Bu yazımızda uçak nasıl uçar açıklamaya çalışacağız. İlk kez uçan insanlardan uçakların kanatlarıyla ilgili teknik konulara gireceğiz. Kanatçık ve dümenin ne işe yaradığını da açıklayacağız. Başlamadan öne kısaca uçaklar nasıl uçar cevabını verelim. Kanatların altında ve üstünde hava geçişleri olur. Bu hava geçişleri sırasında kanatların altındaki hava basıncı üst taraftaki basınçtan fazla olduğunda uçaklar uçmaya başlar. Bu basınç farkı da kanat yapısı ve uçağın hızıyla oluşturulur.
Mongolfier Kardeşler: Balonla İlk Uçuş
Tarihteki verilere göre uçuşun balonla yapıldığı yazar. 1783 yılında Mongolfier kardeşler, Fransa’da sıcak havalı balonla ilk insanlı uçuşu yaptığı yazar. Bunun için tahta ile yanan ateşin çıkardığı havayla 900 metre yükseklikte yarım saat boyunca uçtuğu kayıtlara geçmiştir. Burada balondaki gaz yoğunluğu dış havanın yoğunluğundan az olduğu için uçtuğu görülmüştür. Tüp gaz yakarak balona sıcak hava doldurulunca sıcak havanın yoğunluğu düşük olduğu için balon havalanır. Balondaki gaz soğuyunca balon alçalır, ısıtılınca yükselir. Diğer yöntemde balon, yoğunluğu havadan daha düşük olan helyum gazıyla doldurularak uçurulur.
Önerilen Yazı » Jet Motoru Nedir? Nasıl Çalışır?
Uçakların Uçması için Bernoulli Prensibi ve Newton Yasaları
Uçakların uçması hakkında biraz teknik bilgiye girersek; bernoulli prensibine göre gazların (veya sıvı) hızı arttıkça basıncı azalır. Uçakların uçması için kanadın üstündeki hava basıncının azaltılması gerekir. Bernoulli prensibine göre, kanadın üstündeki hava kanadın altından daha hızlı hareket ederse uçak havalanır. Kanadın üstü ile altındaki havanın basınç farkı arttıkça uçak yükselir, azaldıkça alçalır. Uçakların kanadının ön kısmı yukarıya doğru kalkık, arka ucu ise aşağı doğru sarkıktır. Buna “hücum açısı” denir.
Uçağın pervanesi veya jet motoru uçağı öne doğru hareket ettirir. Uçak öne doğru hızlandıkça kanadın üstünden ve altından geçen hava hızla akar. Kanadın geometrisi sayesinde kanadın üst kısmındaki hava alttan geçen havadan daha hızlı akar. Böylece kanadın üstündeki hava basıncı alttakinden düşük olur. Uçağın hızı arttıkça havanın basınç farkı da artar. Basınç farkı belirli bir seviyeye ulaşınca uçak havalanır. İstenilen yüksekliğe ulaşınca havanın basınç farkı sabit tutulur ve uçak düz uçuşa devam eder. Uçak alçalacağı zaman hız yavaşlatılır.
Önerilen Yazı » Uçaklar Neden Beyaz İz Bırakır
Hız yavaşladıkça kanadın alt ve üstündeki havanın basınç farkı azalır ve uçak alçalır. Newton Yasası ile de uçakların uçma prensibi açıklanabilir. Kanadın arkası aşağıya doğru sarkık olduğu için havayı öne doğru süpürüp altta sıkıştırır. Bu nedenle uçak ilerledikçe kanadın arka alt kısmında hava boşluğu oluşur. Kanadın üstündeki hava bu boşluğu doldurmak için aşağı doğru akar. Böylece uçak ilerledikçe kanat bir hava pompası gibi yukardan aşağıya hava basar. Sonuç olarak kanadın üstündeki hava basıncı azalır, altındaki artar ve uçak havalanır.
Uçakların Uçması
Uçakların uçabilmesi için, kanadın üstündeki hava basıncı altındaki basınçtan az olmalıdır. Bunun için kanadın altındaki hava akımını yavaşlatmak ya da kanadın üstündeki hava akımını hızlandırmak gerekir. Uçağın kanat yapısı ve uçağın öne doğru hızla itilmesi ile kanadın altında akan havanın hızı azaltılabilir. Uçağın öne doğru itilme hızı yeterli olursa ve kanadın açısı uygun ise uçak havalanır. Uçak kanadının kesiti de önemlidir. Modern uçakların kanatlarının altı düzdür. Üst kısmı ise ön tarafta kalın arkada ince olacak şekilde kamburludur. Bu yapı kaldırma kuvvetini arttırır. Uçaklar bilinen fizik kuralları sayesinde uçar.
Önerilen Yazı » Neden Hızlı Yolcu Uçakları Üretilemiyor?
Yukarıdaki şekil bir uçak kanadının yandan görünüşünü yansıtan bir kesittir. Kanadın ön ve arka tarafları 1 ve 2 sayıları ile gösterilmiştir. Şekilde a ve b sayıları uçağın hareketi sırasında kanadın önünde bulunan birbirine komşu iki ayrı hava (akışkan) hacmini temsil etmektedir. Hareket sırasında kanat tarafından birbirinden ayrılan bu hacimler kütlenin korunumu ilkesi gereğince kanadın arkasında tekrar buluşmak zorundadır.
Uçaktaki Kanatçık ve Dümen Ne İşe Yarar?
Uçaklar sağa sola ve yukarı aşağı hareket edebilir. Bu manevralar kanatlara bağlı hareketli kanatçıklar ile arkadaki dümen ve yatay kuyruk sayesinde gerçekleşir. Kanat uçlarındaki kanatçıklar aşağı-yukarı ve yuvarlanma pozisyonlarını yerine getirerek dengeyi sağlayan kısımdır. Kanatçıklara İngilizce olarak Aileron diye ifade edilmektedir. Sabit kanatlı bir uçakta kanatçık yüzeyleri, akışa karşı gelir. Böylelikle bu akışı bozarlar. Bu bozulan akışta yüksek bir basınç oluşturur. Oluşan bu basınç sayesinde uçağın iki zıt tarafında basınç farkı oluşur ve uçak istenen hareketi yapar. Arkadaki dikey kuyruğa bağlı olan dümen sağa veya sola çevrilerek dönüş yapılır. Burnu alçaltıp yükseltmek için yatay kuyruk aşağı veya yukarı pozisyona getirilir.