Havacılık kütüphanesi.

UÇAK NASIL UÇAR?

Wright kardeşlerin 17 Aralık 1903’de uçtuğu oldukça hafif “Uçan Makine” adını verdiği uçaktan başlayarak, günümüzde tonlarca ağırlığı olan uçakların havada nasıl durduğu, nasıl uçtuğu anlaşılması zor olan bir konu değildir.

Uçuş sırasında uçak dört aerodinamik kuvvetin etkisi altında kalır. Bu kuvvetler; kaldırma kuvveti, ileri çekici kuvvet, geri sürükleyici kuvvet ve yer çekimi kuvveti(ağırlık)’dır.


Uçuş Sırasında Uçağı Etkileyen Dört Aerodinamik Kuvvet

Kaldırma Kuvveti:
Kaldırma kuvveti, uçağın havalanmasını ve havada uçmasını sağlar. Kaldırma kuvvetinin oluşması, kanatların yapısı ile doğrudan bağlantılıdır.

Kanadın üst bölümü; ön taraftan arkaya doğru azalan oranda kavisli, alt kısmı ise düz bir yapıya sahiptir. Bu nedenle, üst taraftaki hava akışı, alt tarafa oranla daha fazladır. Kanadın üst tarafından, alt tarafa göre daha fazla olan hava akışı, oluşturduğu basınç farkı nedeniyle kaldırma kuvvetini meydana getirir.


Kaldırma kuvvetinin tam olarak oluşması, kanat hücum açısının değiştirilmesi ile mümkün olur. Kanat hücum açısı arttırıldığında, kaldırma kuvveti ile hava sürati ve geri sürükleyici kuvvetlerde de değişiklik meydana gelir.


Kanat Hücum Açısı (Angle Of Attack)

Kaldırma kuvvetinin meydana gelmesinde hücum açısına ilave olarak; kanat alanı, hava yoğunluğu ve hız da önemli birer etkendir. Bütün bu etkenler aşağıdaki formülde yerini aldığında kaldırma kuvvetinin oluşması daha iyi anlaşılır.




K  = Kaldırma Kuvveti

Kk= Kaldırma Kuvveti Katsayısı (Havanın direnci ve hücum açısı ile değişir)
S  = Kanat Alanı
P  = Hava Yoğunluğu
V2= Hız Kare (Hız saniyede feet'dir.)
Uçuş seviyesinin korunmasını sağlamak için; uçağın hızı azaldığında hücum açısı küçültülmeli, uçağın hızı arttığında hücum açısı büyütülmelidir. Diğer bir anlatımla, hücum açısı, uçağın hızı ile ters orantılıdır.

Ayrıca, kaldırıcı kuvvete yardım eden flaplar kullanılarak, hücum açısı ve hız kontrol altında tutulur. Kanatların arkasında yer alan flaplar, kanadın üst kısmındaki kavisi uzattığı için büyük ölçüde kaldırma kuvveti meydana getirir. Bu nedenle, kalkışta ve düşük hızın gerekli olduğu inişte kullanılan flaplar ile hücum açısı ve hız kontrol altında tutulur ve düşük hızda uçağın havada uçmasını sağlayan yeterli düzeyde kaldırma kuvveti elde edilmiş olur.


İleri Çekici Kuvvet:
İleri çekici kuvvet, düzenli ve verimli çalışan motorla sağlanır.
İleri çekici kuvvet, toplam geri sürükleyici kuvveti yenebilmelidir. Düz uçuşta ve sabit hızda ileri çekici kuvvet, geri sürükleyici kuvvetin toplamına eşittir.

Eğer ileri çekici kuvvet, geri sürükleyici kuvvetten fazla olursa, uçağın hızı, ileri çekici kuvvet ile geri sürükleyici kuvvet eşit olana kadar artmaya devam eder.

Palleri sabit pervaneler ile palleri küçük açılı olarak ayarlanmış pervaneler, düşük hızlarda, yüksek devirle istenen ileri çekici kuvveti meydana getirir. Palleri ayarlanan pervanelerde, yakıtın harcanmasında ekonomi sağlamak için, seyahat hızında büyük açı ve düşük devir kullanılarak gerekli olan ileri çekici kuvvet elde edilir.

Motorun gücü ile ileri çekici kuvvet birbirine eşit değildir. Geri sürükleyici kuvveti yenen veya dengeleyen ileri çekici kuvvet, motordan aldığı güç ile dönen pervane tarafından meydana getirilir.


Palleri Küçük Açıya Ayarlı Pervane

Geri Sürükleyici Kuvvet:
Uçak havalandığında, iki ayrı geri sürükleyici kuvvetin birleşmesinden oluşmuş, toplam geri sürükleyici kuvvetin etkisi altına girer.


Birinci geri sürükleyici kuvvet:
Kanat hücum açısı arttırıldığında, kanadın üst ve alt kısmından farklı oranlarda geçen hava, kanadın sonunda geri sürükleyici bir kuvvet meydana getirir. Buna ek olarak, kuyruk ve gövdede de benzer şekilde geri sürükleyici bir kuvvet meydana gelir. Bu şekilde meydana gelen geri sürükleyici kuvvet, hava sürati ve hücum açısının değerlerine bağlı olarak değişir. Kanatlarda kaldırma kuvveti oluşmaya başladığında, geri sürükleyici kuvvet de oluşmaya başlar.


İkinci geri sürükleyici kuvvet:
Gövdenin dışında bulunan iniş takımı/tekerlekler, radyo anteni ve benzeri parçaların hava içinde meydana getirdiği direnç nedeni ile oluşur. Uçağın bu tür parçalarına aerodinamik şekil verilerek, geri sürükleyici kuvvetin mümkün olan en alt düzeyde oluşması sağlanır.

