Okan Üniversitesi MYO MUTK105 TEMEL UÇAK BİLGİSİNE GİRİŞ. Ders Yürütücüsü: Öğr. Gör. Eren Kayaoğlu.

MUTK105

TEMEL UÇAK BİLGİSİNE GİRİŞ

Ders Yürütücüsü:

Öğr. Gör. Eren Kayaoğlu

[email protected] ^Ders

2

Makine (Yük.) Müh. [Mech. Eng., MSc.]

 İTÜ Makina Fakültesi / Ar. Gör. (2007-2015)

 Tekno-Girişim Ar-Ge Firması / Kurucu (2013-……)

 Savunma Sanayi Titreşim İzolatörleri (Anti-Vibrasyon Ürünleri / Hava – Deniz)

 Ürün Geliştirme ve Mekanik Tasarım

 Okan Üniversitesi MYO Uçak Teknolojisi Prog. / Öğr. Gör. (2019-……)

Dersin Uygulanması

 Devamlılık en az %70

 Ara Sınav + Final Sınavı

 Ders Notları: Sunum dosyaları + kaynaklar

 İletişim: E-Posta >>> [email protected]

Ders Sunumları (.pdf) + Kaynaklar

http:// okanuni.eren.xyz

Web adresinden indirebilirsiniz.

Ders Sunumları (.pdf) + Kaynaklar

http:// olearn.okan.edu.tr

Blackboard Learn sisteminden de erişebilirsiniz.

• Bernouilli ve Süreklilik Prensipleri:

Bernouillli ve Süreklilik prensiplerini ele almadan önce basınç, akışkan, akım çizgisi ve akım borusu kavramlarını tanımlamakta fayda vardır.

• Basınç, birim alana etki eden kuvvet olarak tanımlanır ve şu şekilde hesaplanabilir:

• F kuvvetin değerini, A alan değerini ve P ise basıncın değerini göstermektedir.

Uçuşun Temel İlkeleri / Basınç

Basınç:

• Basınç birimi olarak Pascal (Pa), Atm (Atmospheric pressure), psi (Pounds per square inch), mmHg (Milimetre cıva), inHg (inç cıva – inch mercury), Bar (100.000 Pa) gibi farklı tanımlamalar kullanılabilir.

• Basınç kavramı, aerodinamik kapsamında statik basınç ve dinamik basınç olmak üzere iki bileşenden oluşur.

Uçuşun Temel İlkeleri / Basınç

• Statik basınç, bir cisme içinde bulunduğu ortam maddesinin her yönde uyguladığı basınçtır ve genellikle “p” veya “P_s” ile gösterilir. Statik basınç şu şekilde hesaplanır:

• Dinamik basınç, bir cisme içinde bulunduğu ortam maddesinin sadece akış doğrultusunda uyguladığı basınç olarak ifade edilir ve genellikle “q”

veya “P_d” ile gösterilir. Dinamik basınç şu şekilde hesaplanır:

Uçuşun Temel İlkeleri / Statik ve Dinamik Basınç

• Statik ve dinamik basınç ifadelerinde, h yüksekliği, ρ ortam maddesinin yoğunluğunu, g yerçekimi ivmesini, V ise akış hızını göstermektedir.

Uçuşun Temel İlkeleri / Statik ve Dinamik Basınç

• Akışkan: Akma yeteneğine sahip, belirli bir şekilleri olmayan, içine

kondukları kabın şeklini alabilen, üzerlerine bir kuvvet uygulandığında bu kuvveti her yöne ileterek basınca yol açan, bu kuvvet sonucunda katı bir cisim gibi kalıcı deformasyona uğramayan, viskozite özelliği bulunan maddeler akışkan olarak isimlendirilir.

• Viskozite: Bir akışkanın akmaya karşı gösterdiği direncin ölçüsüdür.

Uçuşun Temel İlkeleri / Akışkan / Viskozite

• Hareket hâlindeki bir akışkanın her noktasındaki hız vektörünü teğet kabul eden hayalî eğri akım çizgisi; iki akım çizgisi arasında kalan bölge ise akım borusu olarak adlandırılır.

