Uçak Kanatlarının Yapısı

Bu yazımda, uçak kanatlarının yapısından ve kanat ile ilgili daha birçok konudan bahsedeceğim. Öncelikle bir uçakta hayati öneme sahip olan kanatların ne işe yaradığını açıklayarak başlayalım. Kanatlar, belli bir hızda kaldırma kuvveti sağlayan yapılardır. Temelde uçağı havaya kaldırmak için tasarlanmışlardır. Aynı zamanda uçağı havada tutan en önemli yapı kanattır.

Kanat tasarımlarına gelirsek kanatlar birçok şekilde ve boyutta üretilmişlerdir. Kanatların tasarımı ise istenilen uçuş özelliklerini sağlamak için değişkenlik gösterebilir. Üreticiler, her zaman kanatları daha verimli ve daha kullanışlı hale getirmenin yolunu aramaktadır. Kanadın hafif olması uçağın daha az yakıt yakımı yapacağı anlamına gelmektedir. Son yıllarda kavisli kanat tasarımı popüler hale gelmeye başladı. Bunun başlıca sebebi sürtünmeyi ve yakıt tüketimini azaltmasıdır. Tasarımlardan sonra imalat aşaması gelir. Kanatlara az sonra anlatacağım spar yani direklerin ve nervürlerin birleştirilmesiyle başlanır. Ardından uçuş sistemleri, yakıt depoları, aerodinamik parçalar ve kanat uçları eklenir. Daha sonra kanat, montaj hattına doğru yola çıkar. Orada uçağın diğer parçaları ile birleştirilir.

Kanatlarda kullanılan malzemelere gelirsek, malzemeler arasında en yaygını alüminyumdur. Yanı sıra ahşap, magnezyum alaşımı gibi malzemeler de kullanılmaktadır. Fakat modern uçaklarda, kanat yapısında daha hafif ve daha dayanıklı kompozit malzemelere yönenilmektedir. Dayanıklı olmasının yanında kanada daha fazla esneklik kazandırmaktadır.

Kanat Profili (Airfoil)

Kanat profillerinin amacı, hava gibi akışkan maddelere karşı sürtünmeyi azaltmak ve uçan nesneye kaldırma kuvveti oluşturabilmektir.  Tek çeşit kanat profili yoktur. Kanat profilinin şekli uçağın hangi amaçlar için üretildiğinden tutun birçok sebepten ötürü değişkenlik gösterebilmektedir.

Kanat profillerinin tasarımında Bernoulli’nin Basınç Prensibi esas alınmıştır. Kanat profili havada hareket halinde iken şekli dolayısıyla üst yüzeyinde havanın hızında bir artışa sebep olacak aynı zamanda havanın basıncında bir düşüş olacaktır. Alt yüzeyinde ise havanın basıncı artacaktır. Üst ve alt yüzey arasında oluşan basınç farkı sebebiyle bir kaldırma kuvveti oluşturur. Bu sayede uçağın havada kalması sağlanır. Kanat profilinin çalışma prensibi bu şekildedir.

• Yukarıdaki resimde kanat profilinin geometrik bir resmi bulunmaktadır. Oradaki kavramlara bir göz atalım.
• Hücum Kenarı: Kanat profilinin hava gibi akışkanlar ile ilk karşılaştığı yer. Kanat profilinin uç kısmı.
• Firar Kenarı: Kanat profilin arka kısmıdır. Kanat profilinin üst yüzeyinden akan havanın profili terk ettiği yerdir.
• Veter: Kanat profilinin uç kısmı yani hücum kenarından başlayan arka kısmı olan firar kenarına kadar olan uzunluğa veter uzunluğu denir.
• Kamburluk Eğrisi: Kanat profilinin üst ve alt yüzeylerine eşit uzaklıkta olan geometrik kısım.

Kanat profillerini bir de uçaklar üzerinde görelim. Aşağıdaki resimde Cessna 210 ve Zenith CH-750 tipi iki ayrı uçağı görmektesiniz. İki uçağın kanatlarına yandan baktığınız zaman aralarındaki farkı görebilirsiniz. Zenith CH-750 tipi uçağın kanat profili daha kalın ve bombeli iken Cessna 210 tipi uçağın kanadı daha incedir. Peki kanat profillerinin bu iki uçağa avantaj ve dezavantajları nelerdir ona değineyim.

Zenith CH-750 tipi uçağın kanat profilinin böylesine kalın ve bombeli olmasının avantajı, düşük hızda çok fazla kaldırma kuvveti yaratacağından uçağa kısa sürede kalkış imkanı verecektir. Dezavantajı ise, kanat profili havada çok fazla sürtünme kuvvetine maruz kaldığı için uçağın hızını önemli ölçüde düşürecektir. Cessna 210’a gelirsek, kanat profilinin daha ince olması kalkışta daha az kaldırma kuvveti yaratacak, kalkış süresi artacaktır. Aynı zamanda kalkmak için daha yüksek bir hıza ihtiyaç duyacaktır. Fakat Zenith CH-750’ye kıyasla ince kanat profili sayesinde havada daha yüksek hızlara çıkabilecektir.