Kanatlarda meydana gelen geri sürükleyici kuvvetin, hız arttığında azalmasına karşın, gövdenin dışında yer alan parçaların meydana getirdiği geri sürükleyici kuvvet artar.



Gövde Dışında Aerodinamik Şekil Kazandırılmış Eklentiler

İki farklı şekilde meydana gelen geri sürükleyici kuvvet birlikte toplam geri sürükleyici kuvveti meydana getirir.


Yerçekimi kuvveti veya ağırlık, uçağı etkileyen dört kuvvetten, herkes tarafından en fazla bilinenidir. Yerçekiminden kaynaklanan uçağın ağırlığı (1 G) olarak tanımlanır. Normal şartlarda “1 G” olan bu oluşum, uçağın yukarı doğru yaptığı hareketlerde hücum açısıyla orantılı olarak  artar (+G) veya uçağın aşağı doğru yaptığı hareketlerde  hücum açısıyla orantılı olarak azalır (-G).

Bu nedenle, uçak üretilirken, yük ve kullanma limitleri göz önünde tutularak gerekli hesaplamalar yapılır ve kanat ile gövdenin uçuştaki dayanıklılığı sağlanmış olur. Uçuş esnasında yapılan hareketlerde +G ve -G değerleri kokpitteki göstergeden takip edilir. Uçakların modeline göre +G ve -G değerleri değişkenlik gösterir. +G ve -G değerleri o uçağın kullanma kitabında (Dash 1 "-1") belirtilir.


UÇAK PİSTON MOTORLARI

1. PİSTON MOTORUN BULUNUŞU:

Piston ve silindir ilk olarak buhar gücüyle çalışan motorun bulunmasından sonra görülmüştür. 1765 yılında James Watt (1736–1819), buhar gücüyle çalışan pistonun ileri–geri veya aşağı–yukarı hareketi nedeniyle meydana gelen aşırı ısınmanın soğutulmasını ve pistonun krank milini ekseni etrafında döndürecek şekilde çalışmasını başarmıştı.

Bir asır sonra, 1876’da Alman mucit makine mühendisi Nicolaus Otto ve Gottlieb Daimler ateşleme ve yanmanın silindir içinde yapıldığı, benzinle çalışan, günümüzdeki otomobil motorunun ilk örneğini yaptı. Benzinle çalışan bu motor; buhar motoruna göre çok hafif, daha güvenli, çalıştırılması ve kullanılması daha kolaydı.


2. PİSTON MOTORUN ÇALIŞMASI:

Piston silindir içinde aşağı–yukarı hareket eder. Bu hareket piston kolu ile krank miline aktarılır ve krank milinin ekseni etrafında dönmesini sağlar.



İçten Yanmalı Piston Motorun Bir Silindirinde Bulunan Ana Parçalar


Bir motorda gücün sağlanması dört aşamada gerçekleşir.

Birinci aşama: Piston silindirin üst seviyesinden aşağıya doğru hareket etmeye başladığında emme supabı açılarak yanma odasına benzin / hava karışımı alınır.

İkinci aşama: Emme supabı kapandıktan sonra piston yukarı hareket ederek benzin / hava karışımını sıkıştırır.

Üçüncü aşama: Sıkıştırmanın en üst seviyesinde bujinin çıkardığı kıvılcımla benzin / hava karışımı ateşlenir. Benzin / hava karışımın yanmasıyla meydana gelen genleşme nedeniyle piston hızlı aşağı hareket eder.

Dördüncü aşama: Piston tekrar yukarı harekete başladığında eksoz supabı açılarak yanmış karışım dışarı atılır.

Bu şekilde çalışan motorlar, dört zamanlı motor olarak adlandırılır.

Aşağıdaki hava soğutmalı radyal uçak motoru örneğinde, pistonların ve krank milinin konumu ile hareketleri görülmektedir.


Krank Mili Hareketli Radyal Motor Kesiti

3. UÇAK PİSTON MOTORLARINDA KULLANILAN YAKIT:

Uçak piston motorlarında benzinin formüle edilmesiyle elde edilen ve havacılık benzini (Avaition gasoline “AVGAS”) olarak adlandırılan yüksek oktanlı (80/87, 91/96, 100 LL, 100/130, 108/135, 115/145) yakıt kullanılır. AVGAS, farklı bir formüle sahip olduğundan jet motorlarında kullanılan yakıtla karıştırılmamalıdır.

AVGAS’daki az ve çok uçucu bileşenlerin oranı otomobillerde kullanılan benzine göre daha azdır. Bu özellik, yüksek irtifada yapılan uçuşlar için önemlidir.

AVGAS, benzinin yanma hızını azaltmak için belirli oranda kurşun tetra–ethly içerir. İçerdiği kurşun tetra–ethly oranına göre:

– AVGAS 80/87: Sadece sıkıştırma oranı düşük motorlarda kullanılır ve 4.5 litrede en fazla 0.5 gram kurşun tetra–ethly bulunur.

– AVGAS 100/130: Yüksek oktanlı havacılık benzinidir. 4.5 litrede en fazla 4 gram veya 1 litrede en fazla 1,12 Gram kurşun tetra–ethly bulunur.

– AVGAS 100 LL (Low Lead): 4,5 litrede en fazla 2 gram veya 1 litrede en fazla 0.56 gram kurşun tetra–ethly bulunur. En çok kullanılan havacılık benzinidir.

– AVGAS 115/145: Genellikle askeri havacılıkta kullanılır.

Pilotların ve bakım ekibinin yakıtın cinsini tanıması için AVGAS özel bir boya renklendirilir.

AVGAS 80/87 kırmızı, AVGAS 100/130 yeşil ve AVGAS 100LL mavi renklidir.


