Uçak Yapıları – 1

Bu yazımda Uçak Yapıları hakkında konuşacağız, isterseniz geçelim.

Sabit kanatlı uçaklarda teçhizat hariç, yapının beş ana bölümden oluştuğu kabul edilir. Bunlar gövde, kanat, kuyruk takımı, iniş takımları ve güç grubudur. Bu bölümlerin her biri yapı elemanları olarak adlandırılan değişik elemanlardan meydana gelmiştir. Bunlar sparlar, lonjeronlar, nervürler (rib) gibi elemanlardır.

 Bir uçaktaki yükleri taşıyacak yapı elemanlarının boyutlarını seçebilmek için her yapı elemanı kesitine gelen gerilmelerin bulunması gerekir. Bu yüklerin belirlenmesine gerilme analizi adı verilir.

 Yapısal elemanlara etki eden başlıca gerilmeler çekme (tension), basma (compression), kayma (shear), eğilme (bending) ve burulma (torsion) ve burkulma (buckling) gerilmeleridir. İlk üç gerilme temel gerilmeler (Şekil 1.1); diğerleri ise bileşik gerilmelerdir.

1. Çekme gerilmesi: Yapısal bir elemanı çeken ve birim alana düşen kuvvettir.
2. Basma gerilmesi: Yapısal bir elemanı kısaltmaya çalışan ve birim alana düşen kuvvettir.
3. Kayma gerilmesi: Bitişik parçaların birbiri üzerinde kaymasına neden olan ve birim alana düşen kuvvettir. Özellikle cıvatalar, vidalar ve perçinler için bu kuvvet önemlidir.
4. Eğilme gerilmesi: Bir veya daha fazla noktada yapısal elemana çekme ve basma gerilmelerinin etki etmesi ile oluşur. Maksimum eğilme gerilmesi kanat kök kesitinde meydana gelir.
5. Burulma gerilmesi: Yapısal elemanların burulmasına neden olan kuvvettir. Örneğin, bir mile birbirinden biraz uzakta etki eden iki eşit ve zıt kuvvet burulmaya neden olur.
6. Burkulma (Buckling): Basınca çalışan elemanlar (ince madeni levhalar) veya kolonlar basınç yükü tarafından oluşturulan yanal eğilme sonucu göçmeye meyillidirler.

Bu eksenel gerilmelerin dışında uçak gövdesine etki eden gerilmeler, radyal gerilmelerdir (hoop stress). Bunlar kabin iç basıncının etkisi ile oluşurlar.

İstasyon Numaraları

Uçaklarda yapısal elemanların yerleştirilmesinde kolaylık sağlamak amacı ile değişik numaralandırma sistemleri kullanılır. Bunlardan bazıları şunlardır:

1. Zero datum line (fuselage station 0.00): Başlangıç noktası olarak bilinen referans veya sıfır noktası üretici tarafından belirlenir. Bütün yatay uzaklıkların inç olarak ölçüldüğü, uçağın burnunda ya da yakınındaki hayali düzlemdir.
2. Water line: Uçak gövdesinin alt tarafına belirli bir inç mesafede yerleştirilen yatay düzleme (ground line) dik yüksekliğin ölçülmesidir.
3. Buttock line: Dikey merkez çizgisine paraleldir ve sağa-sola genişlik ölçüsüdür.

Tasarım Yaklaşımları

Uçak tasarımında Emniyetli Hasar Tasarımı (Fail-Safe Design), Emniyetli Ömür tasarımı (Safe-Life Design) veya Hasar Toleranslı Yapı (Damage Tolerant Structure) yaklaşımları kullanılır.

1. Emniyetli Hasar Tasarımı (Fail-Safe Design): Bir parçada çatlak bulunsa dahi uçak serviste kalır. Ancak çatlak tehlikeli bir boyuta gelmeden tamir edilir.
2. Emniyetli Ömür tasarımı (Safe-Life Design): tasarımı yapılan parça için bir ömür tayin edilir ve bu ömrün dolması ile parçada herhangi bir çatlak bulunmasa bile, parça değiştirilir.
3. Hasar Toleranslı Yapı (Damage Tolerant Structure): Emniyetli hasar tasarımında gerekli olan ekstra yapısal elemanlar, yüklerin daha geniş bir alana yayılması ile kullanılmamaktadırlar.

Yorulma – Fatique

Gerilmelerin tekrarlı uygulamaları sonucunda yapıda mikroskobik çatlakların oluşması ve bunların zamanla makroskobik çatlaklara dönüşmesidir.

Çırpınma (Flutter)

 Aerodinamik, elastik ve atalet kuvvetlerinin karşılıklı etkileşimi sonucunda kimi zaman kararsız davranışlar ortaya çıkar. Uçuş kontrol yüzeylerinde hızlı ve kontrolsüz titreşimler meydana gelir. Bu durumu düzeltebilmek için iki yöntem vardır:

1. Kütlesel dengeleme (mass balancing): Kontrol yüzeyi menteşe hattının ilerisine bir ağırlık yerleştirilerek yapılır.
2. Motorların kütlesel dengelemede kullanılması ile çırpınma düzeltilebilir.

Bu yazımda Uçak Yapıları hakkında konuştuk. Uçak Yapıları 2 buradan ulaşabilirsiniz.

Not 1: Lisans eğitiminim sırasında dersi veren çok değerli hocam Sayın Yard. Doç. Dr. Akile Yıldırım hocamın ders notlarıdır. Kendisinin izniyle web sitemde yayınlamaktayım. Lütfen alıntı yapacağınızda kendisini kaynak gösteriniz.

Not 2: Kapak Resmi Kaynak: Hezarfen Dergi