Kanat Konfigürasyonları

Uçak kanatlarının yapısından bahsetmeden önce uçakların kanat konfigürasyonlarına bir göz atalım. Bu konu oldukça teknik olduğu için detaylarına girmeyeceğim. Kanatlar, High Wing (Üstten Kanat), Mid Wing (Ortadan Kanat), Low Wing (Alttan Kanat) şeklinde yerleştirilebilirler. Bunların uçağa kattıkları avantajları ve dezavantajları kısaca inceleyelim.

High Wing (Yüksek/Üstten Kanat)

High Wing yani üstten kanatlar, genellikle kargo uçaklarında rastladığımız kanatlardır. Fakat bölgesel yolcu uçaklarında sıkça görülebilen kanat şeklidir. Motorların yerden uzak olması en büyük avantajlarından birisidir. Üstten kanatların bir diğer avantajı ise yolcu kabininde ekstra bir genişliğe, kargo uçaklarında ise kargo alanının bir hayli artmasına sebep olur. Fakat bir de dezavantajları var. Motorlar yüksekte olduğundan, bakım veya kontrol gibi işler daha da zorlaşmaktadır. Ayrıca uçağa yakıt ikmali yapmak da oldukça zorlaşacaktır.

Mid Wing (Ortadan Kanat)

Mid Wing (Orta Kanat) ise daha çok savaş uçaklarında veya küçük tek motorlu uçaklarda görmeye alışık olduğumuz kanat şeklidir. Hafif ve dayanıklı olması avantajları arasındadır. Fakat üstten ve alttan kanatlara göre ekonomik olmayışı, uçağın yapısını daha da ağırlaştırması gibi nedenler dolayısıyla fazla tercih edilmez.

Low Wing (Alçak/Alttan Kanat)

Alçak kanatlar en yaygın olanlardır. Yolcu uçaklarında sıkça görülen bir kanat şeklidir. Uçağın kalkış performansını arttırması, pilotun kokpitin camından dışarıya doğru baktığında daha fazla görüş şansı sunması, diğer kanat şekillerine göre daha hafif olması, bakım ve yakıt ikmallerinde kolaylık sağlaması gibi birçok sebepten ötürü yaygın olarak kullanılmakadır. Dezavantjları arasında; motorların yere daha yakın olması gösterilebilir.

Şimdi gelelim asıl konumuz olan uçak kanatların yapısına. Kanatlar tasarlanırken aşağıdaki görselde olduğu gibi yarı monokok şekilde tasarlanmaktadır. Görselde yolcu uçağının kanadı esas alınmış. Hafif ve küçük uçaklarda bu yapı biraz daha değişiktir. Kanadın iç yapısındaki elemanlara bir bakalım.

Spar (Kanat Direkleri/Kirişleri)

Spar yani kanat direkleri, uçak kanatlarının yapısındaki temel elemanlarından birisidir. Kanada binen ağırlığın büyük bir kısmını spar taşır. Kanada uzunlamasına yerleştirilmişlerdir. Metal, ahşap veya kompozit malzemeden yapılmaktadırlar. Sparlar nervürlere bağlıdır. Sparlar ince alüminyum alaşımlı ağları da içermektedir. Sparlar genellikle I, T, Z, H gibi şekillerden oluşmaktadırlar. Aşağıdaki görselde şekillerin bazıları belirgin olarak gözükmekte.

Nervür (Rib)

Nervürler kanada aerodinamik yapı veren, kaplamayı destekleyen ve kanadın yapısını koruyan elemanlardır. Sparlar ile birlikte uçak kanatlarının yapısındaki bir diğer temel elemandır. Kanadın dış bombelerine şekil verirler.  Nervürler genellikle ahşap veya metalden yapılmaktadırlar. Yükü diğer elemanlara aktarırlar. Yük aktarımı yüzey kaplamasından, nervürlere oradan sparlara en sonunda ise kanat merkez kutusuna aktarılır. Aileronlarda ve stabilizatörlerin yapısında da nervür bulunmaktadır.

Stringers (Kanat Kordonları)

Stringer yani kordonlar, kanadın kaplamasını yük altında iken burkulmasını önlemektedir. Uçak kanatlarının yapısında neredeyse hepsinde bulunmaktadır. Sparlara paralel yerleştirilmişlerdir.

Wing Skin (Kanat Kaplaması)

Kanat kaplaması adından da anlaşılacağı üzere kanadın dış yüzeyinde bulunmakta ve kanadı kaplamaktadır. Sparlar ve nervürler gibi kanadın yükünün bir kısmını da kanat kaplaması taşımaktadır.

Kanat çeşitleri yapılarına göre;

Monospar (Tek Sparlı Kanatlar)

Multispar (Çok Sparlı Kanatlar)

Box Beam (Kutu Kirişli Kanatlar)

olmak üzere üçe ayrılırlar. Şimdi bu yapılara bir göz atalım.

