Ünite 8: Yakıt Yükü ve Uçuş Planlaması

Giriş

Ticari taşımacılık hizmetinde kullanılan bir uçak beraberinde planlanan uçuşunu emniyetli şekilde icra edebilecek ve bu planda oluşabilecek sapmalardan etkilenmeyecek miktarda bir yakıt yükü taşımalıdır. Bu yakıt yükü uçağın faydalı yakıt kapasitesinden yüksek olamaz ve uçuş boyunca yakıtın motorları tarafından tüketilmesi nedeniyle sürekli olarak azalır. Bir uçuş operasyonu için gerekli yakıtın emniyetli sınırlar içinde sistematik şekilde belirlenebilmesi için yakıt yükü bir dizi bileşene ayrılmıştır. Aşağıda uçuş planlama sürecinde yakıt yükünün bu bileşenlerinin belirlenmesi ve uçuş sırasındaki kullanımına ilişkin temel kavram, kural ve yöntemler üzerinde durulmaktadır.

Yakıt Yükü ve Bileşenleri

Bir uçağın uçuşu boyunca taşıdığı yakıt yükünün bileşenleri;

• Taksi yakıtı,
• Seyahat yakıtı ve
• Yedek yakıt olmak üzere üç ayrı bileşen altında incelenebilir.

Yedek yakıt yükü bileşenleri ise ICAO tarafından;

• Beklenmedik durum yakıtı,
• Yedek meydan yakıtı,
• Son rezerv yakıtı,
• Ek yakıt ve
• İhtiyari yakıt bileşenleri olmak üzere beş ayrı başlık altında sınıflandırılmıştır.

Taksi yakıtı (taxi fuel, TXF) uçağın kalkış öncesinde motor çalıştırma ve ısıtma, park yerinden çıkış ve taksi hareketleri sırasında harcanması beklenen yakıt miktarıdır. Motorları çalıştırma işlemi öncesinde yedek güç ünitesinin (APU) kullandığı yakıt miktarı da taksi yakıtı ağırlığının içine dâhil edilir.

Seyahat yakıtı (trip fuel, TF) uçağın kalkış ve iniş meydanları arasında gerçekleştireceği uçuş için gerekli toplam yakıt ağırlığıdır. Bu yakıt miktarı uçağın kalkış, seyir irtifasına tırmanma, planlanan seyir irtifalarında düz uçuş, basamaklı tırmanma veya basamaklı alçalma, seyir sonrası alçalma ve yaklaşma ile iniş aşamaları için gerekli yakıtı içerir.

Beklenmedik durum yakıtı (contingency fuel, CF) uçuş sırasında öngörülemeyen nedenlerle oluşabilecek yakıt tüketimini karşılamak üzere uçakta taşınan yedek yakıt miktarıdır. Uçuş sırasında motor ve yakıt sistemlerindeki olası sızıntı veya arızalar nedeniyle özgül yakıt tüketiminin yükselmesi; trafik veya hava koşullarındaki ani olumsuzluklar sonucu planlanan uçuş rotasının uzaması veya uçuş seviyesinin değiştirilmesi; havaalanlarındaki ani yoğunluk veya acil durumlar nedeniyle uçakların havada ve yerdeki bekleme sürelerinin artması bu durumlara örnek verilebilir.

Yedek meydan yakıtı (alternate fuel, AF), bir uçağın varış meydanına inişini gerçekleştirememesi durumunda uçuş planında belirlediği yedek (alternate) meydan ya da meydanlara emniyetli bir şekilde inişi için gerekli toplam yakıt miktarıdır.

Son rezerv yakıtı (final reserve fuel, FRF), bir uçağın varış meydanına iniş öncesinde ilgili havacılık otoritelerince belirlenen süre ve koşullarda havada beklene yapması için gerekli yakıt miktarıdır.

Yedek meydan yakıtı ile son rezerv yakıtlarının toplamı rezerv yakıtı ya da minimum yedek meydan yakıtı olarak da adlandırılır.

Ek yakıt (additional fuel, ADDF), seyahat yakıtı ile diğer yedek yakıtların yeterli olmaması halinde kullanılacak ek yakıt miktarını ifade eder. Ek yakıt ilgili havacılık otoritesinin ve uçak işleticisinin kuralları çerçevesinde belirlenir.