Uçuşun Temel İlkeleri / Akım Çizgisi ve Akım Borusu

• Bernouilli Prensibine göre, bir akım borusu içindeki sürekli bir akışta, akım çizgisi boyunca birim akışkan kütlesinin toplam basıncı sabittir.

Buna göre önceki şekilde verilen akım borusu örneğinde, akış boyunca yoğunluğun sabit olarak kabul edildiği durumda, akım çizgisi boyunca incelenecek tüm noktalarda toplam basınç (P_T) yani statik ve dinamik basıncın toplamı, birbirine eşittir ve sabittir.

Uçuşun Temel İlkeleri / Akım Çizgisi ve Akım Borusu

• Bernouilli Prensibinin matematiksel ifadesi şu şekildedir:

Uçuşun Temel İlkeleri / Bernouilli Prensibi

• Süreklilik Prensibine göre, bir akım borusu içindeki sürekli bir akışta birim zamanda tüm kesitlerden geçen akışkan kütlesi (kütlesel debi)

sabittir. Buna göre önceki şekilde gösterilen akım borusu örneğinde, akış boyunca yoğunluğun sabit olarak kabul edildiği durumda, kesit alan

azaldıkça akışkanın hızı artmakta; kesit alan arttıkça ise akışkanın hızı azalmaktadır. Kesit alan (A) ile akış hızının (V) ters orantılı olduğu

Süreklilik Prensibi matematiksel olarak şu şekilde ifade edilmektedir:

Uçuşun Temel İlkeleri / Süreklilik Prensibi

• Sıcaklık: Bir maddenin ortalama moleküler kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür.

Duyularla algılanabilir. Doğrudan ölçülebilir. Ölçümünde termometre kullanılır.

• Mutlak Sıfır: 0 °K veya -273 °C sıcaklık değerine eşittir. Teorik olarak mutlak sıfır sıcaklığına gelen bir maddenin iç enerjisinin sıfır olmasından dolayı bu maddenin daha fazla soğumasının mümkün olmadığı kabul edilmektedir.

• Sıcaklık, bir maddenin, belirli bir ölçeklendirmeye göre soğukluğunu ya da ılıklığını yani ısıl durumunu gösteren niceliktir. Sıcaklık için Kelvin (°K), Celcius (Centigrade, °C) ve Fahrenheit (°F) gibi farklı ölçeklendirmeler

kullanılabilmektedir.

Uçuşun Temel İlkeleri / Sıcaklık ve Mutlak Sıfır

• Bahsi geçen sıcaklık ölçekleri arasında geçiş yapabilmek için kullanılan dönüşüm formülleri ise şu şekildedir:

Uçuşun Temel İlkeleri / Sıcaklık Ölçekleri

• Sivil hava taşımacılığında kullanılan hava araçları uçma eylemini,

dünyanın etrafını yüzeyden yukarı (uzaya) doğru uzanarak saran tüm bir gaz (hava) kütlesinin oluşturduğu atmosfer adı verilen ortam içinde

gerçekleştirmektedirler.

• Atmosfer bir gaz karışımıdır. %78 Azot (Nitrojen), %21 Oksijen ve %1 oranında diğer gazlar (Hidrojen, Helyum, Argon, Karbondioksit, vb.) ile su buharı içermektedir.

Atmosfer

• Atmosfer farklı özelliklerdeki tabakalardan oluşan bir

yapıya sahiptir.

• Şekilde, deniz seviyesinden yukarı doğru gidildikçe bu tabakaların sıralanışı ve aralarındaki sınırlar

gösterilmektedir.

Atmosfer Katmanları

Önemli Not!!

• Sivil havacılıkta kullanılmakta olan uçaklarla gerçekleştirilen uçuşların büyük çoğunluğu Troposfer tabakasında ve Stratosfer tabakasının ilk katmanlarında yapılmaktadır.