Monospar (Tek Sparlı Kanatlar)

Monospar kanat yapısında, adından da anlaşılacağı üzere gövdeden kanat ucuna kadar uzanan bir tane spar (kanat direği) bulunmaktadır. Kanada uygulanan kuvvetler düşük olduğundan, bu kanat yapısı daha hafif ve küçük uçaklarda kullanılmaktadır.

Multispar (Çok Sparlı Kanatlar)

Multispar kanat yapısında ise, uzunlamasına birden fazla spar bulunmaktadır . Daha büyük uçaklarda kullanılmakta ve her sparı birbirine bağlayan nervürler ile donatılmıştır.

Box Beam (Kutu Kirişli Kanatlar)

Box Beam kanat yapısı diğerlerine göre daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kanat yapısında, kanada ek güç sağlamak için iki tane spar arasında nervürler ile oluşturulan bölmelere sahiptir. Box Beam yani kutu kirişli kanatların, yüksek gerilmelere dayanabilmeleri ve yakıt için ideal bir depo oluşturabilmeleri onları avantajlı kılmaktadır. Box Beam, nakliye ve büyük yolcu uçaklarında kullanılmaktadır.

Uçak kanatlarının yapısı yakıt tanklarını da barındırabilecek tasarıma sahiptirler. Uçağın yakıtının önemli bir kısmı kanatlarındadır. Bu tür kanatlara wet wing yani ıslak kanat denir. Fakat tüm kanatlar içinde yakıt depolayacak şekilde tasarlanmamıştır. Şimdi kanadın gövdeye bağlanma şekillerine bakalım. Kanatların uçak gövdesine bağlanışı, cantilever ve semi-cantilever olmak üzere 2 gruba ayrılmaktadır.

Cantilever (İç Bağlantı Kirişli/Tam Konsol)

İç bağlantı kirişli kanatların bağlantısında harici bir destek parçası gerektirmez. Kanadın tüm stresi, spar ve nervürler tarafından taşınır. Bu tip kanatlarda genel olarak, kanat gerilimlerinin taşınması için kanada kaplama olarak deri veya metal kaplama yapılır. Kanatlarındaki gerilim miktarı fazla olan uçakların kanatlarının kaplamasında deri veya metal değil alüminyum alaşımı kullanılır. Yolcu uçaklarında bu tip kanat bağlantısı görülmektedir.

Semi-Cantilever (Yarı İç Bağlantı Kirişli/Yarı Konsol)

Yarı iç bağlantı kirişli kanatların bağlantısında ise hem dıştan gövdeye bağlı destek kolları ile hem de içten spar’lar ve nervürler ile desteklenmektedir. Küçük ve hafif uçaklarda görülen bir kanat bağlantı şeklidir.

Ayrıca eklemek istiyorum. Flaplar kanadın firar kenarının altında bulunan flap raylarına bağlıdır. Slat ise kanadın hücum kenarının altında bulunmaktadır. Spoiler kanadın arka sparına menteşeler ile bağlı olup kanat yapısı üzerinde bulunmaktadır. Bu yapılara çok fazla değinmedim çünkü sitemizde halihazırda detaylıca yazılıp yayımlanmış olan yazılar var.

Uçak Kanatları Dayanıklı Mıdır?

Uçak yolculuğunuz sırasında türbülansa maruz kaldığınız anlar olmuştur. Uçağın kanatlarına baktıysanız kanatların esnediklerini görmüşsünüzdür. Kanadın kırılacağı hissiyatına kapıldığınız olmuştur muhtemelen. Türbülans korkusu olan insanları bu durum hayli endişelendiriyor. Fakat korkacak veya endişelenecek herhangi bir durum yok. Uçakların kanatlarının esnekliğini ölçmek için kanat esneme testi yapılır. Aşağıdaki resimde Boeing 787 tipi uçağın kanat esneme testi gerçekleştirilmekte. Bu testlerde uçakların kanatları bir kez değil birçok kez esnetilir. Kalkış iniş gibi birçok uçuş aşaması simüle edilerek kanatların limitleri belirlenir. Boeing 787’nin kanadı bu testlerde yaklaşık 7 metre esneyebilmiştir. Sonuç olarak, modern uçak kanatları birçok kötü senaryo düşünülerek tasarlanmış çok dayanıklı yapılardır.

Boeing 787 Tipi Uçağın Kanat Esneme Testi: https://www.youtube.com/watch?v=m5GD3E2onlk

Bu yazının da sonuna geldik. Ağırlıklı olarak uçak kanatlarının yapısından bahsettim. Birkaç konuya daha değindim. Umarım sizin için yararlı olmuştur.  İstek, öneri ve görüşlerinizi yorumlarda belirtmeyi unutmayın:)

Bu yazıyı da beğenebilirsiniz:

F-16 Tüm Block Modelleri ve Farkları