aerodinamik

aerodinamik
Hava ve öbür gazların hareketi ile bunlar içinde hareket eden cisme etkiyen küvetleri inceleyen bilim dalı. Aynı ilkelerin, akışkanlar üstüne uygulandığı akışkanlar mekaniğinin bir kolu olan aerodinamik, özellikle ağır hava
taşıtlarının hareketini incelediğinden, burada bu yönü ele alınacaktır. Bununla birlikte, aerodinamikten, küçük hava taşıtları gibi hafif cisimlerin ve köprü, bina, vb. yapı birimleri üstüne etkiyen kuvvetlerin belirlenmesinde de yararlanıldığını unutmamak gerekir. Hava tünelleri (Bk. HAVA TÜNELİ) aerodinamik araştırmalarının temel öğesidir. Aerodinamik de dahil bütün kuramsal mekanik dalları, XVII. yy’da İsaac Newton tarafından geliştirilen hareket yasalarına dayanırlar. Bu yasalar, hareket halindeki ya da duran bir cismi etkileyen kuvvetleri açıklar. Newton ayrıca, ağdalılık (havanın ya da herhangi bir başka akışkanın, harekete -gerek kendi hareketine, gerek içinde hareket eden bir cismin hareketine- diren
Düşey bir yüzeyin arkasındaki şiddetli hava akımıi 1) kaldırma olmaksızın sürüklenmeye neden olur. İyi tasarlanmış bir kanat (2) hava basıncını kanat üstünde azaltarak kaldırma işlevi görür. Azalan hava sürtünmesi ve sarsıntı, sürüklenmeyi en aza indirir. Kanadın hava ile buluştuğu açı artırılırsa, kaldırma kuvveti bir noktada yoğunlaşır. Kritik bir açıdan sonra, hava akışı şiddetlenirim) ve direnç artar; kaldırma kuvveti azalır. Uçuş sırasında * uçağa dört kuvvet etkir (4); Öne doğru itme kuvveti; karşıt yönde hava sürtünmesii, yani direnç; yukarı doğru kaldırma kuvveti; yerçekiminden kaynaklanan, uçuşun gerçekleşmesi için kaldırma kuvveti tarafından yenilmesi gereken ağırlık etkisi.
kaldırma kuvveti
AERODİNAMİK 99
mesi) kavramını da geliştirmiştir. Aynı çağda daha genç olan Daniel Bernoulli, Nevvton’un hareket yasalarını akışkan çalışmalarına uygulamış ve akışkanın hızının, içindeki basınçla orantılı olduğu ilkesini geliştirmiştir: Akışkan ne kadar hızlı akarsa, basınç o kadar az olur (Bk. BERNOULLİ YASASI). Bu kuramlar sonraki çalışmaların temelini oluşturmuştur. Uçağın uçuşu. Yukarda sözü edilen kavramlar, insanoğlunun gökyüzünde uçma düşünün gerçekleştirilebilmesi için gerekliydi. Leonardo da Vinci XVI. yy’da modern helikopteri anımsatacak araçlar tasarlamış, ama uçuş sırasındaki aerodinamik kuvvetleri hesaba katmamış olduğundan, uygulamalar başarısızlıkla sonuçlanmıştı. Bir uçağa 4 ana kuvvet etki eder:|İtme, yerçekimi, direnç kuvveti, kaldırma kuvveti. Yerçekimi ve kaldırma ile itme ve direnç kuvvetleri, birbirlerine ters yönde etki ederler. Pervane ya da jet motorları itme uyguladığından, uçak ileri hareket eder. İleri hareket, itme kuvveti havanın ağdalılığından kaynaklanan direnç kuvvetinden büyük oldukça sürer. Uçak, çeşitli bölümlerini etkileyen sürükleme (direnç) kuvvetlerini elden geldiğince azaltacak biçimde tasarlanmıştır. Yerçekimini yenmek ve gökyüzüne yükseltmek için, uçağa kaldırma kuvveti uygulanması gerekir. Bu kuvvet genellikle, uçağın kanatlarıyla sağlanır. Bir kanat jya da hava akışı etkisiyle karşılaştığında istenen etkiyi yaratacak biçimde tasarlanmış bir yüzeyi “engel” diye adlandırılır. Bernoulli yasası, kanat gibi bir engelle harcanan kaldırma kuvveti kuramının temelini oluşturur. Bir kanadın kesiti, hava ile kanadın buluştuğu açı alçak yüzeye oranla yüksekteki yüzeyden havanın daha hızlı akmasını sağlayacak biçimde tasarlanmıştır. Dolayısıyla, kanat üstünde hava basıncı, altına oranla daha azdır; bu ilke, uçağın havalanmasını sağlar. Modem