Yerçekimine karşı gelebilen uçaklar bunu nasıl yapar? Uçaklar nasıl havalanır ve havada kalabilirler? Uçakların uçmasının arkasında bilim ve detaylar.
İnsanların uçma düşü 1903’te Wright Kardeşlerin ilk uçağıyla gerçekleşti. Havacılığın kapsamı iç hat seferleriyle, kıtalararası seferlerle ve yük taşımacılığıyla günümüze kadar hızla genişledi. Uçaklar havadan daha ağırdır. Dolayısıyla, uçak ağırlığından daha büyük kaldırma kuvvetinin sağlanması gerekir.
Havalanma
Pistteki bir uçağın hareketi sırasında oluşan hava akımı, uçağın kavisli kanatlarıyla ikiye ayrılır. Kanadın üst kısmının biçiminden dolayı, üst hava akımı alt hava akımından farklı bir yol izler. Hava akımının hızı üst kısımda alt kısma oranla daha yüksektir. Hız artışının basınçtaki bir azalmayla ortaya çıktığını belirten Bernoulli ilkesi uyarınca, bu durum kanadın aşağısındaki basıncın yukarısındaki basınçtan daha büyük olduğu anlamına gelir. Böylece yukarıya doğru yönelen ve “taşıma kuvveti” denen net bir kuvvet oluşur. Uçağın devinimine karşı koyan hava direncine “sürükleme” denir.
Uçağın yerden havalanmasını sağlayan şeylerden biri de kanatların hücum açısı, yani kanadın karşıladığı havayla oluşturduğu açıdır. Hücum açısı yükselince kanadın karşıladığı hava miktarı artar ve böylece hem taşıma kuvveti, hem de sürükleme kuvveti artar. Uçağın hızını yükseltmek ya da pervanelerin yardımıyla hava akımı hızını arttırmak, taşıma kuvvetinin sürükleme kuvvetinden daha fazla artmasını sağlar. Kaldırma kuvvetinin büyüklüğü hücum açısına ve hıza bağlıdır.
Hava akımı kanatlara çarptığında ikiye ayrılır. Üst hava akımı alt hava akımına oranla daha uzun bir yol alır. Bunun yarattığı basınç farklılığıyla uçak yukarıya doğru “çekilmiş” olur.
Yönlendirme
Bir uçak havalandıktan sonra yön dümeni, irtifa dümenleri ve kanatçıklar aracılığıyla yönlendirilir. Pilot bu düzeneklere levye, volan ve dümen pedallarıyla kumanda eder. Kumanda, mekanik bir şekilde kumanda kolları ve bowden kablolarıyla ya da elektronik kumandalı uçuş sistemiyle gerçekleşir.
Kanatçıklar uçağın uzunlamasına eksen boyunca hareketini düzenler. Bu harekete “yalpa” denir. Kanatların dış yüzünde yer alan kanatçıklar birbirlerinden bağımsız olarak yukarıya ya da aşağıya doğru hareket ettirilebilir. Bu manevra kanatların taşıma kuvvetini değiştirir. Uçak daha küçük taşıma kuvvetli kanadın yönüne doğru yalpa vurur.
Yön dümeni dikey eksen boyunca uçuş hareketine kumanda eder. Bu harekete “kuyruk savurma” denir. Dümen bir teknedeki gibi, uçağın kuyruğuna dik olarak takılıdır, iniş için yere yaklaşırken kullanılır ve kanatçıkların bir yan etkisi olan kuyruk savurmayı dengeler. Dümene bağlı kumanda pedalları yerde ilerlerken uçağın tekerleklerini de idare eder.
İrtifa dümenleri uçak kuyruğunun parçasıdır ve uçağı yan ekseni boyunca döndürür, yani uçağın burnunu kaldırıp indirmesini kumanda eder. Kanatların hücum açısı irtifa dümeni düzenlenir. Belli uçaklarda dengeli uçuş için ek küçük dümenler kullanılır.
İTİŞ GÜCÜ VE HIZ
Hafif planörler yükselen havayla asılı kalarak süzülür. Ağır ve daha hızlı uçakları sürmek için jet motorlarına gerek vardır. Süpersonik uçuşlar hâlâ askeri alanla sınırlıdır.
Planörler, yamaç paraşütleri ve delta kanatlar takılı bir güç kaynağı olmaksızın uzun mesafeler boyunca uçabilir. Planörler yükseklik kazanmak için, havaya yükselen ve “termik” olarak bilinen sıcak hava sütunlarından yararlanır. Bunlar bir dağın rûzgârüstü tarafında yamaç rüzgârları olarak ve bir dağın rüzgar altı tarafında ortaya çıkabilir. Planörler başlangıçta biraz yükseklik kazandıracak bir dışsal enerji kaynağına gerek duyar. Bu iş için genellikle sabit motorlu vinçler ve motorlu uçaklar kullanılır.
Bazı planörlerin kendi motorları vardır. İrtifa kaybı ile alınan mesafe arasında optimum düzeyde bir ilişki sağlamak açısından, planörlerin hava sütunlarında çabuk yükselecek kadar hafif olması gerekir. Ancak hızın ağırlıkla birlikte artması nedeniyle, aşırı hafiflikten kaçınmak gerekir. Termiklerde az süre geçirildiğinde bu özellik işe yarar. Planörler bir sıcak hava sütununun çevresinde dolanabilecek şekilde keskin dönüşler yapabilmelidir. Gözetilmesi gereken başka bir nokta, pist dışında bir yere iniş yapıldığında planörü taşıma kolaylığıdır. Bazı planörlerde ilave ağırlık sağlamak ve planörün kütle merkezini ayarlamak üzere kanatlarda su tankları bulunur. Gövde üzerinde basınçtan kaçınmak açısından, bu su inişten önce boşaltılmalıdır.
Askeri Uçaklar
Askeri uçaklar nakliye, keşif ve hava harekâtları için kullanılır. Muharebe uçakları havadan karaya ya da havadan havaya füzelerle donatılır. Duruma göre bombardıman ya da önleme uçağı işlevini görebilir. Askeri uçakları dünyanın her tarafına taşıyabilen uçak gemileri vardır.
Süpersonik Hız
Sivil hava ulaşımından farklı bir yön olarak, askeri uçaklar çoğu süpersonik hızlarla, yani havadaki sesten daha hızlı yol alır.
Bu hız Mach sayısı denen birimlerle belirtilir. Mach sayısı, uçak hızının, uçağın içinde hareket ettiği havadaki ses hızına bölünmesiyle elde edilir. Mach 1 ses hızıdır ve normal havada yaklaşık 1.200 km/ saattir. Askeri jetler Mach 2 dolayında hızlara ulaşır; Mach 3 hızına ulaşan birkaç model vardır. Süpersonik hızlara varmak için “art yakıcılar” denen yüksek performanslı özel jet motorları kullanılır.
Kamuflaj
Askeri uçuşlar optik, akustik ve radar kamuflajı gözetilerek planlanır. Hayalet uçakların yüzeyi üçgenlere ayrılmıştır; gizleyici teknoloji sayesinde bunlar radar sinyallerini geri yansıtmak yerine saptırır. Teorik olarak hayalet uçaklarını saptamanın bir dizi yolu vardır, ama şimdiye kadar hiçbiri işe yaramamıştır. Örneğin, kamuflajlı uçuşları bir radar istasyonları ağıyla belirlemek mümkündür.
Elektromanyetik enerjiyi ısıya çeviren radar soğurucu malzemeler (demir karbonil boyalar) kullanılarak daha kapsamlı kamuflaj sağlanabilir.
