Ünite 3: Buzlanma

Buzlanma

Buzlanma, sıcaklığın donma sıcaklığının altına düştüğü meteorolojik şartlar altında aşırı soğumuş su damlacıklarının yüzeylere yapışarak donmasıdır.

Buzlanma, uçağın ağırlığının ve sürükleme kuvvetinin artmasına, taşıma kuvvetinin ve uçak hızının azalmasına neden olarak uçağın işlevselliğini azaltır. Bu nedenle uçak buzlanması havacılık için çok tehlikeli bir durumdur.

Buzlanma açısından en önemli bulut tipleri alçak bulutlar veya stratiform tipi bulutlar ile düşey gelişimli kümülüform tipi bulutlardır. Buzlanma açısından en tehlikeli yağış tipleri ise donan yağmur, donan çisenti, donan kar (kar topakları), buz kristalleridir.

Buzlanmanın oluşmasını ve şiddetini etkileyen faktörler şunlardır;

1. Bulut içerisinde yeterince sıvı su veya aşırı soğumuş su damlası olmalıdır.
2. Sıvı su damlalarının boyutları yeterince büyük olmalıdır.
3. Bulut içerisindeki sıcaklık sıfır derecenin altında olmalıdır.
4. Dış atmosfer sıcaklığı sıfır derecenin altında olmalıdır.
5. Dış atmosfer sıcaklığı sıfır derecenin altında olmalıdır.

Sıcaklığı 0°C ve altında olan her bulutun içinde buzlanma oluşması ihtimali yüksektir. Özellikle bulutun sıcaklığının 0°C > T > -25°C olduğu bölgede çok yoğun bir buzlanma meydana gelir. Sıcaklığı -20°C’nin altında olan bulutlarda nadiren buzlanma görülür.

Aşırı soğumuş su damlacığı kararsız sıvı hâlinde olan bir damlacıktır ve uçağa çarptığı zaman damlanın bir kısmı anında uçak yüzeyinde donar ve bu sırada donma gizli ısısını dışarı verir. Bu ısı damlanın geri kalan kısmını ısıtarak eritir. Damlanın eriyerek sıvı hâle gelen bu kısımları, aerodinamik etkilerle uçak üzerinde donar. Bu aerodinamik etkiler buzlanmanın tipini belirler.

Buzlanma Tipleri

Buzlanma, buzlanmanın görünüm ve şekline göre ve uçak üzerinde oluştuğu bölgeye göre olmak üzere iki şekilde incelenir.

Görünüm ve şekline göre buzlanma kendi içerisinde üçe ayrılmaktadır. Bunlar;

• Şeffaf buzlanma,
• Kırağı tipi buzlanma
• Karışık buzlanmadır.

Şeffaf buzlanma en şiddetli ve tehlikeli buzlanma türüdür. Hava sıcaklıklarının 0°C ile -10°C’lerde olduğu yerlerde iri su damlacıkları uçağın yüzeyi ile temas eder etmez anında donmak yerine hava akımı ile beraber uçağın yüzeyine yayılarak hareket eder, yavaş yavaş donar ve buz tabakası oluşturur. Bu tabaka buzu şeffaf buzdur ve kanadın büyük bir kısmını kaplar. Bu tür buzlanma kuvvetli ve yapışkandır. Kurtulmak zordur. Bu şekilde oluşan buzlanmaya “ şeffaf buzlanma ” adı verilir.

Kırağı tipi buzlanma, hava sıcaklıkları -10°C ile -20°C arasında olduğunda oluşur. Damla yüzeye çarpar çapmaz hızlı bir şekilde donar ve hava akımları ile yüzey üzerine dağılma fırsatı bulamaz. Kanatların ön kenarlarında oluşurlar ve hava akımının geldiği yönde gelişirler. Taşıma kuvvetini azaltarak sürükleme kuvvetinin artmasına neden olur.

Karışık buzlanma, şeffaf buzlanma ile kırağı tipi buzlanmanın bir karışımıdır. Hava sıcaklığı -8°C ile -15°C olduğunda hem küçük hem de iri su damlalarının veya buz parçacıklarının bir arada olduğu durumlarda oluşur.

Orta enlemlerde bu üç tip buzlanma arasında görülme frekansı en yüksek olan buzlanma kırağı tipi buzlanma, en az görülen buzlanma ise karışık buzlanmadır.