aerodinamik tasarım. Bir uçağın aerodinamik çözümlemesi yapılırken, aracın öğelerini gözönünde bulundurmak ve her öğe için hava akışını ayrı ayrı hesaplamak gerekir. Elde edilen sonuçların toplamı, bir bütün olarak araca, uçuş sırasında etkiyen kuvvetleri verir. Bunun için kanat ve kuyruk çözümİemesi yapılıp, sonra gövdenin çevresinde hava etkisi, havanın akış dağılımına eklenir. Modern aerodinamik tasarımda bilgisayarların kullanılması, bütün kanat, gövde ve kuyruk grubu üstünde çalışma olanağını sağlamıştır. Yüksek hızlı uçak tasarımcıları, sınır tabakası gibi öbür aerodinamik kavramları da gözönünde bulundur
mak zorundadırlar. Bu tabaka, hava sürtünmesi sonucu oluşacak sarsıntıların daha güçlü hissedildiği, uçağın yüzeyine en yakın olan hava tabakasıdır. Sarsıntıları önlemek için, uçaklar, gövde çevresindeki hava akışını elden geldiğince dağıtmayacak biçimde tasarlanır. Sesüstü uçuş.Sözü edilen etmenler, özellikle çok yüksek hızlarda önem kazanır. Yüksek uçak hızları Mach sayısıyla tanımlanır. Bu sayı bir uçağın hızının, aynı yoğunluktaki havada sesin hızına oranıdır. İki hız birbirine eşit olduğunda Mach sayısı 1’dir. Birden .düşük Mach sayıları sesaltı, birden yüksek Mach sayıları sesüstü ve 5 Mach sayısı üstü sesötesi diye adlandırılır. Mach 1 ve ötesinde, özel aerodinamik sorunlar ortaya çıkar. Düşük hızlarda, gövde çevresinde akış halindeki hava sı- kıştırılamaz akışkan olarak kabul edilir (yani yoğunluğu değişmez). Yüksek hızlardaysa, havanın yoğunluğu belirgin biçimde yükselir; dolayısıyla basınç ve sıcaklık da artar. Bu etkenlen ortadan kaldırmak için sesüstü uçak, daha ince bir hava tabakasında hareket etmek için se- saltı uçağa oranla çok daha yüksekten uçar. Uçak ses hızına yaklaşırken, Mach sayısının 1 ‘i aştığı bölümlerde sarsıntı dalgaları oluşur. Uçağın hızı daha da artarsa bu dalgalar ses patlamasına yolaçar. Düşükten, ses hızı ötesine hız yükselişi, “sesaşırı hız değişikliği” diye adlandırılır. İkinci Dünya Savaşinda jet pilotları, “uçakları sesaşırı hız değişikliğine girdiklerinde ve sarsıntı dalgaları uçağı zorladığında, bunu “ses sınırını aşmak” diye adlandırmışlardır. Söz konusu sarsıntı dalgaları, kanatların bazı bölgelerinde, dalgaların dengesizliğinden kaynaklanır. Sesüstü hızlarda, sarsıntı dalgaları dengelenir ve bütün uçağın bir parçasıymış gibi davranır. Swept-back kanadı, sesaltı hızların üst sınırına yakın hızlarda uçması için yapılmış her türlü hava taşıtında, şok dalgalarının oluşmasını geciktirmek için tasarlanmış, daha yüksek, sesüstü hızlarda uçacak araçlar için geliştirilmesiyle, delta-kanadı ortaya çıkmıştır. Delta- kanadı yaklaşık 2 Mach sayısında uçan Concorde uçağında kullanılmıştır. Sesüstü hızda uçacak, yalnızca deneysel amaçlı bazı hava taşıtları da tasarlanmıştır. Sözgelimi uzay mekikleri, uçuş yörüngelerinden çıkıp atmosfer içine girdiklerinde yavaşlayarak, inişi gerçekleştirirler. Uzay mekiklerinin yapılmasından önce, uzaydan geri dönen hava taşıtları yumuşak inişe geçirilme- y\p, basit bir balistik iniş yaparlardı (Bk. BALİSTİK). Bütün sesüstü uçuşların, hattâ sesötesi uçuşların niteleyici özelliği, şiddetli ısı üretimidir. Bu ısı, araç ile atmosfer arasındaki sürtünmeden kaynaklanır. Atmosfer
(Solda) Fotoğrafta, bir uzay mekiğinin, yörüngesinde yaklaşık ses hızında temsili hareketini gösteren hava akışı canlandırılmıştır. Sarsıntı dalgaları (eğik çizgilerle gösterilmiştir) uçak gövdesindeki hava sıkışmasından ve denenen modelin kontrol yüzeylerinden kaynaklanmaktadır.