Atmosfer Katmanları

• Atmosferin Katmanlarının Kalınlıkları

(Kaynak: MGM Hizmetiçi Eğitim Notları)

Atmosfer Katmanları

Dünyanın farklı yerlerinde, farklı atmosfer şartlarında yapılan uçak performanslarının karşılaştırılabilmesi için bir referansa ihtiyaç duyulmuştur. Bu kapsamda Uluslararası Sivil Havacılık Organizasyonu (International Civil Aviation Organization, ICAO) tarafından Uluslararası Standart Atmosfer (International Standard Atmosphere, ISA) adı verilen bir referans tanımlaması yapılmıştır. Bu tanımlamada, dünya yüzeyinden yukarı doğru belirli aralıklarla seçilen yükseklik (irtifa) değerleri için basınç, sıcaklık, yoğunluk, ses hızı vb. özellikler tablolar halinde sunulmaktadır. ICAO tarafından tanımlanan ISA referans sistemine göre deniz seviyesi şartları şu şekildedir:

• Sıcaklık: 288 °K = 15 °C = 59 °F

• Basınç: 1 Atm = 760 mmHg = 1013,25 hPa

• Yoğunluk: 1,225 kg/m³

• Ses Hızı: 340 m/s

Atmosfer Katmanları / Standart Atmosfer

• Gerçek şartlarda troposfer tabakası dünyanın her yerinde farklı kalınlıktadır. Bu tabakanın kalınlığı ekvatorda yaklaşık 16 km ile

maksimum değerindeyken, kutup bölgelerinde ise yaklaşık 8 km ile minimum değerindedir.

• ISA referans sistemine göre ise troposfer tabakasının kalınlığı dünyanın her yerinde sabit kabul edilerek, Tropopozun irtifası 11 km olarak

belirlenmiştir.

Atmosfer Katmanları

• Troposfer tabakasında ISA

şartlarında irtifaya göre sıcaklık, basınç ve yoğunluk değişimi

şekilde gösterilmektedir.

Atmosfer Katmanları

• Sıcaklıklarına göre

atmosferik katmanlar.

(Kaynak: Atatürk Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi / Meteoroloji Ders Kitabı Ünite 1)

Atmosfer Katmanları

• Havadan hafif hava araçları tabiri aslında bu araçlarda havalanmayı sağlayan ve kapalı bir alan içerisine doldurulan havadan hafif gazları belirtmek için kullanılmaktadır. Havadan ağır hava aracı olarak da günümüzde kullanılan her türlü uçak, planör ve helikopter gibi sabit ve döner kanatlı hava araçları düşünülebilir.

• Uçma tanımı içerisinde yer alan tutunarak hareket etme kavramı havadan hafif hava araçları kapsamındaki balon ve zeplin için geçerli olan aerostatik tutunmayı; hareket ederek tutunma kavramı ise havadan ağır hava araçları kapsamına giren uçak, planör, helikopter, vb. için geçerli olan aerodinamik tutunmayı ifade etmektedir.

AEROSTATİK VE AERODİNAMİK TUTUNMA

• Balon ve zeplin gibi hava araçlarının uçma eylemi kapsamında ele alınan aerostatik tutunma, esasen sıvılar için tanımlanan Arşimet Kaldırma Kanunu’nun hava için uyarlanması ile ifade edilir. Buna göre aerostatik tutunmada, hava içerisindeki bir cisim, işgal ettiği hacim kadar havanın ağırlığına eşit bir kuvvet ile aşağıdan yukarıya doğru itilir. Bu kuvvet havanın kaldırma kuvveti - F_K olarak isimlendirilir ve ρ_hava havanın yoğunluğu ile V_cisim cismin hacminin çarpımına eşittir.

AEROSTATİK TUTUNMA

• Aerostatik tutunma ile uçma eylemini gerçekleştirecek cisimler (hava araçları) için aerostatik tutunma şartları: (Havanın kaldırma kuvveti ve ağırlık arasındaki ilişkiye göre)

AEROSTATİK TUTUNMA

• Uçak, planör ve helikopter gibi hava araçlarının üzerine etki eden kaldırma

kuvveti cismin ağırlığından küçüktür. Dolayısıyla bu araçların havanın kaldırma kuvveti etkisi ile yerden kalkması mümkün olmaz.

