Havacılık endüstrisi, uçakların aerodinamik özelliklerini anlamak ve optimize etmek için sürekli olarak çalışmaktadır. Bu bağlamda, uçak kanatlarının dizaynı ve performansı, özellikle Induced Drag açısından kritik öneme sahiptir. Induced Drag, bir uçağın kanatlarından kaynaklanan ve uçuş esnasında hücum açısı (AOA) artmaya başladığı andan itibaren meydana gelen bir tür dirençtir. Kanatların ürettiği “lift” (taşıma kuvveti), uçağın havada kalmasına olanak tanır. Ancak, bu liftin oluşmasıyla beraber “indüced drag” (endüklenen sürüklenme) adı verilen bir direnç de ortaya çıkar. İndüklenmiş sürükleme, kanatların sonlu boyutlarından ve hava akışının kanatlar üzerinde yarattığı vortekslerden (girdaplardan) kaynaklanır.
Bu makalede, uçak kanatlarındaki aerodinamik faktörlerin Induced Drag’i nasıl etkilediği ve bu etkilerin nasıl optimize edilebileceği incelenecektir.
Induced Drag (İndüklenen Sürükleme) Nedir?
Kanatlar, havada hareket ettiklerinde taşıma kuvveti üretirler. Bu kuvvet, kanatların üstündeki basıncın, kanatların altındaki basınçtan daha düşük olmasıyla oluşur. Fakat bu basınç farkı, kanat uçlarında bir hava akışı yaratarak kanatların uç bölgelerinde hava akımının yukarıdan aşağıya doğru dönmesine neden olur. Bu dönen hava akımları, kanat uçlarında “kanat ucu vorteksleri veya kanat ucu girdapları ” olarak isimlendirilir. Bu girdaplar, kanatların geriye doğru çekilmesine neden olur ve bu da indüklenen sürükleme olarak adlandırılan bir direnç oluşturur.
Bu sürükleme türü, uçağın hızını düşürür ve motorların daha fazla güç üretmesini gerektirir, bu da yakıt tüketimini artırır.
Kanat Ucu Girdapları ve Aspect Oranı
Kanat ucu girdaplarının büyüklüğü, kanat ucu açıklığına bağlıdır. Kanat ucu açıklığı ne kadar küçük olursa, girdaplar da o kadar büyük olur ve indüklenen sürükleme de o kadar artar. Bu nedenle, aspect oranı (kanat açıklığının kanat ortalama chord’una oranı) indüklenen sürüklemeyi azaltmak için önemli bir faktördür. Aspect oranı yüksek kanatlarda, kanat ucu açıklığı daha büyük olduğu için girdaplar daha küçük olur ve indüklenen sürükleme azalır.
Aspect ratio arttıkça, kanat ucu vortekslerinin boyutu ve şiddeti azalır. Bu da Induced Drag’ın azalmasına neden olur. Bu nedenle, yüksek aspect ratiolu kanatlar, daha az Induced Drag üretir ve daha verimli uçuş sağlar.
Aspect oranı, bir kanadın açıklığının (b) genişliğine (B veya k) olan oranıdır. Yüksek aspect oranlı kanatlar, daha az kanat ucu vorteksi oluşturacağı için daha az indüklenmiş sürüklemeye maruz kalır. Bu da uçağın daha yüksek hızlarda uçmasına ve daha az yakıt tüketmesine imkan verir.
Aspect Oranı Formülleri:
Aspect oranı, iki farklı formül ile hesaplanabilir:
· b/B: Bu formülde, b kanat açıklığı ve B kanat genişliğidir.
· b/c: Bu formülde, b kanat açıklığı ve c kanat ortalama chord hattıdır.
Aspect Ratio ve Kanat Açıklık Oranı
Aspect ratio, kanadın açıklık oranını ifade eder ve Induced Drag’in azaltılmasında önemli bir rol oynar. Aspect ratio ne kadar yüksekse, kanadın açıklık oranı o kadar büyük olur ve Induced Drag azalır. Bu, kanadın uzunluğuyla genişliği arasındaki oranın artmasıyla gerçekleşir. Aspect ratio formülleri, kanadın geometrisinin Induced Drag üzerindeki etkisini hesaplamak için kullanılır.
