Uçağa etki eden sürükleme türleri; İndüklenmiş ve Parazit sürükleme

Değerli arkadaşlarım herkese merhaba! Pilot olarak, uçuşun karmaşık ve büyüleyici dünyasına dair bilgilerimi paylaşmaya devam ediyorum. Bugünkü konumuz, bir uçağın performansını doğrudan etkileyen ve yakıt verimliliğini belirleyen önemli bir faktör olan sürükleme. İngilizce terimi ile drag.

Somut bir halde, herhangi bir cismin veya varlığın havada olup hareket etmesi, durağan veya hareket halindeki hava akışını negatif etkiler. Bu yüzden kara,deniz veya hava aracı üreticilerinin hepsi, sürüklemeyi en aza indirgemek için hareket halinde olan bir cisim üzerinde havanın yarattığı etkiyi inceleyen bilimden yani aerodinamikten yararlanırlar. Hava akışına karşı koyan her türlü kuvvet sürükleme yaratır. Düşünelim, bisikletle hızlı giderken rüzgar yüzümüze çarptığında bizi yavaşlatmaya çalışır, işte bu sürüklemedir! Uçaklar, gemiler ve hatta koşucular bile bu görünmez kuvvetle sürekli savaş halindedir. Sürüklemenin büyüklüğü, hareket eden nesnenin hızına, şekline ve temas ettiği akışkanın (hava veya su gibi) özelliklerine göre değişir. Bu yüzden mühendisler, daha akıcı tasarımlar veya pürüzsüz yüzeyler kullanarak sürüklemeyi en aza indirmeye çalışırlar. Örneğin, geriye ok açılı kanat yapısı, 0.7 ve 0.9 mach aralığında daha az sürtünmeye sebebiyet verdiğinden havayolu şirket uçaklarında genel olarak bu kanat yapısı kullanılır. Böylece daha hızlı hareket etmek veya daha az yakıt tüketmek mümkün olur.

Uçacağımız uçağın, ne tarz bir sürükleme ile karşılaşacağını bilmek, bizi uçma prensibine daha aşina hale getirir. Özellikle indüklenmiş ve parazit sürükleme kavramlarını derinlemesine inceleyerek, bu iki tür arasındaki farkları ve uçuşa etkilerini detaylı bir şekilde açıklamaya çalışacağım.

1. İndüklenmiş Sürükleme (Induced Drag):

İndüklenmiş sürükleme, bir uçağın kanatlarının kaldırma kuvveti üretmesinin kaçınılmaz bir sonucudur. Kanat, altındaki havayı aşağı doğru iterek kaldırma kuvveti oluştururken, aynı zamanda kanadın uçlarında bir girdap (vortex) meydana gelir. Bu girdaplar, kanadın arkasında türbülanslı bir hava akımı oluşturarak indüklenmiş sürüklemeye neden olur.

İndüklenmiş Sürüklemeyi Etkileyen Faktörler:

• Kanat Açıklığı (Aspect Ratio): Kanat açıklığı, bir kanadın uzunluğunun genişliğine oranıdır. Kanat açıklığı arttıkça, indüklenmiş sürükleme azalır. Bu nedenle, planörler gibi uzun ve dar kanatlara sahip uçaklar, daha az indüklenmiş sürükleme yaşarlar.
• Hız: Uçak hızı arttıkça, indüklenmiş sürükleme azalır. Kalkış ve iniş gibi düşük hızlarda indüklenmiş sürükleme daha belirgindir.
• Kanat Ucu Tasarımı: Kanat uçlarına yerleştirilen “winglet” veya “sharklet” gibi yapılar, girdap oluşumunu azaltarak indüklenmiş sürüklemeyi düşürür. Bu yapılar, kanadın efektif açıklığını artırarak daha verimli bir uçuş sağlar.
• Kaldırma Katsayısı (CL): Kaldırma katsayısı, bir kanadın belirli bir hız ve hücum açısında ürettiği kaldırma kuvvetinin miktarını gösterir. Kaldırma katsayısı arttıkça, indüklenmiş sürükleme de artar. Bu nedenle, uçaklar genellikle optimum bir kaldırma katsayısında uçmaya çalışırlar.
• Kalkış ve İniş Sırasında Flapların Kullanımı: Flaplar, kanatların efektif açıklığını artırarak ve kaldırma katsayısını değiştirerek sürtünme ve sürüklemeyi artırırlar.

İndüklenmiş Sürüklemeyi Azaltma Yöntemleri:

• Kanat Açıklığını değiştirmek: Mümkün olduğunca uzun ve dar kanatlar kullanmak, indüklenmiş sürüklemeyi azaltmanın en etkili yollarından biridir.
• Kanat Ucu Tasarımlarını İyileştirmek: “Winglet” veya “sharklet” gibi kanat ucu yapıları kullanmak veya kanat uçlarını birbirine bağlamak (wingleti), girdap oluşumunu azaltarak indüklenmiş sürüklemeyi düşürür.
• Eliptik Kanat Tasarımı: Eliptik kanatlar, kanat boyunca kaldırma kuvvetini daha eşit dağıtarak indüklenmiş sürüklemeyi azaltır.
• Prandtl-D Kanat Ucu Tasarımı: Bu tasarım, kanat ucunda bir tür “yarık” oluşturarak girdap oluşumunu engellemeye yardımcı olur.