4. BEYGİR GÜCÜ VE WATT:

James Watt piston motoru buharla çalıştırmayı başardığında bu makinenin meydana getirdiği gücü tanımlama gereğini duydu. Bu tanımlamayı yapabilmesi için atın yaptığı çalışmayı esas aldı. James Watt; normal şartlarda bir atın değirmende buğday ve mısır gibi hububatları öğütmek için 75,4 feet’lik bir çember (24 feet çap) etrafında döndüğünü gözlemleyerek, 180 pound değerinde iş yaptığını hesapladı. Ancak bulduğu bu değer tek başına bir anlam taşımıyordu. Çünkü bu işin ne kadar bir sürede yapıldığını hesaplamamıştı. Daha sonra yaptığı çalışmalarda atın 75,4 feet’i 1 dakikada 2,4 kez kat ettiğini ve 1 dakikadaki hızını 181 feet olarak hesapladı. Buradan 180 x 181 = 32.580 libre – dakika sonucuna ulaştı ve bu sonucu 33.000 olarak kabul etti. Günümüzde de kullanılan aşağıdaki formülü buldu.

1 Beygir Gücü = 33.000 libre . feet / dakika

Ancak, daha sonraki yıllarda yapılan hesaplamalarda; formül değerinin, normal bir atın yaptığı işten % 50 daha fazla olduğu saptanmıştır.

Formülde; 33.000 libre’lik bir kütleyi, 1 dakikada, 1 foot yüksekliğe çıkarmak için harcanan enerji, 1 Beygir Gücü olarak tanımlanır. Günümüzde de İngiliz ölçü birimi olan bu formül kullanılmaktadır.

Metrik sistemde: 1 kilowatt = 102 kg.- m / saniye,

1 Beygir gücü = 0.746 kw (76.04 kg.-m / saniye)’dır.

Piston motorda beygir gücünün artması, yanma odasının hacmi ve silindir sayısı ile doğru orantılıdır.


5. UÇAK VE PİSTON MOTORLAR:

Piston motor uçakta ilk defa Wright kardeşler tarafından kullanıldı. “Uçan makine”nin planlarını yaptıklarında; ileri çekici kuvveti elde etmek için yüksek hızda dönen pervanelerin gerekli olduğunu ve bunun da ancak bir motorla yapılabileceğini anladılar. Wright kardeşlerin yaptıkları çalışmalarda; iki pervaneyi döndürecek, 82 kilogramı geçmeyecek ve en az 8 beygir gücü (6 kilowatt) özelliklerinde bir motorun gerekli olduğunu hesaplamışlardı. Ancak, mevcut motorlar otomobil için üretildiklerinden yaptıkları tasarıma uygun bir motor bulamamışlardı.

Planlamalarına uygun motor üretimi için fabrikalara yaptıkları girişimlerden bir sonuç çıkmayınca, kendi motorlarını yapmaya karar verdiler. Yetenekli bir teknisyen olan Charles Taylor, Wright kardeşlerin tasarımına uygun bir motor yapmayı başarmıştı.

“Uçan makine” için bir buçuk ayda yapılan motor; düz bir hat üzerinde ve dört silindirli, 3,294 santimetreküp hacminde, 91 kilogram ve 12,5 beygir gücü (9,3 kilowatt) özelliklerine sahipti. Gaz kolu olmadığı için motor azami devirde çalışıyordu.


Wright kardeşlerin 17 Aralık 1903’de motorlu bir uçakla gerçekleştirdikleri ilk uçuşun ardından Amerika Birleşik Devletleri ile Avrupa’da uçağın keşif (göz–fotoğraf keşfi) / bombardıman görevlerini yapabileceği ve askeri açıdan büyük yararlar sağlayacağı çok çabuk anlaşılmıştı. Bu tarihe kadar yapılan savaşlarda, düşmanın ön cephedeki konumu ve faaliyetleri sabit bir noktadan yükseltilen balonla sınırlı bir uzaklığa kadar yapılabiliyor, cephe gerisindeki yedek birliklerin durumu ve lojistik faaliyetler gibi çok önemli bilgiler ajanlar aracılığıyla oldukça sınırlı düzeyde sağlanabiliyordu.

20 nci Yüzyılın ilk yıllarında yapılan uçak motorları basit ve beygir gücü düşüktü. Sonraki yıllarda Amerika Birleşik Devletleri, İngiltere, Fransa, Almanya, İtalya ve Rusya daha gelişmiş uçak motorlarını üretmeye başladı.

Pistonlu uçak motorları üretilmeden önce birçok etken dikkate alınır. Bu etkenler; hafif olması, en az düzeyde geri sürükleyici kuvvet oluşturması, uçağı havalandıracak ve uçuracak güçte olması, çalışmasının güvenilirliği ve bakımının kolay yapılmasıdır.

Uçak motorlarında azami güç, kalkış sırasında birkaç dakika kullanılır. Güvenli irtifaya çıkıncaya kadar veya planlanan irtifaya tırmanışta devir biraz düşürülür ve seyahat hızında çoğunlukla azami gücün %65 ile %75’i kullanılır.

Uçak motoru üretilirken bütün bu etkenler ve kullanım özellikleri dikkate alınır.

Pistonlu uçak motorları; silindirleri düz bir hat üzerinde sıralı (inline), “V” veya silindirleri bir daire oluşturacak (radial) şekilde üretilir. Radyal motorlar içten yanmalı, krank mili sabit silindirleri dönen (rotary) ve krank mili hareketli silindirleri sabit olmak üzere iki grupta sınıflandırılmaktadır.

