Hala ilkel kabileler tarafından ‘demir kuş’ olarak parmakla gösterilen, ulaşım konusunda insanlığa çağ atlatmış dev makinaların havada nasıl asılı kaldığını hepimiz mutlaka merak etmişizdir. Teknik veya teorik olarak bazılarımız kulaktan dolma bilgilere sahip olsak da tam olarak vakıf değiliz. Merakımızın giderilmesi için bazı ipuçları biriktirdik. Buyrun makalemize…
Şimdi başlangıcı bizim de şaşırdığımız çok ilginç bilgi ile yapacağız: Uçaklar motorları sayesinde uçmazlar. Uçakların asıl havada kalmasını sağlayan şeyler, özel olarak tasarlanmış kanatlarıdır. Motorlar uçaklara itme kuvveti sağlar, fakat itme kuvveti onların böylesine havada asılı kalmasını sağlamak için yeterli değildir. Ayrıca sıkı durun: evet uçaklar ilk olarak kuşlardan esinlenerek tasarlanmıştır. Kuşlardan esinlenip ilk uçağı tasarlayan ise başka bir içeriğimizde anlattığımız belirttiğimiz Wright kardeşlerdir. Wright Kardeşler, ilk motorlu uçağı yapan ünlü kardeşlerdir.
Wilbur Wright 1867 yılında doğmuş, 1912 yılında ölmüştür. Kardeşi Orville Wright ise 1871 yılında doğmuş, 1948 yılında ölmüştür. Wilbur ve Orville Wright bilimsel öğrenim görmemişler, liseden sonra yüksek bir okulda gitmemişlerdi.
Fakat uçma alanındaki çalışmalarını ilerlettirken kendi bilimsel yönlerini de model uçaklar, uçurtmalar, insan taşıyan planörler ile yaptıkları yüzlerce deney sayesinde bu konuda bilimsel bir eser hazırlayacak kadar ilerlettiler. Hatta hazırladıkları 200'den çok farklı tipteki kanatları denemek için bir rüzgar tüneli dahi yaptılar. Wright kardeşlerin 17 Aralık 1903'te North Carolina'da Orville'in kontrolünde havalanan ilk uçağı aerodinamik ses teorisine bağlı kalınarak yapılmıştı.
Madem kuşlardan esinleniyoruz, öncelikle kuşlar nasıl uçar bir bakalım:
Kuşlar, uçabilmek için kanat çırpar. Bu hareket etki-tepki prensibine dayanarak kuşların havalanmasını sağlar. Kuşlar, aerodinamik kanat yapısına sahiptirler. Bu aerodinamik kanat yapıları sayesinde kuşlar havada kalabilir ve taşıma kuvveti sağlayabilirler.
Kuşlar kanat çırparak havalanır ve hız kazanırlar. Kazanılan hız kanatlarındaki havanın akışı ile de birleşerek kaldırma kuvveti oluşturur ve tekrar kanat çırparak hızlarını tekrar artırırlar. Kuşlar bu döngüyü tekrar ederek uçma eylemini gerçekleştirebilirler.
Temel uçma prensibi nedir?
Aslında yüzeysel olarak baktığımızda çok net ve basit bir prensip vardır: Bir cismin havada kalabilmesi için kaldırma kuvvetinin yer çekimi kuvvetinden daha büyük olması gerekmektedir. Eğer kaldırma kuvveti, yer çekimi kuvvetinden küçük ise cisim havalanamaz. Kuvvetler eşit ise cisim havada kalabilir. Ancak yükselmek isteniyorsa kaldırma kuvveti artırılmalıdır. Yani temel olarak havalanma sebebi basınç farkıdır.
Uçakların gerçek anlamda havada belirli bir süre kalabilmesi yani uçabilmesi için kanatlar en önemli araçlardır. Uçakların ileriye doğru hareket etmesini sağlayan ise motorlarıdır. Her ne kadar motorlar ve kanatlar genel yapıları bakımından birbirlerinden çok farklı olsalar da hem ilerleme hem de yükselme benzer fiziksel süreçlerin sonucunda gerçekleşir. Özellikle kanatların nasıl tasarlandığını öğrenmek zihnimizde daha berrak bir görüntü oluşmasına yardımcı olacaktır. Öncelikle herkesin anlayabileceği bir tasvir ile gidelim: uçak ileriye doğru hareket ederken, kanatlar, altlarındaki havayı sıkıştırır üstlerindeki havayı ise seyreltir. Bu durum uçağın alt ve üst kısımları arasında bir basınç farkı oluşmasına neden olur. Böylece uçağa yukarı yönde bir kuvvet etki etmeye başlar ve uçak yükselir.
Uçak motorları çalıştırılınca içlerindeki pervaneler dönmeye başlar. Uçakların ileri yönde hareket etmesini sağlayansa pervanelerin şeklidir. Pervaneler dönme hareketi yaparken uçağın arka kısmında kalan havayı sıkıştırır, ön kısmında kalan havayı ise seyreltir. Bu durum pervanelerin arka kısımlarına etkiyen hava basıncının ön kısımlarına etkiyen hava basıncından daha büyük olmasına neden olur. Böylece uçağa ileri yönde net bir kuvvet etki eder ve uçak ilerlemeye başlar. Özet olarak motorlarda harcanan enerjinin sağladığı dairesel hareketin pervanelerin şekilleri sayesinde ötelenme hareketine dönüştüğü söylenebilir.
Peki, ‘havayı seyreltmek’ tam olarak nedir?
Özel tasarlanmış olan uçak kanatları uçağın hızı arttıkça kaldırma kuvveti oluşturur. Uçak hızlanırken uçağın kanatlarının tasarımı sayesinde kanat altındaki hava kanat üstündeki havadan daha yavaş akar. Akış hızı fazla olan üst tarafta hava basıncı düşer. Alt tarafta ise hava basıncı daha fazla olduğundan uçak havalanmaya başlar.
Daha açıklayıcı şekilde belirtmek gerekirse: Kanadın altı düz bir yapıdadır, üstü ise kavisli bir yapıdadır. Bunun avantajı ise şu şekildedir: Bir hava filesi buraya çarptığında ikiye ayrılacak resimde de anlatıldığı gibi. Üste giden hava filesi daha uzun bir yol kat edecek, alttaki hava filesinde düz bir yol takip ederek. Bunun dolayısıyla da üsteki hava filesi daha hızlı olmak zorundadır. Alttaki hava filesi ile aynı noktada buluşabilmesi için. Bu bize şunu kazandırır. Bernoulli prensibine göre; akışkanların hızı arttığında basınçları düşer. Uçakların uçabilmesi için kanatın alt yüzeyindeki basınç, üst yüzeyindeki basınçtan daha fazla olmalıdır. Bunun için kanadın üst veya alt yüzeyindeki hava akımını durumlara göre hızlandırılıp yavaşlatılması gerekmektedir. Uçağın öne doğru hareketi yeterli olup, kanatlarında doğru bir açı yakalamasıyla uçaklar havalanabilir.