İhtiyari yakıt (discretionary fuel, DF) , yetkili pilotun takdiri çerçevesinde uçağa yüklenen fazladan yakıt miktarını ifade eder.

Meydan ya da Hava meydanı (Aerodrome); hava araçlarının geliş, gidiş ve yer hareketlerinin tümünü ya da bir kısmını gerçekleştirmek üzere kullanılan ve ilgili tüm yapı, kurulum ve araçları içeren kara ya da su üzerindeki sınırları tanımlı alandır.

Yetkili pilot (pilot-in-command) , uçak kumanda edilmesi ve uçuşun emniyetli şekilde gerçekleştirilmesinden sorumlu olarak işletici ya da genel havacılık faaliyeti söz konusu ise uçak sahibi tarafından belirlenen pilottur.

Yakıt Tüketimi ve Yakıt Tüketimini Etkileyen Faktörler

Bir uçağın uçuşu sırasındaki ileri yönlü hareketi için ihtiyaç duyduğu itme kuvveti sahip olduğu güç grubu tarafından sağlanır. Hava araçlarına yerleştirilmiş güç grubu atmosferden alınan havadaki oksijeni petrol tabanlı bir yakıtla yanma tepkimesine sokarak gerekli itme kuvvetini veya gücü üretir. Uçuş boyunca bu itme üretimi için güç grubu tarafından tüketilen yakıt miktarı ise uçak brüt ağırlığını azaltır. Bir başka ifadeyle uçak yakıt tüketim oranı aynı zamanda brüt ağırlığındaki azalma oranına eşittir. Hava araçlarının yakıt tüketim oranları ise sahip olduğu güç grubu tipinin performans karakteristikleri ile ilişkilidir.

Güç Gruplarında İtme, Güç ve Verim

Hava araçlarında kullanılan güç grupları;

• Piston-pervaneli ve
• Gaz türbinli güç grupları olmak üzere iki temel kategori altında sınıflandırılır.

Gaz türbinli motorları;

• Türboprop,
• Türbojet ve
• Türbofan olmak üzere üç ayrı tipte incelemek mümkündür.

Yapıları ve çalışma prensiplerindeki farklılıklara karşın tüm güç grubu tiplerinin performansı;

• Ürettiği itme (ya da güç) ve
• Yakıt tüketimi olmak üzere iki temel karakteristik cinsinden ifade edilir.

Pratik olarak bakıldığında piston-pervaneli ve türboprop motorlarda giren ve çıkan hava hızlarının düşük olması nedeni ile türbojet ve türbofan motorlara göre daha verimlidirler, ancak pervanenin hız limiti nedeni ile bu verimleri ve itmeleri hızla azalmakta ve özellikle yüksek hızlarda uçuş için gerekli itmeyi üretememektedirler. Türbojet ve türbofan motorlarda ise hız farkının yüksek olması nedeni ile verimin daha az olmasına rağmen yüksek hızlarda itme kayıpları daha düşüktür. Bu nedenle türbojet ve türbofan motorlar yüksek hızlı sübsonik, transonik ve süpersonik hızlarda operasyonlarını sürdürebilmektedirler.

Motor tasarımı ve imalatındaki gelişime paralel olarak güç gruplarının performansı artmaktadır. Özellikle 1950’li yılların başlarından itibaren hava taşımacılığında kullanılan tepkili motorlu uçakların izafi yakıt tüketimi hizmete giren her yeni uçak modeli ile birlikte azalmaktadır.

Ö z gül Yakıt Sarfiyatı ve Yakıt Debisi

Bir güç grubunun yakıt tüketimi onun yakıtını ne derece verimli yakarak faydalı güce ya da itmeye çevirdiğini gösteren bir performans ölçütüdür. Bu ölçüt;

• Özgül yakıt tüketimi (SFC) ve
• Yakıt debisi (FF) olmak üzere birbirleri ile bağıntılı iki güç grubu karakteristiği cinsinden ifade edilebilir.

SFC, özgül yakıt tüketiminin İngilizce kısaltmasına (Specific Fuel Consumption) karşılık gelmektedir. FF, yakıt debisinin İngilizce kısaltmasına (Fuel Flow rate) karşılık gelmektedir.

