Ünite 3: Uçak Elemanları-Kanat ve Gövde

Kanat

Kanatlar, uçağı havaya kaldıran ve havada tutunmasını sağlayan en önemli yapıdır. Her yapı elemanında olduğu gibi uçak kanatlarının da esas görevlerinin yanı sıra başka görevleri de vardır. Ana görevi taşıma kuvveti meydana getirmek olan kanatların diğer görevleri şu şekildedir:

• Kanada uçuş kontrol yüzeyleri bağlanır.
• Kanada motorlar bağlanır.
• Kanada iniş takımları bağlanır.
• Kanatta yakıt depolanır.

Kanat Çeşitleri

Kanatların Şekline Göre Çeşitleri

Bir kanadın dış görünüşünü belirleyen en önemli faktörlerden bir tanesi, kanat plan biçimidir. Uçağın kullanım amacına göre kanat biçimi farklılık gösterir. Bu kanat biçimlerinden bazıları şu şekildedir:

• Öne doğru sivrilmiş kanat
• Trapez kanat
• Delta kanat
• Ok açılı kanat
• Dikdörtgen kesitli kanat
• Arkaya doğru sivrilmiş kanat

Kanat-Gövde Bağlantılarına Göre Çeşitleri

Kanat-gövde bağlantılarını aşağıdaki gibi sınıflandırabiliriz:

• Çok Yüzeyli Kanatlar
• Tek Yüzeyli Kanatlar

Çok Yüzeyli Kanatlar: Kanadın esas görevi olan taşıma kuvvetini oluşturması, belirli hızlarda uçacak ve profili uygun seçilmiş bir kanat için, kanadın alanına bağlıdır. Kanat alanı ise, kanadın açıklığı ile genişliğinin bir fonksiyonudur. Havacılığın gelişmeye başladığı senelerde alüminyum alaşımları ve çelikler henüz yeterince kullanılmadığı için, kanat yapılarında ağaç malzeme, kaplamalarda ise bez kullanılıyordu. Kanat alanının belirli bir değere ulaşabilmesi için açıklık artırılmak istenilince, ağaç malzemenin mukavemet sınırına erişildi. O zaman çare olarak kanatların adedini artırarak üst üste yerleştirilen çift ve üç kanatlı uçaklar geliştirildi ve bu uçaklar 1910-1930 yılları arasında en çok kullanılan tipleri oluşturdu. Üst üste yerleştirilen kanatların birbirlerine ve uçak gövdesine bağlanabilmesi için kullanılan metal çubuklar ve teller fazla parazit sürükleme oluşturduğundan, daha iyi yapı sistemleri geliştirilince çok yüzeyli kanatlar tarihe karışarak, yerlerini tek yüzeyli kanatlara bırakmışlardır.

Tek Yüzeyli Kanatlar: Tek yüzeyli kanatlar dörde ayrılmaktadır. Bunlar:

• Parasol (şemsiye) kanat
• Üstten kanat
• Ortadan kanat
• Alttan kanat

Parasol kanat: Bu uçaklarda, gövdeye bağlantı yapılabilmesi ve yüklerin karşılanabilmesi için metal çubuklar kullanılır. Bu çubukların kesitleri, en az aerodinamik sürükleme yaratacak şekilde (damla biçiminde) yapılır.

Üstten kanat: Bu tip uçaklar, parasol kanatlı uçaklara göre daha kullanışlıdır. Zira kanadı gövdeye bağlayan dikmelerden ve onların parazit sürüklemelerinden kurtulmuş olunur. Kanat ile gövde arakesit etkisinin en az olduğu şekil, üstten kanatta elde edilir.

Bu tip uçakların avantajları şu şekildedir:

• Gövde yapısının yere yakın olması sağlanarak, yolcu ve yük indirme bindirme işlemleri kolaylaştırılır. Günümüzde kullanılan kargo uçaklarının çoğu, üstten kanatlı uçaklardır (Örneğin, Antonov 225).
• Bu uçaklarda kanat yapısının yerden veya sudan yüksekte tutulmasıyla, motor ve pervanelerin taş, toprak ve su serpintilerinden zarar görmeleri önlenmiş olur.
• Parasol kanat için sayılan diğer pozitif faktörler üstten kanatlı uçaklar için de geçerlidir.

Üstten kanatlı uçakların dezavantajları ise şu şekildedir:

• Bu tip uçaklarda kanat yüksekliği çok fazla olduğu için, kanatlara iniş takımlarını bağlamak zordur.
• Bakım ve yakıt ikmali sırasında yükseklikten dolayı bazı zorluklar vardır.
• Parasol kanatlarda olduğu gibi, pilotun görüş alanının kısıtlanması ile ilgili sıkıntıların ve yere çarpmada darbenin direk olarak gövde tarafından karşılanması söz konusudur.

