Dünyanın Sessiz Uçan İlk Süpersonik Yolcu Uçağı >> 1. Dünya Savaşı’ndaki çift kanatlı uçaklar geri dönüyor
Paris-New York arasında 3,5 saatten kısa sürede uçan süpersonik Concorde uçaklarının en büyük sorunu çok yakıt harcaması ve çok ses çıkarmasıydı. Yüksek irtifada 2140 km/saat hızla sesten hızlı giden Concordelar, ses duvarını aşarken evde camları titreten bir sonik patlamaya yol açıyordu.
“Çift uçan kanat” tasarımı bu sorunu çözüyor. MIT ve Stanford Üniversitesi tarafından geliştirilen uçan kanat konsepti üstten bakınca B-2 hayalet bombardıman uçağına Benziyor. Uçağın üst katında pilot kabiniyle yolcu bölümü yer alıyor, üst ve alt kanatlar da iki uçtan bükülerek birleşiyor.
İki kanat arasında ise önden hava girişi olan süpersonik jet motoru bölmesi yer alıyor. Dikey motor tasarımı, uçağın ses hızını aşarken ses patlamasına yol açmasını önlüyor. Çift uçan kanat az yakıt yakıyor ve çevre kirliliğiyle bakım maliyetlerini azaltıyor.
Neden uçan kanat?
Önce dünyanın ilk uçan kanatlarından birinin Türkiye’de üretilmiş olduğunu söyleyelim: Türkiye İsmet İnönü zamanında, 1948 yılında ilk uçan kanatlardan birini üretti.
Türk Hava Kurumu Etimesgut Uçak Fabrikası’nda “THK-13” adı verilen uçan kanat planörü seri üretime geçseydi, bu uçağın pervaneli ve jet motorlu modelleri de yapılacaktı.
Ancak biz İngiliz ve Amerikan denetimindeki yandaş basının yaptığı siyasi baskı yüzünden bu işten vazgeçerken, Batı dünyası uçan kanat üretmeye devam etti ve nihayet Amerika’nın B-2 hayalet bombardıman uçağı ortaya çıktı.
Uçan kanatın yararları
Her ne kadar B-2 hayalet bombardıman uçağı sesten yavaş uçsa da yakıt tüketimini azaltmak, uçuşta sarsıntıyı önlemek ve minimum boş ağırlıkla maksimum yararlı yük (bomba) taşımak için uçan kanat tasarımı kullanıyor (maksimum hızı 1010 km/saat).
Uçan kanat aerodinamik açıdan en verimli uçak tasarımı ve bunun nedeni de kanat yüzeyini artırarak maksimum kaldırma kuvveti sağlaması: Kanat yüzeyi artınca kanadın alt yüzü havayla daha çok temas ediyor.
Kanadın altında oluşan yüksek basınçla, kanadın üstünde oluşan alçak basınç arasındaki farkın artmasıyla birlikte uçağın kaldırma kuvveti de artıyor. Böylece uçaklar motor gücünü artırmadan daha fazla yük taşıyor ve bu da yakıt ekonomisi sağlıyor.
Concorde’da uçan kanat kullanılmadı
Concorde yüksek yakıt tüketimi, 203 milyar dolarlık toplam proje maliyeti ve yüksek bakım masraflarıyla başarısızlığa mahkumdu. Öte yandan, bu uçaklar 1978’deki petrol krizinden önce tasarlandığı için yakıt tasarrufuna pek dikkat edilmemişti.
Ayrıca Concorde’un sesten hızlı uçmak için uçan kanat yerine delta kanat (üçgen kanat) tasarımına sahip olması gerekiyordu. Bu faktörler Concorde kullanan havayolu şirketlerinin zarar etmesine yol açtı.
Concorde 2003’te emekli oldu ve genç mühendisler de uzun mesafede ses çıkarmadan ucuza uçacak yeni bir süpersonik uçak arayışına girdiler. Çünkü kimse Londra’dan Avustralya’ya 23 saatte ve New York’a sekiz saatte uçmak istemiyordu.
Çözüm uçan kanatla delta kanadı birleştirmek
Her şey 1935 yılında Alman havacılık ve uzay mühendisi Adolf Busemann ile başladı. Busemann süpersonik uçuşta uçağın sarsılmaması ve yoldan çıkmaması için delta kanat gerektiğini biliyordu. Öte yandan uçan kanatların yakıt tasarrufu açısından avantajlı olduğunu da biliyordu.
Böylece her iki çözümün de en iyi yanlarını bir araya getirmeye karar verdi ve iki katlı bir uçan kanat tasarladı. Çift uçan kanat tasarımına sahip olan bir uçak ses hızını aşarken sonik patlamaya yol açmayacak ve az yakıtla Concorde’dan daha çok yolcu taşıyacaktı.
Adolf Busemann bütün bunları bilgisayar simülasyonları olmadan öngören ve zamanından 75 yıl ileri düşünen dahi bir mühendisti, ama planlarını gerçekleştirmeden önce araya Hitler’le İkinci Dünya Savaşı girdi.