• Bu gibi araçlarda uçma eyleminin gerçekleşmesi için önce hareket

sağlanmalıdır. Sonrasında, hareket sonucu üzerlerinde oluşan aerodinamik kuvvetlerin etkisi ile havada tutunmayı gerçekleştirebilirler.

• Hareket ya uçaklarda veya helikopterlerde olduğu gibi doğrudan doğruya araçların üzerlerinde bulunan güç grubunun oluşturduğu itme/çekme

kuvvetleri ile ya da planörlerde olduğu gibi başka aracın çekip hareket ettirmesi ile sağlanır.

AERODİNAMİK TUTUNMA

• Aerodinamik tutunmada, cisim uygun form verilerek hava içerisinde uygun pozisyonda hareket ettirilmelidir. Bu şartlar altında, hava

içerisindeki hareket sonucu cismin etrafındaki yüksek ve alçak

basınçların dağılımı ile cisim üzerinde bir aerodinamik direnç kuvveti oluşur. Bu kuvvetin bileşenleri ile ağırlık dengelenerek havada tutunma sağlanabilir.

• Aerodinamik direnç kuvvetinin bileşenleri taşıma kuvveti (Lift, L) ve sürükleme kuvveti (Drag, D) olarak adlandırılır. Bu kuvvetlerin oluşma şartları ve özellikleri takip eden tabloda sunulmaktadır.

AERODİNAMİK TUTUNMA

• Aerodinamik direnç

kuvveti

bileşenlerinin (taşıma ve sürükleme kuvvetlerinin) özellikleri

Taşıma ve Sürükleme Kuvvetlerinin Özellikleri

• Taşıma ve sürükleme kuvvetlerinin denklemlerinde yer alan C_L taşıma katsayısını (birimsiz), C_D sürükleme katsayısını (birimsiz), ρ ilgili irtifadaki hava yoğunluğunu, V ilgili irtifadaki gerçek uçuş hızını, s ise kanat

referans alanını göstermektedir^.

Taşıma ve Sürükleme Kuvvetlerinin Özellikleri

• Havada uçmak eylemini gerçekleştiren bir uçak üzerine, aerodinamik kuvvetler olarak taşıma kuvveti (L) ve sürükleme kuvveti (D), kütlesel kuvvet olarak ağırlık kuvveti (W) ve güç grubu kuvveti olarak da tepki (itki) kuvveti (T) etki eder.

• Uçağın havada ivmeli hareketler yapması durumunda, uçak üzerinde ilgili yönlerde oluşacak atalet kuvvetleri de uçak

üzerine etki eden kuvvetler kapsamında dikkate alınmalıdır.

Uçak Üzerine Etki Eden Kuvvetler

• Uçağın sabit irtifada ve sabit hızda seyredebilmesi için taşıma ile ağırlık kuvvetleri arasında ve sürükleme ile itki kuvvetleri arasında denge

sağlanmalıdır. Kuvvetler arası ilişkilere göre uçağın davranışları:

Uçak Üzerine Etki Eden Kuvvetler

• Hava içerisinde hareket ettiklerinde hava akımına en az direnci

gösterecek şekilde genellikle ön tarafı küt-yuvarlak, arka tarafı sivri

biçimde damla şekline yakın kesit formuna sahip olan cisimler, akımsal forma sahip cisimler ya da kısaca akımsal cisim olarak isimlendirilirler.

• Aerodinamik olarak akımsal forma sahip olan ve çok küçük pozisyon açılarında (hücum açısında) bile yeterli taşıma kuvveti oluşturabilecek elemanlar taşıyıcı yüzey olarak adlandırılır. Taşıyıcı yüzeylerin uçağın

simetri düzlemine paralel bir düzlem ile kesilmeleri sonucu ortaya çıkan şekle ise profil şekli adı verilir.