Özgül yakıt tüketimi, güç grubunun birim zamanda birim itme ya da güç üretmek için tükettiği yakıt miktarıdır. Piston-pervaneli hava araçlarında kullanılan içten yanmalı motorlardan elde edilen mekanik çıktı itmeden ziyade güç cinsinden ifade edildiğinden dolayı özgül yakıt tüketimi birim zamanda birim güç üretimi için tüketilen yakıtın ağırlığı olarak tanımlanır.

Yakıt debisi, İngiliz birim sisteminde saat başına pound (lb/sa) metrik sistemde ise saat başına Newton (N/sa) veya saat başına kilogram (kg/sa) cinsinden ifade edilmektedir.

Eşdeğer şaft gücü, pervaneyi döndürmek için kullanılan mekanik şaft gücü ile motorun egzozundan çıkan itme gücünün toplamına eşittir.

İçten yanmalı bir motorun ürettiği toplam şaft gücü genel olarak;

• İngiliz birim sisteminde fren beygir gücü (BHP) veya
• Metrik sistemde kilovat (KW) birimleri kullanılarak ölçülür.

Bu durumda içten yanmalı bir motor için özgül yakıt tüketimi, havacılık sektöründe lb/sa/BHP ya da N/sa/KW birimleri cinsinden tanımlanmaktadır.

Fren beygir gücü, içten yanmalı motorların ürettiği güç motorun ana miline bağlı bir fren mekanizması ile ölçülmektedir. Bu nedenle motorun ürettiği ölçülmüş güç çıktısını ifade etmek için İngiliz sisteminde fren beygir gücü (BHP-Brake Horse Power) terimi kullanılmaktadır.

Sabit irtifada uçuş sırasında Türbojet motorların itmesi türbofan ve türboprop motorlara göre daha düşük olmakla beraber onların aksine uçuş hızı veya Mach sayısı artısından büyük oranda etkilenmez. Bu nedenle özellikle yüksek irtifalarda türbojet motorlarının itmesi hıza veya Mach sayısına göre sabit kabul edilir. Ancak türbojet motorların özgül yakıt tüketimi yüksek hızlarda düsen motor veriminden dolayı artmaktadır ve bu artış türbofan ve türboprop uçaklara göre daha yüksektir.

İtme üretimi artan irtifayla birlikle hızlı bir sek ilde azalmaktadır. Bunun temel nedeni motora giren havanın yoğunluğunun dolayısıyla da debisinin azalmasıdır. Aynı nedenden dolayı motorun özgül yakıt tüket imi de artan irtifa ile azalır ancak bu azalma itmede azalmaya göre çok daha sınırlıdır. Tepkili motorlar yakıt debisi de özgül yakıt tüketiminde olduğu gibi temel olarak uçulan irtifadaki havanın yoğunluğu ve hava hızı veya motor devri (RPM) ile değişim gösterir. Artan irtifa veya ortam sıcaklığına bağlı olarak düsen hava yoğunluğu yakıt debisini azaltırken, artan hız veya RPM yakıt debisini artırır. Bunların yanında uçağın ağırlığındaki değişim de yakıt debisini etkiler. Sabit irtifadaki düz uçuş için üretilen taşıma kuvveti uçağın ağırlığına eşit olmalıdır. Bu durumda yüksek ağırlık aynı oranda yüksek taşımanın üretilmesi anlamına gelmektedir. Ancak sabit irtifadaki düz uçuşta bu yüksek taşımanın sağlanması için uçağın uçuş hızını artırması gereklidir. Bu hız artısı motorların daha yüksek itme üretmesi ve dolayısı ile daha fazla yakıt tüketimi ile sağlanır.