Oluştuğu bölgeye göre buzlanma da kendi içerisinde üçe ayrılmaktadır. Bunlar;

• Yapısal buzlanma,
• İndüksiyon buzlanma
• Alet buzlanmasıdır.

Yapısal buzlanma uçağın dış yüzeylerinde (kanat, kanatçık ve uçağın gövdesi) oluşan buzlanmadır.

İndüksiyon sistemi buzlanması uçağın yakıt indüksiyon sisteminde buzun birikmesi durumunda oluşan buzlanmadır. Bu buzlanmada buz motorun hava kanalının girişinde oluşur. Böylelikle motorun yanma için kullanacağı havayı azaltır (s:49, Şekil 3.10).

Alet buzlanması, genel olarak uçaktaki pitot tüpü ve anten gibi uçaktan dışa doğru uzanan aletlerin üzerinde meydana gelen buzlanmayı anlatmak için kullanılmaktadır. Pitot tüpü buzlanması hava hızını gösteren alet üzerindeki basıncı azaltır ve aletin gösterdiği değeri güvenilmez kılar. Uçağın radyo anteninde meydana gelen bir buzlanma antenin şeklîni bozar, sürüklemeyi artırır ve uçağın iletişim sistemini engelleyici titreşimlere neden olur.

Buzlanmayı Etkileyen Meteorolojik Faktörler

Buzlanmayı etkileyen meteorolojik faktörler; bulutlar, cepheler ve diğer faktörler olarak sınıflandırılmaktadır.

Kuvvetli bir buzlanmanın oluşması için en önemli şart, bulutun çok iri ve aşırı soğumuş su damlalarına sahip olmasıdır. Buzlanma için uygun şartları sağlayan iki tip bulut söz konusudur. Bunlar stratüs bulutları (alçak seviye bulutları) ile kümülüform bulutlarıdır (düşey gelişmeli konvektif bulutlar).

Stratüs Bulutlarında Buzlanma: Bu bulutlarda oluşan buzlanma kırağı tipi buzlanmadır. Altostratus ve Nimbostratus bulutları gibi kalın, geniş tabakalı çarşaf gibi stratus bulut türleri genellikle yeterince iri ve çok sayıda sıvı su damlacıklarına sahiptir. Bu nedenle yağmur sıklıkla bu bulutlardan düşer. Bu tür bulut sistemleri kışın binlerce metrekarelik alanı kaplarlar ve uzun süreli uçuşlar için çok kuvvetli buzlanmanın oluşabileceği şartları barındırırlar. Tabakalı bulutlarda sürekli buzlanma koşulları 1500 metre üzerinde nadiren oluşur ve oluşan buzlanma ise genelde 600-900 metre kalınlığındadır.

Kümülüform Tipi Bulutlarda Buzlanma: Bu tip bulutlar iri yağmur damlalarına sahiptirler. Uçak çok miktarda su damlacığının bulunduğu bu kümülüform tipi bulutların içine girdiğinde iri damlalar hızlı bir şekilde kanadın ön kenarlarında parçalanarak hızla kanat üzerine yayılırlar ve ince bir su tabakası oluştururlar. Bu su tabakası, eğer sıcaklık donma derecesinde veya altında ise şeffaf buz tabakası oluşturur.

Stratüs bulutlarındaki buzlanma yavaş yavaş gelişirken kümülünimbus bulutlarındaki buzlanma ise çok daha hızlı oluşur.

Cephe, farklı özelliklere sahip iki farklı hava kütlesini ayıran dar zonlardır. Soğuk cephe, sıcak cephe, durağan cephe ve oklüzyon cephe olmak üzere dört tip cephe vardır.

Soğuk cephe ile ilişkili sağanak hatlarında kümülüform tipi bulutlar oluşur. Buzlanma bu sağanak hatları ile bu bulutlar içerisinde meydana gelir. Soğuk cephe ile ilişkili buzlanma çok hızlı gelişir ve çok tehlikelidir. Çoğunlukla şeffaf buzlanma görülmekle beraber kırağı tipi buzlanmanın da görüldüğü olmuştur. Bu cephe ile ilişkili buzlanma zonu 3000 metre kalınlığında 150 metre genişliğindedir.

Sıcak cephe durumunda buzlanma çoğunlukla cephe önündeki stratiform tipi bulutlarda görülür. Buzlanma zonunun düşey büyüklüğü genellikle 900-1200 metre kalınlığındadır ve 3000 metreye kadar çıkabilir. Buzlanma tipi, baskın olarak kırağı tipi buzlanmadır. En kritik buzlanma su damlalarının cephenin yukarısındaki sıcak havadan, sıcaklığın donma derecesinin altında olduğu uçuş seviyesine düştüğünde oluşur.

