Uçak yapıları -2 adlı makale Uçak yapıları – 1 adlı yazının devamıdır. İlk makaleye erişmek için bu linki kullanabilirsiniz.
Uçağa Gelen Yükler
- Yer yükleri: İniş, kalkış gibi yerdeki manevralar sırasında etki eden yüklerdir. Bunlar, ağırlık, yer tepkisi, tepki/çekme kuvveti, sürükleme ve taşıma kuvvetleri, yer sürtünmesi ve atalet yükleridir (örneğin merkezkaç kuvveti).
- Hava yükleri: Havadaki ivmeli, ivmesiz tüm uçuş ve manevralarda, sağnaklı hallerde maruz kaldığı yüklerdir. Bunlar, ağırlık, tepki/çekme kuvveti, sürükleme kuvveti, taşıma kuvveti ve atalet yükleridir.
Uçağa gelen yüklerin mertebelerine göre tasnifi
- Sınır yük (design limit load-DLL): İvmeli, ivmesiz tüm uçuş hallerinde uçağa gelmesi muhtemel statik yüke sınır yük adı verilir. Uçağın hiçbir elemanı sınır yüke maruz kaldığında deformasyona uğramamalıdır. Birkaç kez sınır yüke maruz kalan eleman değiştirilmelidir.
- Nihai yük (design ultimate load-DUL): Bir uçağın tamamının veya herhangi bir elemanının kırılmaksızın dayanabileceği maksimum yüktür. Eğer uçak hizmet ömrü boyunca bir kez bu yüke maruz kalırsa, yüke maruz kalan eleman veya tüm uçak bir daha kullanılmamalıdır.
- Emniyetli yük: Bir uçağın hizmet ömrü boyunca her zaman erişilebilen, ancak asla aşılmayan yüklerdir.
Emniyet katsayısı (safety factor)
Bir parça ya da elemanının maruz kalabileceği yükün üstünde yüklerin gelmesi ve imalatta hataların yapılabilmesi ihtimaline karşı, mukavemet hesapları birden büyük bir katsayı göz önüne alınarak yapılır. Emniyet katsayısı şu şekilde bulunabilir:
Emniyet katsayısı=DUL/DLL
Minimum emniyet katsayısının değeri ise 1.5 olarak verilir.
Yük katsayısı (n ya da g)
Havacılıkta bir uçağa hangi yönde ağırlığının kaç katı yük geldiğini gösteren sayıdır. Yük katsayısı, n=L/W şeklindedir (L:Taşıma kuvveti, W: Ağırlık).
Kanat
Kanatların görevi, uçağı havada tutan ve toplam ağırlığını dengeleyen taşıma kuvvetini oluşturmaktır. Kanat yapılarında genellikle Alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. Ancak, gelişmiş kompozit malzemeler (GRP: Glass Reinforced Plastic, CRP: Carbon Reinforced Plastic, Honeycomb sandviçler) giderek bunların yerin almaya başlamıştır. Bir kanadın dış görünüşünü belirleyen en önemli faktörler kanat plan biçimi (wing planform) ve kanat profilidir.
Kanat gövde bağlantıları
Kanat-gövde bağlantıları şu şekildedir:
Çok yüzeyli kanatlar (biplan, triplan): Açıklık oranı yüksektir; ancak gergi teli, dikme gibi elemanlar sürükleme kuvvetini arttırırlar. (Şekil 1.4)
Tek yüzeyli kanatlar (cantilever wing): Parasol-şemsiye kanat (Şekil 1.5), alttan kanat, ortadan kanat, üstten kanat.
Kanat kaplamaları
Uçakların gün geçtikçe daha hızlı ve daha büyük yapılmaları kanada gelen yüklerin daha büyümesine neden olmuştur. Bu nedenle eski uçaklardaki bez kaplamalar yerlerini önce kontrplaklara, daha sonra ise ince metal saçlara bırakmıştır.
Metal kaplamalar yapının mukavemetine de katkıda bulunmakta, bazen de bütün yükleri karşılamaktadır (çalışan kaplama-stressed skin). Bu nedenle metal kaplamalar yeterince mukavemet verecek kalınlıkta olmalıdır. Bu da ağırlığın artması demektir. İstenilen mukavemet özellikleri ile malzeme kalınlığının azaltılması ise sandviç kompozitlerin kullanımı ile mümkün olabilmektedir.
Kanat iç yapısı
Kanat kirişi (spar) kanada gelen yükleri karşılayan ve uçağın ağırlığını taşıyan ana mukavemet elemanıdır. Profilin büyüklüğüne bağlı olarak yükler tek bir kanat kirişiyle (monospar) taşınabileceği gibi, birden fazla kanat kirişi (multispar) kullanmak da mümkündür. Tek bir kanat kirişi kullanılması halinde burulma gerilmelerini kanat kaplaması, eğilme gerilmelerini ise kanat kirişi karşılar. Birden fazla kanat kirişi kullanıldığında, kanat kirişleri tüm gerilmeleri karşılarlar (torsion box). Ayrıca, iki kanat kirişi arasındaki boşluğa yakıt tankı yerleştirme imkanı da vardır. Bunların yanında kanatçık ve flaplar arka kanat kirişine daha kolay bağlanabilmektedir.