Uçuş ve Yakıt Planlaması

ICAO tarafından lisanslandırılmış Uçuş Harekât Uzmanları tarafından uçuş öncesinde uçuş sürecine yönelik planlama yapılır. Bir uçuş harekât uzmanının planlama aşamasında yapması gereken işlerin bazıları aşağıdaki gibidir:

• Uçuş için yabancı ülke hava sahalarının kullanım (overflight) müsaadeleri ve ticari anlaşmaların (yer hizmetleri, yakıt ikmali vb.) yapıldığının kontrol edilmesi,
• Hava Trafik Kontrolü (ATC) için gerekli uçuş planının hazırlanması,
• Havacılık Bilgi Hizmeti (AIS) dokümanlarının kontrolü ve uçulacak meydanların uygunluğunun belirlenmesi (slot durumu, ACN ve PCN, meteoroloji uygunluğu vb.)
• Meydandaki mevcut pist uzunluklarının uçak performansa bağlı ağırlık limitlerine uygunluğunun değerlendirilmesi,
• Meteorolojik tahminlerin değerlendirilmesi,
• Yük durumunun ve varsa özel (tehlikeli ve insan ile çevre sağlığına zararlı yükler vb.) yüklerin bilgilerinin değerlendirilmesi,
• Yapılacak uçuş için harita ve yaklaşma kartlarının kontrolü.

Bir uçuş harekât uzmanının uçuş planlamasında karar vermesi gereken temel hususlar şöyle sıralanabilir:

• Minimum uçuş seviyesi,
• Uçuş rotası,
• Yol boyu, varış ve yedek meydanların hava durumuna göre uçuşun yapılabilirliği ve
• Uçuş için gerekli yakıt miktarı.

Uçuş harekât uzmanı tarafından karar verilen ve uçak ağırlık ve dengesini doğrudan etkileyen en önemli konu yakıt miktarıdır. Uçuş harekât uzmanı uçuş gerekliliklerini ve işletme yakıt politikalarını dikkate alarak yakıt planlaması yapmaktadır.

İşletme Yakıt Politikası

Bir havayolu işletmesinde işletme yakıt politikasının kapsamı ve içeriği ulusal ve uluslararası havacılık kuruluşları tarafından belirlenmektedir.

Yakıt planlaması konusundaki uluslararası boyutta en genel çerçeve ICAO Annex-6 Havaaracı Operasyonu 1. Bölüm Uluslararası Ticari Hava Taşımacılığı - Uçaklar dokümanı ile belirlenmiştir.

Ulusal havacılık otoriteleri ise yakıt planlaması konusunda daha ayrıntılı kural ve düzenlemelere kendi mevzuatlarında yer vermektedirler. Amerika Birleşik Devletleri hava sahasında faaliyet gösteren ticari uçuşlar için işletme yakıt politikası için minimum gereklilikler CFR 14 FAR 121 kapsamında belirlenmiştir.

Avrupa ülkelerinde ise ulusal mevzuatları arasındaki farklılıkları büyük ölçüde kaldıran Avrupa Birliği Uçak İşletme Kuralları EU-OPS 1 kapsamında işletme yakıt politikaları belirlenmektedir.

EU-OPS 1.255’ e göre her uçak işleticisi uçuş planlaması ve uçuş esnasındaki yeniden planlama amaçları ile planlanan operasyonun gerektirdiği esas yakıtı ile bu operasyonda meydana gelebilecek olası sapmaları karşılayacak yedek yakıtın ilgili uçağa yüklenmesini sağlayacak bir yakıt politikası oluşturmakla yükümlüdür.

Standart bir uçuş planlaması için gerekli minimum yakıt yükü (FL) aşağıdaki şekilde hesaplanır:

FL = TXF + TF + CF + AF + FRF + ADDF + DF

Yakıt Gereklilikleri

Standart bir uçuşun planlamasında taksi yakıtı (TXF), beklenmedik durum yakıtı (CF), son rezerv yakıtı (FRF) ve ek yakıt (ADDF) EU-OPS 1 gereklilikleri ve ulusal düzenlemeler çerçevesinde sabit bir değer olarak tanımlanır.

Bir uçağa yüklenecek taksi yakıtı (TXF) miktarı, EU-OPS 1.225’e ilişkin kabul edilebilir metotlara (AMC OP 1.225) göre kalkış öncesi kullanılması beklenenden az olamamak koşulu ile gidiş meydanın durumuna ve APU tüketimine göre belirlenen sabit bir değerdir. Airbus A320 için taksi yakıtı ortalama 12 dakikalık taksi süresi için gerekli miktar olan 140 kg’a karşılık gelirken, Boeing 737-800 modelinin alabileceği maksimum taksi yakıtı 226 kg olarak tanımlanmıştır. Geniş gövdeli bir uçak olan Boeing 747-400 için ise maksimum taksi yakıt miktarı 1361 kg kabul edilmektedir.

