;

• Ticari taşımacılık ve
• Genel havacılık uçakları olarak iki ana grupta değerlendirilebilir.

Ticari taşımacılık faaliyetlerinde kullanılan uçaklar;

• Havayolu uçakları ve
• İş uçakları olarak iki ana gruba ayrılır.

Havayolu uçakları ticari getiri karşılığında yolcu ve ticari yük, yani kargo, taşınması için kullanılan uçaklardır. Havayolu uçakları;

• Yolcu uçakları ve
• Kargo uçakları olarak ikiye ayrılır.

Yolcu uçakları, yolcunun yanında bir miktar kargo taşıma kabiliyetine sahip olsalar da öncelikle amaçları yolcunun taşınması olduğundan “yolcu uçağı” olarak adlandırılırlar.

Genel havacılık uçakları ise genel havacılık faaliyetlerinde kullanılan çoğunlukla küçük, pistonlu ya da türboprop motorlu, pervaneli uçak lardır. Başlıca kullanım alanları;

• Pilot eğitimi,
• Zevk için uçuş,
• Tarım,
• Fotoğrafi,
• Gözlem,
• Reklamcılık ve
• Haritacılık gibi hava işleridir.

Genel havacılık amaçlanarak tasarlanıp üretilen bazı genel havacılık uçakları iş uçağı ya da yolcu uçağı olarak da kullanılmaktadır.

Döner Kanatlı Hava Araçları

Döner kanatlı hava aracı uçuşta havada tutunabilmesi için gereken taşımayı bir veya daha fazla sayıda rotor adı verilen sistemle üreten havadan ağır hava aracıdır. Rotor hava aracının motor mili tarafından döndürülen bir safta bağlanmış kanat benzeri elemanlardan meydana gelir.

Başlıca döner kanatlı hava aracı türleri;

• Helikopter,
• Otocayro ve
• Cayrodin’dir.

Helikopter

Dünyada en yaygın olarak kullanılan döner kanatlı hava aracı helikopterdir. Helikopter Türk sivil havacılık mevzuatında belli bir piste ihtiyaç göstermeksizin karada ve denizde bir noktaya inen kalkan, motor gücü ile seyreden, havadan ağır hava aracı olarak tanımlanmaktadır.

Helikopter hem havada tutunmasını hem de ileri doğru hareketini, motor veya motorlar tarafından tahrik edilen rotoruyla sağlayan ve kalkış ve iniş için belli bir piste ihtiyaç göstermeyen döner kanatlı hava aracıdır şeklinde tanımlanabilir.

Helikopterin Uçuş Prensibi

Öncelikle askı ya da İngilizcede “ hover ” denilen hali ele alalım. Helikopter araç olarak bulunduğu yerde durmaktadır. Fakat helikopterin motoru rotoru döndürmektedir. Dolayısıyla bir tür kanat formundaki pal hava içinde hareket etmekte ve pal etrafında hava akımı olmaktadır. Bu dönüş rotor paline dönme merkezi olan ana milde sıfırdan başlayarak, palin ucunda V _R hızına erişen hava hızlarının etkimesine neden olur. Örneğin dönme merkezinden r mesafede etkiyen hız V _r olur.

Pale etkiyen bu hava hızları sonucunda pal üzerinde aerodinamik kuvvetler oluşmakta, tüm pallerin üzerindeki aerodinamik kuvvetlerin toplamı ise rotor kuvveti adı verilen toplam aerodinamik kuvveti vermektedir. Bu aerodinamik kuvvetin bileşenlerinde biri ise helikopterin ağırlığını dengeleyerek havada tutunmasını sağlamaktadır.

Motorsuz Hava Araçları

Planörler ve uçurtmalar havadan ağır motorsuz hava araçlarıdır. Planör motoru olmadığından uçuşu bir başka araç tarafından çekilerek başlatılır. Bazen uçurtmalara benzer şekilde kendisine bağlı uzun bir kablonun bir makine vasıtasıyla çekilmesiyle havalanması sağlanır. Havalanan planör pilotunun çekici kabloyu ayırmasıyla termik adı verilen hava akımlarının etkilerinden yararlanarak yükselmesine devam eder.

Uçurtma bilinen en eski insan yapısı hava aracıdır. Uçurtma da yüzeyinde oluşan taşıma sayesinde hava tutunabilen hava aracıdır.

İnsansız Hava Araçları

Uluslararası Sivil Havacılık Teşkilatı (International Civil Aviation Organization, ICAO) 2011 yılında yayımlamış olduğu “İnsansız Hava Aracı Sistemleri” başlıklı 328 numaralı sirkülerinde, insansız hava araçlarını;

• Otonom hava aracı ve
• Uzaktan kumandalı hava aracı (remotely piloted aircraft) olarak iki gruba ayırmaktadır.

Otonom hava aracı uçuş yönetiminde pilotun müdahalelerine izin vermeyen insansız hava aracı; uzaktan kumandalı hava aracı ise pilotu hava aracının içinde bulunmayan hava aracı olarak tanımlamaktadır.