Rotary (krank mili sabit, silindirleri dönen) motorlar, 20 nci Yüzyılın başlarında yaygın olarak kullanılan bir motor türüydü ve basit bir yapısı vardı. Beygir gücü az olduğundan silindirler ekseni etrafında düşük devirde dönüyor, düzgün ve sarsıntısız çalışıyordu.

İlk rotary motorun planları Stephen Balzer tarafından yapılmıştı. 100 beygir gücünde (75 Kilowatt) olan bu motor hava soğutmalı olmasına rağmen, silindir çevresinde soğutma kanalları yoktu. Ayrıca çok karmaşık bir yapıya sahipti ve üretimi pahalıydı. Stephen Balzer bu motorun planlarını 1899 yılında çizmeye başlamıştı.

1908 yılında Lauren Seguin bu motoru geliştirerek Gnome motorunun planlarını çizdi. İlk Gnom motoru beş silindirli, 50 beygir (37 Kilowatt) gücündeydi. Sonraki yıllarda yedi silindir 50 beygir gücü (37 Kilowatt), 80 beygir gücü (60 Kilowatt) ve 110 beygir gücünde (80 Kilowatt) motorlar üretilmişti.


Motorun dönmesi nedeniyle benzin silindirlere, silindirdeki valfın açılmasıyla krank milindeki boşluktan gidiyordu. Bu motorlarda gaz kolu bulunmadığından çalıştırmadan sonra pervane en yüksek devre çıkıyordu. İniş esnasında pilot ateşlemeyi keserek ve açarak motoru durma noktasına yakın bir durumda çalıştırıyor, inişi bu şekilde yapıyordu.

Birinci Dünya Savaşı sırasında Sopwith Camel, Fokker E–1 ve Nieuport–28 uçaklarında rotary motorlar kullanılmıştı.

Birinci Dünya Savaşı’ndan sonraki yıllarda uçakların gelişmesine paralel olarak daha fazla beygir gücü gerekmekteydi. Bu durum motorlardaki yanma odalarının hacminin büyümesi ve silindir sayısının artması demekti. Silindir sayısının çoğalması nedeni ile motor ağırlığının büyümesi ve merkezkaç kuvvetinin fazlalaşması, dönen motoru büyük sarsıntılar nedeniyle kopma noktasına getirmişti. Bu olumsuzluklardan dolayı rotary motorlarının yapımına son verilmiş ve silindirleri sabit, krank milinin ekseni etrafında döndüğü radyal motorların üretimine geçilmişti.

Radyal motorlar da içten yanmalı olarak sınıflandırılmakta ve çoğunlukla uçaklarda kullanılmaktadır. Silindirler rotary motorlarda olduğu gibi krank milinin etrafında bir daire oluşturacak şekilde dizilmiştir. Her silindirdeki pistonun hareketi, piston kolu ile krank miline aktarılmakta ve krank milinin ekseni etrafında dönmesi sağlanmaktadır. Ayrıca karbüratör ve gaz kolu bulunduğundan, motorun devri istenen şekilde ayarlanabilmektedir.


Hava Soğutmalı Radyal Uçak Motoru

Fazla güç gerektiren ve bu nedenle silindir sayısı çok olan radyal motorların, silindirleri düz bir hat üzerinde sıralı motorlara göre iki önemli üstünlüğü vardır. Birincisi bütün silindirlerin motorun ön kısmında yer alması, ikincisi ise hava akımının doğrudan alınması ile iyi bir soğutma sağlanmasıdır. Yüksek irtifa uçuşu yapan uçakların motorlarında soğumayı sağlayan hava akışı; uçulan irtifadaki ısı dikkate alınarak, motorun arka bölümünde bulunan kapakları açıp kapayan mekanik bir sistem yardımıyla pilot tarafından ayarlanır ve motor ısısı göstergeden kontrol edilir.



Eğer motor aşırı düzeyde ısınırsa, güç kaybı meydana gelir ve bu durum bir süre sonra silindirlerin çatlamasına, sonunda motorun durmasına neden olur.

Radyal motorlar ağırlık / güç oranı ve güvenirliğine ek olarak darbelere karşı da çok dirençlidir.

1935 yılından sonra yüksek süratli uçaklarda güçlü ve güvenilir Daimler–Benz DB 601 ve Rolls Royce Merlin gibi yeni nesil inline motorlar görülmeye başlandı. İkinci Dünya Savaşı’ndaki av uçaklarında her iki motor tipi de kullanılmıştır. Örnek olarak; Alman Focke–Wulf Fw–190 av uçağının motoru radyal, İngiliz Spitfire av uçağının motoru inline’dı.


Radyal motorlar kullanım ve yapım özelliği nedeniyle gelişen teknolojiye paralel olarak kendini sürekli yenileyerek varlığını sürdürmüş, inline motorlar ise İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra hızlı bir şekilde gözden kaybolmuştur.

 Inline motorlar günümüzde sadece hafif uçaklarda kullanılmaktadır.



UÇAK JET MOTORLARI



1. JET MOTORUN BULUNUŞU:

Dr. Hans von Ohain ve Sir Frank Whittle jet motorunu bulan mucitlerdir. Jet motoru ile ilgili çalışmalarını, birbirleriyle bağlantısı ve haberi olmadan yapmışlardı. Çalışmalara önce Sir Frank Whittle başlamış, ancak Hans von Ohain jet motorunu daha önce tamamlayıp sonucunu alan mucit olmuştu.

Hans von Ohain (1911–1998); 1930’ların ilk yıllarında Almanya’da Goettinger Üniversitesi’nde doktora öğrenimi gördüğü sıralarda türbo jet uçak motoru üzerinde çalışmaya başlamıştı.