Kanat Profili ve Özellikleri

• Bir uçakta ana taşıyıcı yüzeyler kanatlardır.

Kanat Profili ve Özellikleri

• Taşıyıcı yüzeylerin ana yapısal elemanlarından biri olan profil şekillerini ihtiyaca göre tasarlayabilmek, analiz edebilmek ve üretebilmek için bazı şekilsel (geometrik) ve aerodinamik özellikleri tanımlamak gerekir.

Kanat Profilinin Şekil ve Aerodinamik Özellikleri

• Şekilsel olarak profilin ön-küt kısmının en ucu geometrik hücum kenarı;

arka-sivri kısmının en ucu ise geometrik firar kenarı olarak isimlendirilir.

Profilin geometrik hücum kenarı ile geometrik firar kenarını birleştiren doğru ise geometrik veter (doğrusu) olarak tanımlanır.

• Veter uzunluğu, şekilde görüldüğü üzere A-B arasındaki mesafedir ve genellikle “c” ile gösterilir.

Kanat Profilinin Şekil ve Aerodinamik Özellikleri

• Hava akımına maruz kalan bir profilde, hava zerreciklerinin profile ilk temas ettiği nokta aerodinamik hücum kenarı; hava zerreciklerinin profili en son terk ettiği nokta ise aerodinamik firar kenarı olarak adlandırılır.

• Profilin aerodinamik hücum kenarı ile aerodinamik firar kenarını birleştiren doğru ise aerodinamik veter (doğrusu) şeklinde

tanımlanmaktadır.

Kanat Profilinin Şekil ve Aerodinamik Özellikleri

• Geometrik hücum kenarı, geometrik firar kenarı ve geometrik veter doğrusu sabittir.

• Aerodinamik hücum kenarı, aerodinamik firar kenarı ve aerodinamik veter doğrusu ise pozisyona göre değişmektedir. Ancak pratikte bu değişim çok az olduğu için aerodinamik ve geometrik hücum ve firar kenarları ile veter doğruları birbirleri ile çakışık kabul edilir.

• Profilin alt ve üst yüzeyleri arasında her noktada, vetere dik olarak ölçülen mesafe, diğer bir tanımlamayla, profil içine çizilen iç teğet çemberlerin çap uzunlukları kalınlık olarak isimlendirilir.

Kanat Profilinin Şekil ve Aerodinamik Özellikleri

• Profilin alt ve üst yüzeyleri arasında her noktada, veter doğrusuna dik olarak çizilen doğru parçalarının orta noktalarının hücum kenarından firar kenarına birleştirilmesi ile oluşturulan hat, diğer bir tanımlamayla profilin içine çizilen iç teğet çemberlerin merkezlerinin hücum

kenarından firar kenarına birleştirilmesi ile oluşturulan hat ise eğrilik hattı olarak adlandırılır.

• Eğrilik hattı yerine kamburluk hattı, orta hat ya da iskelet gibi isimlendirmeler de kullanılabilmektedir.

Kanat Profilinin Şekil ve Aerodinamik Özellikleri

Profiller farklı özellikleri dikkate alınarak farklı şekillerde gruplanabilirler:

• 1. Dışbükey profil / İçbükey profil / Düzlem profil

• 2. Simetrik profil/ Asimetrik profil

• 3. Sübsonik profil / Transonik profil / Süpersonik profil

Kanat Profillerinin Şekillerine Göre Sınıflandırılması

• 1. ve 2.

gruplarda yer alan profil şekilleri

Kanat Profillerinin Şekillerine Göre Sınıflandırılması

• Profiller, alt ve üst yüzeyleri, veter doğrusu boyunca, veterin tamamen farklı

taraflarında kalıyorsa dışbükey (konveks) profil; veterin kısmen ya da tamamen aynı tarafında kalıyorsa içbükey (konkav) profil olarak isimlendirilirler.

• Profilin bir yüzeyinin veter doğrusu ile çakışık şekilde düz, diğer yüzeyinin ise eğri bir şekle sahip olduğu profiller de düzlem profil olarak isimlendirilmektedir.