Kanat Planformunun Etkisi
Uçak kanatlarının planformu, Induced Drag’i önemli ölçüde etkileyen bir faktördür. Kanat ucu vortekslerinin oluşumu, kanadın planformunun şekline ve boyutlarına bağlı olarak değişir. Kort (chord) uzunluğu, kanat ucu vortekslerinin büyüklüğünü doğrudan etkiler. Kanadın uç kısmındaki kort ne kadar büyükse, oluşan vorteks de o kadar büyük olur ve dolayısıyla Induced Drag artar.
Hava Hızının Etkisi
Hava hızı da Induced Drag’i etkileyen önemli bir faktördür. Düşük hava hızlarında, kanatların üzerinde daha fazla taşıma kuvveti üretmek için daha yüksek bir hücum açısı gerekir. Bu da daha büyük girdaplara ve daha fazla indüklenen sürüklemeye yol açar. Hava hızı arttıkça, hücum açısı azalır ve girdaplar da küçülür, bu da indüklenen sürüklemenin azalmasına neden olur. Sonuçta; düşük hızlarda uçarken, Induced Drag daha fazla olurken, hava hızı arttıkça Induced Drag azalır. Bu nedenle, uçuş koşulları ve hava hızı göz önünde bulundurularak kanat dizaynı optimize edilmelidir.
Manevraların Etkisi
Manevralar da Induced Drag’i etkiler. Özellikle dönüşler sırasında, kanatların lift kuvveti ağırlıktan daha büyük olmalıdır ki bu da Induced Drag’in artmasına neden olabilir. Bu nedenle, uçakların manevra kabiliyeti ve aerodinamik performansı dikkate alınarak kanat dizaynı yapılmalıdır.
Pilotlar, dönüşlerde indüced drag’ı en aza indirmek için rudder ve aileron (kanatçıkları) kullanırlar.
Havacılıkta Aspect Oranının Önemi:
Yüksek aspect oranlı kanatlar, uçaklarda birçok avantaj sağlar:
· Daha yüksek seyir hızı: Daha az indüklenmiş sürükleme, daha yüksek seyir hızı anlamına gelir.
· Daha az yakıt tüketimi: Düşük indüklenmiş sürükleme, daha az motor gücü ihtiyacı ve daha az yakıt tüketimi sağlar.
· Daha iyi süzülme performansı: Süzülme sırasında, indüklenmiş sürükleme minimumda tutularak daha uzun süzülme mesafesi elde edilir.
Uçak ve Planörlerde Aspect Oranı Örnekleri:
· Yüksek Aspect Oranlı Uçaklar: Uçaklar genellikle yüksek aspect oranlı kanatlara sahiptir. Örneğin, Airbus A350XWB’nin kanatlarının aspect oranı 9.5’tir.
o Airbus A350XWB (9.5)
o Boeing 787 Dreamliner (9.3)
o Gulfstream G650ER (9.1)
o
· Düşük Aspect Oranlı Uçaklar:
o F-16 Fighting Falcon (3.2)
o Airbus A400M Atlas (7.6)
o Antonov An-225 Mriya (8.4)
o
· Yüksek Aspect Oranlı Planörler: Planörler, uzun süzülme mesafeleri elde etmek için çok yüksek aspect oranlı kanatlara sahip olabilir. Bazı planörlerin kanatlarının aspect oranı 30’a kadar çıkabilir.
o Airbus Perlan II (64.5)
o Lange Antares (38)
o Schleicher ASW 28 (28)
Sonuç
Uçak kanatlarının aerodinamik dizaynı, Induced Drag’i optimize etmek ve uçuş performansını artırmak için kritik öneme sahiptir. Kanat planformu, aspect ratio, hava hızı ve manevralar gibi faktörler, Induced Drag’i etkileyen ve optimize edilmesi gereken ana unsurlardır. Aspect oranı, indüklenmiş sürüklemeyi azaltmak için kullanılan önemli bir parametredir. Yüksek aspect oranlı kanatlar, uçaklara daha yüksek seyir hızı, daha az yakıt tüketimi ve daha iyi süzülme performansı gibi birçok avantaj sağlar.
Havacılık endüstrisi, bu faktörleri anlamak ve uygulamak suretiyle daha verimli ve performanslı uçaklar geliştirmek için sürekli olarak çalışmaktadır. Bu bağlamda, gelecekteki uçak dizaynlarında Induced Drag’in azaltılması ve uçuş verimliliğinin artırılması için daha fazla araştırma ve geliştirme çalışmalarına ihtiyaç vardır.
Vasıf Yüceliş
E.Hv.Albay
Antalya Bilim Üniversitesi ATPL Dersleri Öğretmeni