Genel olarak I kesitli ve kutu kesitli (box beam) olmak üzere iki cins kanat kirişi tercih edilmektedir. I kesitli kanat kirişlerinin tabanları eğilme momentinden gelen gerilmeleri, gövdesi ise kesme kuvvetinden gelen kayma gerilmelerini karşılar. Kutu kesitli kanat kirişleri ise tüm gerilmeleri karşılayacak yapıdadırlar ve yakıt için ideal bir depo oluştururlar. Tek ya da çok bölmeli yapılabilirler.
Takviye kirişler (stringers/stiffeners) ise kanat kirişlerine paralel olarak yerleştirilen ve daha hafif yapıda kirişlerdir. Kanat kirişleri ile aynı malzemelerden yapılırlar. Gerilmeleri (burkulma, eğilme) karşılamada yardımcı olurlar ve yüzey kaplamasına destek olurlar.
Kanada aerodinamik yapısını veren ve ömrü boyunca koruyan, kaplamaya destek olan eleman ise nervür (rib) veya sinirlerdir.
Gövde (fuselage)
Gövde, kanat ve kuyruk kumanda yüzeylerini birleştiren rijit elemanın yük ve yolcu taşıyabilir hale getirilmiş şeklidir. Konstrüktif açıdan incelendiğinde üç tip gövde yapısı vardır:
- Kafes-kiriş gövde yapısı (frame work): Bu tip gövde yapısı hafif uçaklarda ve helikopterlerde kullanılır. Bu yapının iskeleti birbirine kaynaklanmış çelik tüplerden oluşur.
- Monokok gövde yapısı: Bu yapıda gövdeye şekil vermek için takviye çemberleri (formers) ve bölmeler (bulkheads) kullanılır. Temel gerilmeleri karşılayan hiçbir destek elemanına sahip değildir. Bu nedenle kaplama kalınlığı fazla olmalıdır. Bu da ağırlığın artması demektir.
- Yarı monokok gövde yapısı: Bu yapıda takviye çemberleri ve bölmelerin yanı sıra gövde boyunca uzanan kirişler (longerons) ve takviye kirişler kullanılır. Böylece aerodinamik bir şekil verilen gövdenin yapımında kolaylık sağlarlar. Ayrıca, yapıya rijitlik ve mukavemet kazandırırlar.
Kokpit (flight deck) ve yolcu kabini camları
Basınçlandırılan uçaklarda kokpit camları, basınca ve kuş çarpmalarına karşı dayanıklı olmalı; ayrıca sızdırmazlık özelliği bulunmalıdır. Şokları absorbe edebilen saf Vinly ara tabakalarla güçlendirilen cam panellerin basınç sızdırmazlığı kauçuk (rubber) ile sağlanmaktadır.
Yolcu kabini camları “fail-safe” yapıya sahip iki akrilik plastik panelden oluşur. Basınç sızdırmazlığı kauçuk ile sağlanır.
Kuyruk konisi
Kuyruk konisi gövdenin arka kısmına aerodinamik şekil vermek ve gövdeyi kapatmak için kullanılır. Koni gövde ile aynı yapısal elemanlardan yapılmıştır. Ancak, bunlara daha az yük geldiğinden daha hafiftirler.
Kuyruk Takımı (Empenange)
Uçağı uçuşu sırasında dengede olabilmesini ve manevra yapabilmesini sağlayan kuyruk takımı, yatay stabilize (tailplane), düşey stabilize (fin) ve bunların firar kenarında bulunan uçuş kontrol yüzeylerinden meydana gelmiştir.
Kuyruk takımı tipleri şunlardır: Konvansiyonel, “T”, “H”, “V”.
Uçak Motor Bölmesi (Nacelle)
İçine motorun yerleştirildiği bu bölüm, aerodinamik olarak şekillendirilmiştir. Motor bölmesi, yangın duvarı (firewall), kaplama (cowling), motor sehpasından (mounts) oluşmaktadır. Pylon ise motorun gövde ya da kanatla birleştiği yerdir.
Konstrüksiyon Malzemeleri
Uçak yapımında kullanılan malzemeler şu şekilde sınıflandırılabilir:
- Ahşap.
- Alüminyum alaşımları (Duralumin-Al+Cu, 2024,7075 gibi).
- Magnezyum alaşımları (hafif, korozyon direnci düşük).
- Çelikler.
- Süper alaşımlar (Ni, Co, Fe-Ni).
- Titanyum alaşımları.
- Seramikler
- Kompozit malzemeler (GRP, CRP, Kevlar, sandviç kompozitler gibi).
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
Bu yazımda Uçak Yapıları 2 hakkında konuştuk. Uçak Yapıları 2 yazım hakkında görüş ve önerilerinizi bekliyorum.