• Eğrilik hattı ile veter doğrusunun çakışık olduğu ve veter boyunca incelenen tüm noktalar için profilin alt ve üst yüzeylerinin vetere olan uzaklığının birbirine eşit olduğu profiller simetrik profil olarak tanımlanırlar.

• Veter boyunca incelenen herhangi bir noktada, profilin alt ve üst yüzeylerinin vetere olan uzaklığının birbirinden farklı olduğu profiller ise asimetrik profil olarak

adlandırılırlar.

Kanat Profillerinin Şekillerine Göre Sınıflandırılması

• Hücum açısı, bir profilde bağıl rüzgâr doğrultusu ile (aerodinamik) veter doğrusu arasındaki açı olarak tanımlanır. Hücum açısı genellikle “α” ile gösterilir.

Hücum Açısı

• Hücum açısı değeri, taşıma ve sürükleme katsayılarının değerinde etkili bir faktördür. Aşağıda, farklı hücum açısı değerleri için rüzgâr tüneli

ölçümleri ile hesaplanabilecek taşıma ve sürükleme katsayıları ile hücum açısı arasındaki ilişkiyi ortaya koyan temsili eğriler, simetrik ve asimetrik profiller için gösterilmektedir.

Hücum Açısı

• Eğriler incelenirse taşıma katsayısının belirli bir açı değerine kadar hücum açısı ile doğru orantılı olarak değiştiği görülmektedir.

• Belirli bir hücum açısı değerine gelindikten sonra ise hücum açısındaki artışa rağmen taşıma katsayısının (C_L) hızlı bir düşüş gösterdiği

görülmektedir.

• Ani düşüşün yaşandığı bu nokta tutunma kaybı (stall) hücum açısı (α_stall) (perdövites / stol) değeri olarak adlandırılır.

(Perdövites veya stol; akışkanlar dinamiğinde, bir akışkan içerisinde hareket eden bir cisme etki eden taşıma kuvvetinin -hücum açısının kritik değeri geçmesi nedeniyle- azalması veya yok olması sonucunda cismin akışkan içerisinde tutunamaması.)

Hücum Açısı / Stall

• Yine taşıma katsayısı-hücum açısı eğrisine göre eğer havadaki hareket uygun bir hücum açısında geçekleşmezse taşıma katsayısı sıfır değerini alabilmektedir.

• Hücum açısı ile sürükleme katsayısı arasındaki ilişkiyi gösteren eğriler incelenirse aralarında parabolik bir ilişki olduğu görülmektedir.

• Ayrıca ilgili eğrilere göre hareket söz konusu ise hücum açısının herhangi bir değeri için sürükleme katsayısı hiçbir zaman sıfır değerini

almamaktadır.

Hücum Açısı

Kaynak Kitaplar: (.pdf)

 Uçak Bilgisi ve Uçuş İlkeleri (T.C. Anadolu Üniversitesi Yayını No: 3301)*

E-ISBN 9789750628139 / (Açıköğretim Fakültesi Yayını No: 2164)

• https://ets.anadolu.edu.tr/storage/nfs/HIS201U/ebook/HIS201U- 16V1S1-8-0-1-SV1-ebook.pdf

*(Linkleri kopyalayıp web tarayıcınıza yapıştırın)

Kaynak Kitaplar: (.pdf)

 Havacılık Meteorolojisi (MGM – Ankara 2018)*

• https://www.mgm.gov.tr/FILES/genel/kitaplar/havacilikmeteorolojisi.

pdf

 Meteoroloji Ders Kitabı (DHMİ)*

• http://trvacc.org/images/ATC_TD_Files/Meteoroloji.PDF

*(Linkleri kopyalayıp web tarayıcınıza yapıştırın)

Kaynaklar: (web)

 Aviation Technic Instagram Hesabı*

• https://www.instagram.com/aviationtechnic/

 Pilot Knowledge Instagram Hesabı*

• https://www.instagram.com/pilot_knowledge/

*(Tavsiye niteliğindedir)