1935 yılı süresince test motoru üzerinde çalışmalarını sürdürmüş ve düşüncelerini uygulamıştı. Motordan olumlu sonuç alması üzerine, yaptığı çalışmaları uçak üreticisi Ernst Heinkel’e anlatarak desteğini istedi. Hans von Ohain’in çalışmalarını yakından izleyen Ernst Heinkel, çok kısa bir sürede dünyanın en hızlı uçağını üretmişti.

S–1 türbo jet motoru 1937 yılının Şubat ayı sonunda hidrojen yakıtı kullanılarak test edilmiş ve motordan 10,000 devirde 250 pound’luk bir itme gücü sağlanmıştı.

Sonuçtan çok etkilenen Heinkel uçak motoru üretim plânını hızlandırarak, Von Ohain ve ekibinin He S–3 türbo jet motoru üzerinde çalışmasını sağlamıştı.


Heinkel S-3 Türbo Jet Motoru "1,100 libre.kuvvet (5 kN)"

Test uçağının plânlarının çizimine 1938 yılının ilk aylarında başlanmış ve 1939 yılı başında her iki motor tamamlanmıştı. 27 Ağustos 1939’da Heinkel test pilotu Erich Warsitz, jet motorlu uçakla yaptığı ilk test uçuşunu başarılı bir şekilde tamamlamıştı.


He S-3 Türbo Jet Motorlu "İlk Jet Uçağı" Heinkel He-178

Frank Whittle (1907 – 1996); jet motoru çalışmalarına, İngiliz Kraliyet Hava Kuvvetlerinde 23 yaşında subay olarak görev yaparken, 1930 yılının Ocak ayında başlamıştı. Tasarımı 1932 yılında birçok kişi tarafından benimsenmişti. Ancak Hava Bakanlığı ve havacılık endüstrisi bu tasarıma çok az ilgi göstermişti. Daha sonra bankerlerden mali destek görmüş, 1936 yılında jet motorunu üretmek üzere özel olarak görevlendirilmişti.

Türbo jet motorunun denemeleri 1937 yılının Nisan ayında yapıldı. Frank Whittle bu denemeyi şöyle anlatmıştı. “Deneme çok korkutucu oldu. Plânlandığı gibi jet motorunu 2,000 devre kadar elektrik motoruyla hızlandırdıktan sonra ana yakıt vanasını açtım ve ateşlemeyi yaptım. Ana yakıt vanasını açmamla beraber yanma odasına bir anda giden yakıt (yakıt motorindi) motoru hızlandırarak kontrolden çıkardı. Yakıt vanasını anında kapamama rağmen motorun devri kontrolsüz olarak artmaya devam etti ve yakıt borusunu patlattı. Motordan akan yakıt yerde birikti. Heyecandan bir anda yüzümde benekler oluştu.”


Frank Whittle'ın 1937 Nisan Ayında Denediği İlk Türbo Jet Motoru

Ertesi yıl hatalar giderilerek jet motoru yeniden yapılmış ve olumlu sonuç alınmıştı.


İkinci Kez Yapıldıktan Sonra 1938 Yılında Denenen Türbo Jet Motoru
"1,000 libre.kuvvet (4 kN)"

1939 yılında Hava Bakanlığı Frank Whittle’ın icadını onayladı ve W–1 jet motoru ile E–28/39 test uçağının Gloster Uçak Firması tarafından yapımına karar verdi.

Uçak 1941 yılının Mart ayında, jet motoru 1941 yılının Mayıs ayında tamamlandı ve E–28/39’un ilk uçuşu 15 Mayıs 1941 akşamüstü yapıldı.


Whittle W-1 Jet Motorlu "İlk İngiliz Jet Uçağı" Gloster E28/39

Frank Whittle’a olağan üstü buluşundan dolayı 1948 yılında İngiltere Kralı VI ncı George tarafından “sir” unvanı verilmiştir.


2. JET MOTORUN ÇALIŞMASI:

İçten yanmalı motor olarak tanımlanan, genel olarak uçaklarda kullanılan jet motoru, ön kısımdan emdiği havayı, kompresörde sıkıştırdıktan sonra yakıt / hava karışımının yanma odalarında yanmasıyla oluşan büyük ölçüde genleşmiş ve yanmış karışımın nozzle’dan dışarı çıkmasıyla yarattığı tepki ile ileri doğru hareket sağlar.

Jet motorunun arkaya doğru yarattığı tepki ile ileri doğru hareket sağlaması Sir Isaac Newton’un (1642 – 1727) 1686 yılında bulduğu “Hareket Yasaları”nın üçüncüsü ile açıklanmaktadır. Hareket yasalarının üçüncüsünde “iki cismin etkisi daima eşit ve zıt yöndedir". Diğer bir anlatımla "tepki, etkiye daima eşit ve zıt yöndedir” denmektedir.

Jet motor nozzle’ından çıkan yanmış hava / yakıt karışımının tepkisi aynı ölçüde ve zıt yönde etki yaratmakta, bu tepkime ileri doğru hareket meydana getirmektedir.

Jet motoru; hava girişi, kompresör, yanma odaları, çıkış türbünü ve nozzle’dan oluşmaktadır.


Hava girişi (air inlet):

Hava girişi, motora gereken havanın girmesini sağlayan ve ön kısımda uçağın performansı dikkate alınarak şekillendirilmiş olan bölümdür. Bu bölüm uçağın ses hızının altında (subsonic) ve ses hızının üstünde (supersonic) uçması dikkate alınarak farklı şekillerde tasarlanır.


