Gökyüzünde kuşlar gibi süzülen insan yapımı uçaklar hayranlıkla izlenebilir. Devasa ve ağır demir yığını, hedefine ulaşmak için yerden onlarca metre yüksekte nasıl yükseliyor? Bu yazımızda çok fazla detaya girmeden uçaklardan bahsedeceğiz. Uçağın kısa geçmişine bakarsak,
Orville ve Wilbur Wright adlı iki kardeş uzun denemelerden sonra uçmayı başardı. Deneyler 1903’te başarılı oldu. Orville Wright, 1903’te 120 metreyi 12 saniyede uçtu ve hasar görmeden indi. Bu denemeler motorlu uçaklarla yapılmış ve daha önce birçok motorsuz deneme yapılmıştır. Bu tarihten önce de sıcak hava balonlarıyla denemeler yapılmış ve bir kısmı uçabilmiştir. Hidrojen balonlarıyla yapılan denemeler 1783’te başarılı oldu. Bunun dışında insanoğlu gökyüzünde ilk kez uçurtma uçurmayı başardı. Bunun tarihi net olarak bilinmemekle birlikte, milattan önce Çin’de yapıldığı tahmin edilmektedir.
Öncelikli olarak uçağın havada uçabilmesi için 4 temel etken vardır. Bunlar ;
1- Kaldırma Kuvveti: Uçağın havalanmasını ve havada kalmasını sağlayan faktördür. Buradaki kuvvet kanatlardan gelmektedir.
2- Motor Gücü: Kanatların kaldırma gücünü sağlaması için hava akımının kanat çevresinden belirli bir hızda geçmesi gerekir ve bu hava akışı motorlardan sağlanır.
3- Hava Direnci (Geri Çekme): Uçağın itme kuvvetine karşı geliştirilen bu kuvvet, uçağın hava akımına karşı gösterdiği dirençtir.
4- Ağırlık: Uçağın toplam kütlesinin ağırlığıdır. Uçak ne kadar hafifse yer çekimi kuvvetini o kadar kolay yener.
Uçaklar bilinen fizik kurallarıyla uçarlar. Peki bu kurallar nelerdir?
Uçak üzerindeki kaldırma kuvveti aşağıdaki gibi elde edilir. Kanadın alt kısmı düz ve üst kısmı kavislidir. Bunun avantajı şu olacaktır. Bir hava ağı buraya çarptığında, resimde anlatıldığı gibi ikiye bölünecektir. Tepeye giden hava ağı daha uzun bir yol kat edecek ve alttaki hava ağı düz bir yol izleyecektir. Bu nedenle, tepedeki hava ağı daha hızlı olmalıdır. Bernoulli prensibine göre alt hava filesi ile aynı noktada buluşmak için; Sıvıların hızı arttıkça basınçları düşer. Uçağın uçabilmesi için kanadın alt yüzeyindeki basıncın üst yüzeydeki basınçtan büyük olması gerekir. Bunun için kanadın üst veya alt yüzeyindeki hava akışının şartlara göre hızlandırılması ve yavaşlatılması gerekir. Uçağın ileri doğru hareketi yeterli olup, uçak kanatlar üzerinde doğru bir açıyla kalkış yapabilmektedir.
Kanat teknolojisi, modern uçak sistemlerinde gelişme açısından üst düzeydedir. Örneğin; Uçak kanadının kesiti, kanatların alt kısmında tümsek, üst kısımda ön ve arka kısımda kalın olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu tür modern kanat sistemleri yüzdürme için destek sağlar. Bernoulli prensibine göre üst yüzeydeki kanada etki eden hava, kanadın altından daha hızlı hareket ederse uçak kalkar.
Kanat üstündeki ve altındaki havanın basınç farkı arttıkça uçak azaldıkça yükselip alçalmaktadır. Uçağın pervane veya jet motoru itme gücü ileriye doğru. Uçak ileri doğru hareket ederse kanadın altından ve üstünden geçen hava hızla akacaktır. Bu durumda kanat üst kısmındaki hava basıncı, alt yüzeydeki hava basıncından daha düşüktür. Uçağın hız değişimi yüksek seviyelere ulaştıkça hava basıncı farkı da artar. Basınç farkı belli bir seviyeye ulaştığında uçak kalkar. İstenilen yüksekliğe ulaşıldığında havanın basınç farkı sabit tutulur ve uçak uçmaya devam eder.