Oklüzyon cephelerde buzlanma hem stratiform hem de kümülüform tipi bulutlarında görülür. Oluşan buzlanma zonunun derinliği 6000 metre olup yaklaşık olarak diğer buzlanma tiplerine göre iki kat daha sık oluşur. Buzlanma tipleri şeffaf, kırağı veya karışık tipi buzlanmadır.

Durağan cepheler de sıcak cephe ve oklüzyon cephe gibi genellikle daha geniş buzlanma zonlarına sahiptir.

Bulutlar ve cephe dışında buzlanmayı etkileyen diğer faktörler ise don, arazi yapısı ve yer buzlanmasıdır.

Don, açık yüzeylerin üzerinde mercek şeffaflığında oluşan ince, kristal buz tabakasına verilen isimdir. Donma soğuk yüzeyli bir uçağın, dondurucu sıcaklıkların olduğu bir bölgeden yüksek nemli bölgelere alçaldığı zaman oluşur. Don her ne kadar uçağa hatırı sayılır bir yük eklemese de miktarı ne olursa olsun uçaklar için tehlikelidir ve kalkıştan öncesi temizlenmesi gerekir. Uçuş sırasında don oluşması çok ender bir olaydır.

Buzlanmanın oluşumunu ve şiddetini etkileyen bir diğer faktör de arazinin yapısıdır. Örneğin dağ yamaçlarında oluşan bulut tipleri buzlanmanın karakterini belirler.

Uçak kalkmadan önce mevcut bütün buz ve donun uçaktan temizlenmesi gerekir. Ayrıca buzun çözülmesi de buzlanmanın kendisi kadar tehlikeli bir olaydır. Buz çözücü sıvılar uçağın iç kısımları ve motorun parçaları için çok tehlikelidirler.

Buzlanmanın Uçak Üzerindeki Etkileri

Buzlanmanın uçak üzerine etkileri iki farklı şekilde incelenmektedir:

• Aerodinamik etkiler
• Yapısal ve aletler üzerine etkiler

Buzlanmanın en tehlikeli yönü aerodinamik etkileridir. Uçak taşıma kuvveti, uçağın ağırlığı, sürükleme kuvveti ve itki kuvvetlerinin etkisi altında dengede kalarak ilerler. Başarılı bir uçuş için bütün bu kuvvetler dengeli olması gerekir. Buzlanma bu kuvvetlere etkide bulunarak uçağın performansını olumsuz etkiler (s:57, Şekil 3.23).

Buzlanmanın neden olduğu aerodinamik etkiler şunlardır:

• Kanatlar üzerindeki laminar akışı bozarak taşıma kuvvetini azaltır.
• Uçağın ağırlığını artırır.
• Uçak üzerindeki sürükleme kuvvetini artırır. Buna bağlı olarak yakıt tüketiminde artış olur.

Buzlanmanın oluştuğu yer, oluşan buzun pürüzlülüğü ve şekli buzlanmanın uçak üzerindeki aerodinamik etkileri için önemlidir.

Yapısal ve aletsel etkiler buzlanmanın uçağın gövdesi, kanat ve kanatçıklar gibi geniş alanlı dış yüzeyleri ile uçağın kontrolünü sağlayan aletlerde meydana getirdiği hasarlardır. Buzlanmanın neden olduğu yapısal ve aletsel etkiler şunlardır:

• Basınçölçer, hava hızını ölçer aletler ve yükseklik göstergelerinin bozulmasına neden olur (Pitot tüpü ve statik port cihazları).
• Uçağın kontrol yüzeylerinin (kanat ve kanatçıklar) hareket kabiliyetini azaltır.
• Motorun arızasına ve güç kaybına neden olur.
• Uçağın yön dümenlerine hasar vererek uçağın kontrolünün kaybolmasına neden olur.
• Görüş mesafesinin azalmasına neden olur.

Buzlanma uçağın hareketli mekanizmalarını tıkayarak hareketine engel olur veya tamamen fonksiyon dışı kalmasına neden olur. Buzlanma kanatlar ve uçağın dış yapısı ile sınırlı değildir. Motor, yakıt sistemleri ve uçak üzerindeki cihazlar da buzlanmadan etkilenir. Buzlanmanın pitot tüpü ve statik portu bloke etmesi çok tehlikeli bir durumdur. Her ikisinin de buz ile bloke olması pilotun bu aletlerden elde edeceği hava hızı ve yükseklik vb. türü bilgileri hatalı okumasına neden olur.