Beklenmedik durum yakıtını (CF) belirlemek için aşağıdaki iki değerden en büyüğü alınmalıdır:

• Uçak varış meydanı üzerinde 1500 ft irtifada standart atmosfer koşullarda bekleme hızı ile 5 dakika havada kalması için gerekli yakıt miktarı;
• Aşağıdaki tanımlara karşılık gelen yakıt miktarından bir tanesi:
  • Planlanan seyahat yakıtının %5’i; ya da
  • Şayet seyir esnasındaki (en route) uçuş için bir yedek meydan tanımlanmış ve uçak uygun uçuşa elverişlilik onayı almış olması durumunda planlanan seyahat yakıtının %3’ü; ya da
  • Uçak işleticisi tarafından her bir uçak için hazırlanan yakıt tüketimi izleme programına göre belirlenen yakıt tüketimi ile 20 dakikalık uçuş yapmak için gerekli yakıt miktarı; ya da
  • Uçak işleticisi tarafından her uçak ve uçulacak şehir çifti kombinasyonu için hazırlanan yakıt tüketimi izleme veri tabanı kullanılarak istatistik yöntemlere dayalı olarak belirlenen yakıt miktarı.

Son rezerv yakıtı (FRF) piston-pervaneli uçaklar için işleticinin tabii olduğu ulusal otoritenin belirlediği hız ve uçuş koşullarında 45 dakika; tepkili motorlu uçaklar için ise iniş yapılacak meydanın 1500 ft (450m) üzerinde bekleme hızı ile standart koşullarda 30 dakikalık uçuşa yetecek yakıt miktarına eşit olmalıdır.

Bir uçakta taşınabilecek minimum ek yakıt (ADDF) miktarı ise aşağıdaki gereklilikleri karşılamalıdır:

• Şayet uçak yedek meydan olmaksızın aletli uçuş kurallarına (IFR) göre uçuş gerçekleştirmekte ise
• standart atmosfer koşullarında varış meydanının 1500 ft üzerinde bekleme hızıyla 15 dakika uçuş yapmak için gerekli yakıt miktarı;
• Güç grubu arızası veya kabin içi basınç kaybı olması durumunda:
  • Uygun bir meydan için alçalmaya ve
  • Standart atmosfer koşullarında meydanın 1500 ft üzerinde 15 dakika beklemeye ve
  • Yaklaşarak inmek için yeterli yakıt miktarı.

Menzil ve Uçuş Süresinin Hesaplanması

Yakıt ve menzil hesaplamaları planlanan rota üzerinde kat edilecek mesafe için gerekli yakıt miktarına karar vermek için yapılır. Bu hesaplamalarda uçak birim yakıt miktarı için uçtuğu mesafeyi ifade eden özgül menzili temel alınır. Şayet bir uçağın rüzgarsız (durağan) hava koşullarında seyahat ettiği mesafe hesaplanmak istenirse havaya göre özgül menzil ( SAR ) ifadesi kullanılır. SAR; havaya göre özgül menzilin İngilizce kısaltmasına ( S pecific A ir R ange) karşılık gelmektedir. İvmesiz düz uçuş için bir uçağın havaya göre özgül menzili aşağıdaki bağıntı ile formüle edilir:

SAR = TAS / FF

Denklemde TAS gerçek hava hızını (uçağın havaya göre izafi hızını) ifade etmektedir. SAR pound başına deniz mili (nm/lb) ya da kilogram başına deniz mili (nm/kg) cinsinden ölçülür. Bir uçağın rüzgârlı bir havadaki ivmeli düz uçuş için özgül menzili için yere göre özgül menzil (SGR) ifadesi kullanılır ve aşağıdaki denklem ile hesaplanır:

SGR = GS / FF

SGR; yere göre özgül menzilin İngilizce kısaltmasına ( S pecific G round R ange) karşılık gelmektedir. Denklemde GS uçağın yere hızını ifade etmektedir. SGR pound başına yere göre kat edilen deniz mili (gnm/lb) ya da kilogram başına yere göre kat edilen deniz mili (gnm/ kg) cinsinden ölçülür.