Motor Hava Girişi (Air Inlet) "F-104G Starfighter"

Kompresör (compressor):

Kompresör; motor mili üzerinde sıra halinde dizili disklerin ince dış kenarlarına açılı olarak yerleştirilmiş pal adı verilen, günümüzde titanyum’dan yapılan parçalar, gelen havanın akışını hızlandırır ve aynı zamanda sıkıştırarak hacmi küçülmüş, sıcaklığı artmış bir şekilde yanma odasına gönderir.

İlk jet motorlarında kompresyon oranı 5/1 gibi oldukça düşük bir seviyedeydi. Günümüz jet motorlarında bu değer 44/1 gibi yüksek bir orana ulaşmıştır. Yüksek kompresyon oranı yüksek irtifa uçuşları için çok önemlidir. Çünkü 44/1 gibi bir kompresyon oranı yüksek irtifada yaklaşık olarak –54 santigrat derecedeki havayı sıkıştırdığında, motorun verimli çalışması için havanın gerekli ısı derecesine yükselmesini de sağlamış olur. Kompresörün bu özelliği alçak irtifa uçuşlarında motorun verimli çalışmasını etkilemez.

Genellikle jet motorlarında kompresör diskleri iyi bir sıkıştırma elde edilmesi için iki ayrı grup halinde sıralanır.

Yanma odası (combustion chamber):

Yanma odalarına yüksek basınçta ve ısınmış olarak gelen hava, püskürtülen yakıtla karışır ve yanma gerçekleştiğinde çok yüksek ısıyla beraber çok büyük bir genleşme ve buna bağlı olarak çok hızlı bir hava akışı meydana gelir.

Meydana gelen yüksek ısı nedeniyle yanma odaları ısıya dayanıklı malzemeden yapılır.

Yanma odalarına giden yakıt miktarı arzu edilen motor devri göz önünde tutularak gaz kolu ile pilot tarafından ayarlanır.


Türbin (turbine):

Yanma odasında yandıktan sonra meydana gelen sıcak ve basınçlı gaz daha sonra türbine gider. Türbin kademeleri, yanma odalarından gelen yanmış gazları aynı basınçla eksoz borusuna aktarır.


Motor mili (engine shaft):

Motor boyunca yer alan mil üzerinde bulunan kompresör ve türbin kademeleri aynı devirde dönerler.


Motor Yağ Basıncı Ve Motor Devir Göstergeleri
Nozzle:

Türbinden gelen sıcak ve yüksek hızdaki yanmış gazlar eksoz borusuna girerek nozzle’dan dışarı çıkar ve bu tepki uçağın ileri doğru hareket etmesini sağlar. Eksoz borusundaki aşırı ısınmayı önlemek için, ön kısımdan giren soğuk havanın bir bölümü gövdenin içinden eksoz borusunun dış yüzeyine yönlendirilerek soğutma amacıyla kullanılır. Eksoz borusundaki gazların ısısının normal değerlerde olup olmadığı kokpikteki göstergeden kontrol edilir.


Eksoz Isı Göstergesi (Santigrat Derecex100)
Nozzle’lar sabit ve hareketli olmak üzere iki çeşittir.

Sabit nozzle’ların çapı, motordan en iyi randıman elde edilecek şekilde tasarımcılar tarafından belirlenir.

Afterburner’lı jet motorlarında gaz kolunun konumuyla bağlantılı olarak hidrolik sistem nozzle’ı açar veya kapar. Gaz kolu afterburner konumuna getirildiğinde nozzle tam açılır ve gaz kolunun afterburner konumundan çıkmasıyla motor devrine uygun oranda kapanır. Nozzle’ın bu hareketleri kokpitteki göstergeden kontrol edilir.

Eğer gaz kolu afterburner konumundan %100 devir veya altına getirildiğinde nozzle kapanmazsa, motorda büyük ölçüde güç kaybı meydana gelir. Böyle bir durumla karşılaşıldığında, pilot yedek hidrolik sistemi çalıştırarak nozzle’ın kapanmasını sağlar.


3. JET MOTORLARINDA KULLANILAN YAKIT:

Piston motorlarda düşük parlama özellikli AVGAS olarak bilinen yakıtın kullanılmasına karşılık, jet motorlarında parlama derecesi yüksek, kolay alev almayan ve taşınması daha güvenli yakıt türü kullanılır.

İlk jet motorlarında gazyağı veya gazyağı–benzin karışımından oluşan yakıt kullanılmaktaydı. Günümüzdeki jet motoru yakıt türleri çoğunlukla gazyağı esaslıdır.

Askeri jet uçak motorlarında “JP”, sivil jet uçak motorlarında “Jet–A” ve “Jet–B” olarak sınıflandırılan yakıt kullanılır. Jet–A; JP–8 ve Jet–B; JP–4 ile aynı türdendir.

JP–1: Özellikleri Birleşik Devletlerde 1944 yılında belirlenmiş, donma noktası –60 santigrat derece olan gazyağı esaslı jet motor yakıtıdır. JP–1 çok iyi kalitesiyle ve eksoz duman izinin az oluşuyla bilinir.

JP–2, JP–3 ve JP–4: Daha sonraları nafta ve gazyağı karışımından 1945 yılında JP–2, 1947 yılında JP–3 jet motor yakıtı geliştirilmiştir. Gazyağı ve benzin karışımlı JP–4 1951 yılında kullanılmaya başlanmıştır. JP–2, JP–3 ve JP–4’ün tutuşma derecesi JP–1’e göre daha düşüktür.

JP–5: Yüksek tutuşma derecesi özelliği nedeniyle daha güvenli olan JP–5, uçak gemilerinde konuşlu jet uçaklarında kullanılmaktadır. JP–5’in üretimi diğer JP serilerine göre daha pahalıdır.

JP–6 jet motor yakıtı 1956 senesinde XB–70 uçağı için üretilmiştir. XB–70 projesi iptal edilince JP–6’nın üretimine de son verilmiştir.