Süpersonik uçuşta sessiz
Normalde F-15 gibi bir avcı uçağı ses hızını aştığında uçağın burun kısmında şok dalgaları oluşuyor. Şok dalgaları uçağın burnundan kuyruk kısmına geçerek çevreye yayılıyor ve bu sırada büyük bir ses patlamasına neden oluyor.
Çift uçan kanat tasarımında ise ses dalgaları iki kanatın arasından engellenmeden geçiyor ve birbirini siliyor. Aktif ses silme özelliğine sahip kulaklıklarda da buna benzer bir teknoloji kullanılıyor:
Ses dalgalarının tepe ve çukurları üst üste bindiği zaman birbirini sönümlüyor ve bu da insanın rahatsız edici ortam gürültüsünü duymasını engelliyor. Aktif kulaklıklar sesi silmek için gürültüyle aynı frekansta ama ters fazda (180°) ses çıkarıyor.
Busemann’ın uçan kanat tasarımı unutuldu
Busemann’ın tasarımı çok nazlıydı. Sağlıklı bir uçuş için önce uçağın 2670 km/saat hıza ulaşması ve ardından 2082 km/saate yavaşlaması gerekiyordu. Kısacası bu uçaklar stabil uçuşa geçmek amacıyla önce hızlanıyor ve ardından sürtünmeye bağlı sarsıntıyı azaltmak üzere biraz yavaşlıyordu (yüzey alanı geniş olan uçan kanat sürtünmeyi artırıyordu).
Ancak bu yöntem uçağı rüzgar tünelinde bilgisayar simülasyonlarıyla test etmeyi gerektiriyordu ve Busemann’ın zamanında bilgisayarlar emekleme aşamasında olduğundan bunu yapamadılar.
Ayrıca mühendisler uçağın yüksek hızlara erişmesi için yeni ve güçlü jet motorları tasarlamak zorundaydı. 1950’lerde süpersonik jet motorları sadece savaş uçaklarında kullanılan pahalı makineler olduğu için çift uçan kanat tasarımı 2010 yılına kadar uykuya yattı.
Peki şimdi ne değişti?
Şimdi modern jet motorlarıyla süper bilgisayarlar geldi. Üstelik petrol kuyuları kurumaya ve uçak yakıtı fiyatları artmaya başladı. Nüfus artışına bağlı olarak Amerika-Avrupa arasındaki yolcu trafiğinin tavan yapmasıyla birlikte, havayolu şirketleri de süpersonik yolcu uçaklarını tekrar ciddiye almak zorunda kaldı.
Havayolu şirketlerinin 2030’dan sonra sesten yavaş giden uçaklar için uçan kanat tasarımına geçmek istemesi çift uçan kanat projelerini canlandırdı. İlk olarak Japonya Tohoku Üniversitesi’nden Kazuhiro Kusunose, 2004 yılında Busemann’ın çift uçan kanat tasarımını revize etti.
Ardından Stanford Üniversitesi’nde doktorasını yapan Rui Hu ile MIT’den Qiqi Wang, Kusunose’nin tasarımını geliştirdi ve Kusunose’in uçağın tüm hızlarda dengeli uçması için dizayn ettiği hareketli kanatçıkları tasarımdan kaldırdı (bu da kanatçıklara bağlı türbülans/sarsıntı riskini azalttı).
Yeni tasarım kenarlardan birleşen iki eğimli kanat kullanıyor ve bu da arkadan bakıldığında Star Wars’daki yıldız destroyerlerini andırıyor. Bugün MIT ekibi, Tohoku ve Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla birlikte 2B uçan kanat modellerini test ederek bilgisayar simülasyonları yapıyor.
Testler 3 boyutlu maketlerde de başarılı olursa 1. Dünya Savaşı’ndaki çift kanatlı uçaklar geri gelecek ve dünyanın sessiz uçan ilk süpersonik yolcu uçağı üretilecek.
Öyleyse havayolları uçan kanata hazır mı?
Doğrusu evet. Nitekim Boeing’in Phantom Works (Gizli İşler) dairesi tarafından geliştirilen 6,4 metre kanat açıklığına sahip X-48B prototipi NASA teşvikiyle 2007 yılında bir test uçuşu yaptı.
3000 metreye yükselen model uçak saatte 220 kilometre hıza ulaştı ve 80 metrelik bir yolcu uçağı tasarımını test etti. Ancak bunlar sesten yavaş giden standart uçan kanatlar. Uçak dünyasında çirkin ördek yavrusu olan çift uçan kanatların geleceğini ise birlikte göreceğiz. 🙂
Uçaklar nasıl uçuyor? Kanat aerodinamiği
1http://www.hurriyet.com.tr/yazarlar/14031231.asp
2http://pop.h-cdn.co/assets/cm/15/06/54d1517907caf_-_AIAA-2011-1248-354.pdf