2. Parazit Sürükleme (Parasite Drag): Hava Akımına Karşı Mücadele

Parazit sürükleme, bir uçağın yüzeylerinin hava akımına karşı gösterdiği dirençten kaynaklanır. Uçağın gövdesi, kanatlar, iniş takımları, antenler ve diğer çıkıntılı parçalar, hava akımını bozarak parazit sürüklemeye yol açar. Parazit sürükleme, hız arttıkça daha da belirgin hale gelir. 3 farklı alt bileşeni vardır; Şekil direnci (Form drag), Yüzeysel sürükleme kuvveti (Friction Drag) ve Kesişim bölgesi sürüklemesi (Interference drag).

Parazit Sürüklemeyi Etkileyen Faktörler:

• Yüzey Alanı: Uçağın yüzey alanı arttıkça, parazit sürükleme de artar. Bu nedenle, modern uçaklar daha aerodinamik tasarımlara sahiptir.
• Yüzey Pürüzlülüğü: Pürüzlü yüzeyler, hava akımını daha fazla bozarak parazit sürüklemeyi artırır. Uçak yüzeylerinin düzgün ve temiz tutulması önemlidir.
• Hız: Uçak hızı arttıkça, parazit sürükleme de artar. Bu, yüksek hızlarda uçak tasarımının önemini vurgular.
• Şekil: Uçağın şekli, parazit sürüklemeyi önemli ölçüde etkiler. Aerodinamik tasarımlar, hava akımının uçağın etrafında daha düzgün akmasını sağlayarak parazit sürüklemeyi azaltır.
• Kesişim Bölgesi Sürüklemesi (Interference Drag): Farklı uçak parçalarının birleşim yerlerinde oluşan hava akımı bozulmaları da parazit sürüklemeye katkıda bulunur.

Parazit Sürüklemeyi Azaltma Yöntemleri:

• Yüzey Alanını Azaltmak: Mümkün olduğunca küçük ve aerodinamik tasarımlar kullanmak, parazit sürüklemeyi azaltmanın temel yollarından biridir.
• Yüzeyleri Pürüzsüzleştirmek: Uçak yüzeylerini düzgün ve temiz tutmak, hava akımının daha düzgün akmasını sağlayarak parazit sürüklemeyi azaltır.
• Aerodinamik Tasarımlar Kullanmak: Gövde şeklini, kanat profilini ve diğer uçak parçalarını optimize ederek hava akımının daha verimli bir şekilde akmasını sağlamak, parazit sürüklemeyi önemli ölçüde azaltabilir.
• Kesişim bölgesi sürüklemesini Azaltmak: Farklı uçak parçalarının birleşim yerlerini dikkatlice tasarlayarak ve “fairings” adı verilen geçiş parçaları kullanarak girişim sürüklemesini azaltmak mümkündür.
• İniş Takımlarını Gövde İçine Çekmek: İniş takımları, uçuş sırasında parazit sürüklemeye önemli katkıda bulunur. Bu nedenle, modern uçaklar iniş takımlarını gövde içine alarak parazit sürüklemeyi azaltır.

İndüklenmiş ve Parazit Sürükleme Arasındaki İlişki:

İndüklenmiş ve parazit sürükleme, birbiriyle ilişkilidir ve toplam sürüklemeye katkıda bulunur. Genel olarak, düşük hızlarda indüklenmiş sürükleme baskınken, yüksek hızlarda parazit sürükleme daha önemli hale gelir. Bu nedenle, uçak tasarımcıları, her iki sürükleme türünü de minimize etmek için optimum bir denge bulmaya çalışırlar.

Sonuç:

İndüklenmiş ve parazit sürükleme, bir uçağın performansını, yakıt verimliliğini ve menzilini doğrudan etkileyen kritik faktörlerdir. Bu iki sürükleme türünü anlamak, etkileyen faktörleri bilmek ve azaltma yöntemlerini uygulamak, havacılık endüstrisinde verimlilik ve sürdürülebilirlik için büyük önem taşır. Umarım bu kapsamlı yazı, sürükleme konusundaki bilginizi derinleştirmenize ve havacılığa olan ilginizi artırmanıza yardımcı olmuştur. Sağlıcakla kalın.

Kaynaklar:

• Anderson, J. D. (2017). Fundamentals of aerodynamics (6th ed.). McGraw-Hill Education.
• Clancy, L. J. (1975). Aerodynamics. Pitman Publishing Limited.
• NASA Glenn Research Center. (n.d.). Beginners’ guide to aeronautics