JP–7: 1970 yılında SR–71 “Blackbird” uçağı için özel olarak üretilmiştir.

JP–8: 1990’lı yıllarda JP–4 formülünde değişiklik yapılarak gazyağı esaslı JP–8 üretildi. JP–8 çok yüksek parlama dereceli, fazla kokan ve biraz yağlı özelliklere sahiptir.

JET–A: Sivil jet uçak motorlarında kullanılan Jet–A, JP–8’in benzeri olup gazyağı esaslıdır.

JET–B: Sivil jet uçak motorlarında kullanılan Jet–B, JP–4’ün benzeri olup gazyağı–benzin karışımlıdır.

Jet uçaklarında yakıt depo göstergesi ve akışmetre ölçümleri Libre (Pound) değerinden gösterir.





Örnek: F-104G “Starfighter” uçaklarında; TIP TANK’lı yakıt yükü 8,034 libre, PYLON TANKLI’lı yakıt yükü 10,560 libre’dir.



F-104G "Starfighter" Uçağında Tip Tank Ve Pylon Tankın Konumu

TIP TANK: Kanatların ucunda bulunan yakıt depoları.

 PYLON TANK: Kanatların altında bulunan yakıt depoları.

4. TÜRBO JET İTİŞ GÜCÜ FORMÜLÜ:

Jet motorlarının ürettiği güç, İngiliz ölçü birimi olan Pound “P” veya Libre “Lb” ve metrik bir sistem olan Newton “N” ile tanımlanır.

1 Pound (Libre) = 0,4536 kg.,


kgk (kilogramkuvvet) = 9,80665 N,

1 N   = 0,1019716 kg. (dünya yüzeyinde),

1 kN = 101,9716 kg. (dünya yüzeyinde),

1 Pound = 4,45 Newton’dur.


UÇAK TURBOPROP MOTORLARI


1. TURBOPROP MOTORUN TANIMI:

Türboprop, üretilen gücü dişliler yardımıyla pervaneye aktaran bir çeşit jet motorudur. Pervanelerin dönmesini sağlamak  için tasarlanan turboprop motoru, jet motorunun yüksek dönüşünü, eklenen dişli kutusu yardımıyla pervanelerin çalışabileceği  daha küçük devirlere çevirir. Ayrıca, turboprop motorun eksozundan çıkan gazlar, jet motorunun eksozundan çıkan gazlara oranla daha az da olsa, uçağa küçük oranda itici güç sağlar. Turboprop motorunun hücum açısı değiştirilebilen pervaneleri, piston motorlu pervanelerde olduğu gibi kokpitten ayarlanan hızda dönerler.

Günümüzde turboprop motorlar genellikle ses hızının altında uçan küçük uçaklarda kullanılmakla beraber, seyahat hızı 500 knot (926 km./s) olan uçaklarda da görülmektedir. C-130 "Hercules", C-160 "Transall" ve Lockheed L-18 "Electra" örneklerinde olduğu gibi askeri ve sivil büyük uçaklar da turboprop motoruyla donatılmıştır. Turboprop motorları, hızları 450 milin altında olan uçaklarda verimli bir şekilde kullanılmaktadır.


2. TURBOPROP MOTORUN TARİHÇESİ:

Dünyanın ilk "Jendrassik Cs-1" olarak adlandırılan türpoprop motoru Macar makine mühendisi György Jendrassik (1898-1954)tarafından tasarlanmıştır. György Jendrassik eğitimini Budapeşte József Teknik Üniversitesi'nde tamamladıktan sonra Berlin Üniversitesi'nde ünlü fizikçiler Einstein ve Planck'ın konferanslarını dinlemişti. Makine mühendisliği diplomasını 1922 yılında almış, 1927 yılında Granz elektrik fabrikasında çalışmaya başlamıştı. Granz'da bulunduğu 1939-1942 yılları arasında dizel motorların geliştirilmesine yardım etmiş ve dünyaca ünlü Cs-1 turboprop motoru tasarlayarak, üretmiş ve denemelerini yapmıştı. László Varga tarafından tasarlanan iki motorlu Varga RMI-1 X/H keşif / bombardıman uçağı projesi 1940 yılında iptal edilince, Jendrassik bu uçak için hazırladığı planlamaları gerçekleştirememişti. Jendrassik, 1937 yılında küçük ölçekli, 75 kW gücünde turboprop motoru tasarlamıştı.

İlk İngiliz turboprop motoru olan Rolls - Royce "RB.50 Trent", Rolls - Royce "Derwent II" jet motorunun değiştirilerek dişli kutusu ve Rotol firması tarafından yapılan 7 feet, 11 inch uzunluğundaki beş bıçaklı pervanenin eklenmesiyle üretilmişti. RB.50 Trent turboprop motoru "Trent - Meteor" olarak anılan Gloster Meteor EE227 uçağına takılmış ve bu test uygulaması üretim için uygun olmasa da "Trent - Meteor" dünyanın ilk turboprop motorlu uçağı olmuştu. İlk uçuş 20 Eylül 1945'de yapılmıştı. RB.50 Trent'in denemelerinden elde edilen sonuçlara göre Rolls - Royce çok güvenilir "Dart" turboprop motorunu üretti. Dart turboprop motorunun üretimi 50 yıldan fazla bir süre devam etmiştir. Dört adet "Dart" ile güçlendirilmiş,  ilk turboprop motorlu Vickers "Viscount" uçağı fazla miktarda satılmıştı. Vickers "Viscount" uçağı ilk uçuşunu 16 Temmuz 1948'de yapmıştı. Dünyanın ilk tek motorlu turboprop uçağı, Armstrong Siddeley "Mamba" ile güçlendirilmiş Boulton Paul "Balliol"dur. Boulton Paul "Balliol" uçağı ilk uçuşunu 24 Mart 1948'de yapmıştı.