Uçuş sırasında buzlanmanın olma potansiyeli konusunda karar vermek ve zamanında önlem almak oldukça önemlidir. Bu nedenle uçuş sırasında aşağıda verilen durumlara dikkate edilmesi faydalı olacaktır.

• Motor drenaj tüpleri, pitot tüpleri, motorda hava giriş kanalları veya pervane çeviricileri gibi dış çıkıntıları olan alanlar ile cam sileceklerinin kolları üzerinde buz görülmesi
• Sabit güç ve yükseklikle beraber hava hızında azalma meydana gelmesi
• Buz detektörünün ikaz vermesi

Döner kanatlı hava araçlarındaki buzlanma daha çok rotorda meydana gelir.

Buzlanmanın Şiddetine Göre Sınıflandırılması

Buzlanma konusunda pilotların yaptıkları sınıflandırma ile meteorolojistlerin yaptıkları sınıflandırma farklıdır. Pilotlar daha çok buzlanmanın uçak yapısına ve aletlerine verdiği hasara göre tanımlar (sayfa:59, Tablo 3.1). Meteorolojistler ise sıvı su içeriğine (LWC) göre (gr/cm3) sınıflandırma yaparlar (sayfa:60, Tablo 3.2). Her iki sınıflandırmada da buzlanma miktarı çok az, hafif, orta ve şiddetli olarak sınıflandırmaktadır.

Buzlanma Hasarlarından Kaçınma Yöntemleri

Buzlanma hasarlarından kaçınabilmek için pratikte uygulanabilecek yöntemler vardır. Bunlar, uçuşun rotasında değişiklik yapmak, buzlanma önleyici/giderici yöntemler kullanmak ve uçuş esnasında pilotlar tarafından alınabilecek önlemlerdir.

Pilot, uçuş sırasında meydana gelen buzlanma ile iki şekilde mücadele eder. Birincisi uçağı yağışın donmuş olduğu sıcaklıklardan daha yüksek sıcaklıkların olduğu yüksekliklere çıkarmaktır. İkincisi de alçalarak sıcaklıkların donma sıcaklıklarının çok üzerinde olduğu yüksekliğe inmektir.

Buzlanma önleyici ve buz çözücü yöntemler uçak üzerine birikmiş buzu kaldırmak veya oluşmasını engellemek için kullanılırlar. Bu amaç için yaygın şekilde kullanılan üç yöntem vardır. Bunlar mekanik yöntemler, anti-buzlanma sıvıları (buzlanma önleyici ve buzlanma giderici sıvılar) ve ısıtmadır. Mekanik yöntemlerde uçağı taşımayı sağlayan yüzeylerin ön kenarlarına lastik koruyucuların geçirilmesi ile buzlanmaya engel olunur (sayfa: 61, Şekil 3.25). Anti-buzlanma sıvıları uçak havalanmadan önce apronda iken yapılır. Bu sıvılar buzlanma önleyici (antiicing) ve buzlanma giderici (de-icing) işlemler sırasında kullanılır. Anti-icing işleminde buzlanma henüz oluşmamıştır. Uçakta buzlanmanın oluşmaması için gerekli tedbirler alınır. De- icing işleminde ise buzlanma oluşmuştur. Uçakta oluşan buzlanma yok edilmeye çalışılır. Isıtma uygulamasında ise uçağın kanatlarına, pervanelerinin olduğu yerlere, kuyruk yüzeylerine veya motor girişlerine yerleştirilmiş ısı uygulayan elektriksel sistemler vasıtasıyla buzlanmanın oluşması veya oluşan buzlanmanın çözülmesi sağlanır. Buzlanmadan kaçınmak için uçuş esnasında da bazı önlemler alınabilir. Örneğin; buz koşullarının hüküm sürdüğü bilinen alanlar civarında uçulmaz. Uçakta buz var ise, tutunma kaybı oluşabileceğinden, çok sert dönüşler yapılmaz. Buzlanma koşulları ile karşılaşmamak için cepheye paralel uçulmaz. Düşük hava hızları nedeni ile özellikle uçuşunuzun son safhasına doğru buzlanmaya neden olan atmosferik koşullardan mümkün olduğunca sakınılır.