Bir uçağın yere göre hızı (GS) rüzgârın baş yönünden esen bileşeninin (headwind, HW ) gerçek hava hızından (TAS) çıkartılmasıyla ya da rüzgârın kuyruk yönünden esen bileşeninin (tailwind, TW ) gerçek hava hızına (TAS) eklenmesiyle bulunur:

GS = TAS – HW
GS = TAS + TW

Uçuş Sırasında Yakıt Yükü Değişimi

Yakıt tüketimi nedeni ile oluşan tek yönlü ağırlık kaybı iniş yapılarak yeni yakıt alınıncaya kadar telafi edilemez. Bu nedenle uçuş sırasında yük dağılımında oluşacak bu değişikliklerin uçakta kararlılık ve kontrol kaybına veya yapısal hasarlara yol açmaması için tanklardaki yakıtın uygun bir sıralama ile kullanılmasını gerektirir.

Yakıt tanklarının sayısı, konumları ve kapasiteleri uçak tipine bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Ancak genel olarak bakıldığında taşımacılık hizmetinde kullanılan her uçakta kanat içi ve gövde içi yakıt tankları mevcuttur. Kanat içindeki tanklarda depolanan yakıtın ağırlığı taşıma kuvvetinin kanat kökünde yarattığı gerilimi dengelerken gövde içinde depolanan yakıtın ağırlığını dengelemek için kanat üzerindeki gerilimi artıracak ek taşımanın üretilmesi gerekir. Bu nedenle kanat kökündeki geriliminin emniyetli bir seviyede tutulabilmesi için öncelikle gövde içindeki tanklara yakıt ikmali yapılması ve bu tanklardaki yakıtın tüketilmesi genel bir kuraldır.

Yakıt ikmali, kanadın yapısal dayanım sınırları içinde kalmak koşulu ile öncelikle dış kanat tanklarına yapılır. Uçuş sırasında dış kanat tanklarının moment kolu daha uzun olduğu için taşıma kuvvetinin kanat kökünde oluşturduğu gerilimi daha etkili şekilde dengelerler (S:175, Şekil 8.7). Bu nedenle genellikle iç kanat tankları belirli bir kritik seviyeye gelene kadar kullanılmazlar. Dış kanat tanklarından iç kanat tanklarına yakıt transferi yerçekimi kuvveti yoluyla gerçekleşir.

Gövde içindeki ana yakıt tankı “merkez tank” olarak adlandırılır. Merkez tank yolcu kompartımanının altında kanat tanklarının arasında kalan bölüme konumlanmıştır. Kanadın her iki yarısında bulunan motor veya motorlar kendi tarafındaki kanat tankları tarafından beslenmektedir. Ancak merkez tanktan kanat içi tanklarla gerektiğinde transfer valfleri yolu ile yakıt akışı sağlanır.

Karmaşık yakıt tankı sistemine sahip bir geniş gövdeli uçak olan Airbus A340-500 için uçuş sırasındaki yakıt tüketim ve transfer sıralaması şu adımlarla gerçekleşir:

• 1. Adım: Merkez yakıt tankındaki yakıt miktarı belirli bir kritik seviyeye inene kadar merkez tanktan tüm iç kanat yakıt tanklarına (1, 2, 3 ve 4) yakıt transferi yapılır.
• 2. Adım: Bu noktadan sonra tüm iç kanat yakıt tanklarındaki yakıt miktarını belirtilen kritik seviyelerde tutmak için sadece 1 ve 4 no’lu kanat tanklarına merkez tanktan yakıt transfer edilir. Bu işleme merkez tank tümüyle boşalana kadar devam edilir.
• 3. Adım: Merkez tankının boşalmasından sonra iç kanat yakıt tanklarındaki yakıt miktarı belirli bir seviyeye gelene kadar tüketilir.
• 4. Adım: Bu seviyeden sonra trim tankındaki yakıt iç kanat yakıt tanklarına transfer edilir.
• 5. Adım: İç kanat yakıt tanklarındaki yakıt miktarı belirli bir seviyeye düşene kadar tüketilir.
• 6. Adım: Dış kanat tankları boşalana kadar iç kanat tanklarına yakıt transfer edilir ve sonrasında iç kanat tanklarındaki yakıt bitene kadar tüketilir.