Sovyetler Birliği, jet motorlu stratejik bombardıman uçağı Boeing B-52 "Stratofortress" uçağına karşılık olarak dört adet Kuznetsov NK-12 turboprop motorlu Tupolev Tu-95 "Bear" uçağını üretmişti. Her motorda biri diğerinin tersine dönen iki pervane bulunan Tu-95, 575 mil/saat seyir uçuşuyla çoğu ilk nesil jet uçaklarından daha fazla hız yapmaktaydı. Tu-95 "Bear"lar, 20 nci yüzyılın sonlarına kadar Sovyetlerin muharebe ve keşif görevlerini başarıyla gerçekleştirmiş ön gözde uçaklarından biriydi.

Birleşik Devletlerin ilk turboprop motoru olan General Electric "XT31", ilk olarak Consolidated Vultee "XP-81" uçağında kullanılmıştı. İlk uçuşunu Aralık 1945'de yapan XP-81 uçağında hem türbojet, hem de turboprop motorları birlikte kullanılmıştı. Birleşik Devletlerin en tanınan turboprop motoru Pratt & Whitney Canada "PT6'dır.


3. TURBOPROP MOTORU:

Basit bir anlatımla turboprop; Hücum açısı değiştirilebilen pervane, jet motorunun çok yüksek dönüşünü azaltarak pervaneye aktaran dişli kutusu ve jet motorundan ibarettir.



Türboprop Motorun Şematik Görünümü

Jet motoru; hava girişi, kompresör, yakıt/hava karışımının yakıldığı yanma odası, türbin, eksoz ve nozzle kısımlarından oluşmuştur. Hava girişinden kompresöre gelen hava kompresör bölümünde sıkıştırılır. Sıkışma nedeniyle ısınan havaya yanma odasında yakıt püskürtülür. Yanma meydana geldikten sonra genişleyen yakıt hava karışımı sıcak gaz olarak türbin tarafından eksoza aktarılır ve nozzle'dan dışarı çıkarak atmosfere karışır. Bu işlemler sırasında oluşan motor milinin yüksek hızdaki dönüşü, dişli kutusu ile pervanelerin çalışabileceği uygun dönme hızına çevrilir. Nozzle'dan dışarı çıkar sıcak gazlar küçük oranda (%10'a kadar) itici güç sağlar. Bu konu Jet Motorları bölümünde detaylı olarak anlatılmıştır.


Uçağın hızı arttıkça pervanelerin verimi azaldığından, turboprop motorlar yüksek hızla seyreden uçaklarda kullanılmamaktadır. Ancak, türboprop motorun gelişmiş ve benzeri olan "propfan" motoru ile donatılmış uçakların hızı 0,75 Mach'a kadar çıkabilmektedir.


İki Motorlu Uçakta Bakım Gören Turboprop Motoru

C-160 "Transall" Uçağının Turboprop Motoru

Turboprop Motorlu PZL-130 "Orlik" Uçağı



TEPKİME YARDIMIYLA KALKIŞ

(JET ASSISTED TAKE OFF  "JATO")



JATO "Jet Assisted Take Off" (Tepkime Yardımıyla Kalkış) kelimelerinin ilk harflerinden oluşan bir kısaltmadır. Bu kelime yerine "Rocket Assisted Take Off" (Roket Yardımıyla Kalkış) kelimelerinin ilk harflerinden oluşan RATO kısaltması da kullanılmaktadır. JATO kısaltmasındaki "Jet" kelimesi doğru olmamasına ve RATO kısaltmasındaki "Rocket" kelimesi tam olarak doğru olsa da, bu teknik günümüzde bile JATO olarak tanımlanmaktadır. Sistem kısaca, uçakların kalkış aşamasında küçük roketler kullanılarak motorların gücüne ek olarak geçici güç sağlanması olarak özetlenebilir. JATO/RATO, jet motorlarında ek güç sağlayan art yanıcı (Afterburner) sistem bulununcaya kadar savaş uçaklarında kullanılmıştır.

Uçak gövdesinin arka alt tarafına eklenen adaptörlere takılan katı yakıtlı küçük roket, aşağıdaki resimde de görüldüğü silindir şeklinde metalden ve silindirin üst tarafında silindir şeklinde metalden yapılmış eksozdan oluşmaktadır.


JATO Roketleri

Sistemin çalışması kısaca şu şekilde özetlenebilir. Uçağın gövdesinin arka alt kısmına önce adaptörü takılır. Daha sonra adaptörün üzerine teknik kitapçıktaki anlatıma göre JATO yerleştirilir ve kokpitteki ateşleme anahtarına bağlantısı yapılır. Uçak kalkışa başladıktan sonra, uçağın burun tekerleği yerden kesilirken JATO pilot tarafından ateşlenir. JATO'nun ateşlenmesiyle birlikte uçağın %100 devirle çalışan motorunun sağladığı güce ek olarak JATO'nun gücü de eklenir. Böylece uçağın özellikle sıcak havalarda kısa mesafeden güvenli bir şekilde kalkış yapması sağlanmış olur. JATO'nun işlevi tamamlandıktan sonra JATO ve adaptörü uçağın aerodinamik özelliğini bozduğu için pilot tarafından uygun bir yerde uçaktan bırakılır.


F-84G Uçağının JATO İle Kalkışı

Fotoğraf: Türk Hava Kuvvetleri Web Sitesi
JATO 1950'li yıllarda Türk Hava Kuvvetleri'nde F-84G, F-84F, F-84FQ ve RF-84F uçaklarında kullanılmıştır.