Ortadan kanat: Birçok savaş uçağında eskiden beri uygulanmakta olan bu kanat yerleştirme şekli, kanat yapısının hafif ve sağlam olması ve üstten kanatların pozitif etkilerinin bir kısmından faydalanabilmek için kullanılmaktadır. Yapı sağlamlığı, kanat yapısını etkileyen gerilmelerin, genellikle en yüksek olduğu gövde bağlantısı kısmında, gövde yapısının maksimum kesitte (en geniş) olması ile sağlanır. Şayet gövde yapısının bu bölümünden başka şekilde faydalanmak söz konusu olmazsa (Savaş uçakları için bu durum genellikle geçerlidir.) o zaman kanadın esas yükleri taşıyan kirişi, uçak gövdesinin içinden geçecek şekilde sürekli yapılır. Ancak bu durum yolcu uçakları için geçerli değildir. Çünkü kanadın gövde içerisinden geçmesi demek, yolcu kabininin bölünmesi demektir.

Alttan kanat: Uçaklarda en çok uygulanan yerleştirme şeklidir. Her ne kadar üstten kanatlı uçakların pozitif etkilerine sahip olmasa da, aşağıda belirtilen birçok avantaja sahiptir. Bunlar:

• İniş takımlarının kısa ve hafif yapılabilmesi
• Bakımlarda ve yakıt ikmalinde kolaylık sağlaması
• Yere çarpmada pilot ve yolcuları koruyabilen bir yüzeye sahip olması
• Gövde yapısının hafifliği
• Kanadın iniş kalkışlarda yere yakın olması sebebi ile ilave bir taşıma kuvveti sağlaması
• Kanat yolcu kabinini bölmediği için, daha fazla alan yaratılması.

Kanat Yapı Elemanları

Uçaklarda kanat yapısının temel görevi, aerodinamik kuvvetlerden dolayı oluşan eğilme, kayma ve burulma gerilmelerini karşılayabilmektir. Kanadın temel görevinin yanı sıra, yardımcı görevlerinin de olduğu bilinmektedir. Bu yardımcı görevler arasında kanat yapısını, yani kanat elemanlarının mukavemetini etkileyen başlıca faktörler şu şekildedir:

• Yakıt ağırlığı
• Motorların ağırlığı
• İniş takımlarından gelen yükler

Kanat yapısal elemanları, kanadın temel ve yardımcı görevlerinden dolayı oluşacak gerilmeleri her uçuş ve iniş kalkış hâlinde karşılayabilmeli, bu gerilmelerden ötürü plastik deformasyona uğramamalı ve uçağın ömrü boyunca görev yapabilmelidir. Kanat yapısında kullanılan yapı elemanları şu şekildedir:

1. Spar (kanat kirişi)
2. Stringer (takviye kiriş)
3. Rib (nervür)
4. Kanat kaplaması

Spar

Kanat ucundan gövdeye doğru yerleştirilen spar, kanada gelen yükleri karşılayan ve uçağın ağırlığını taşıyan ana mukavemet elemanıdır. Bu ana görevinin dışındaki diğer görevleri ise şu şekildedir:

• İki spar arasındaki boşluğa yakıt tankı yerleştirilmesi
• Aileron, flap gibi uçuş kontrol yüzeylerinin bağlanması
• İniş takımlarının bağlanması
• Motorların bağlanması

Stringer

Stringer yapısal elemanları, spar’lara paralel olarak yerleştirilen ve daha hafif yapıdaki kirişlerdir. Stringer yapısal elemanı spar ile aynı malzemeden yapılır. Burulma ve eğilme gibi gerilmeleri karşılarlar ve yüzey kaplamasına destek olurlar. Kaplamanın iç tarafına sıklıkla yerleştirilirler.

Rib (Nervür)

Rib ise kanada aerodinamik şeklini veren, ömrü boyunca koruyan ve kanat kaplamasına destek olan elemandır. Rib’ler spar ve stringer’lere dik yerleştirilirler. Yakıt depolamada boşalan oluştururlar. Bazı uçak kanatlarında rib’ler hafiflik açısından delikli olarak imal edilebilirler.

Kanat Kaplaması

Uçakların gün geçtikçe daha hızlı ve daha büyük yapılmaları, kanada gelen yüklerin daha da büyümesine neden olmuştur. Bu nedenle eski uçaklardaki bez kaplamalar, yerlerini önce kontrplaklara, daha sonra ise ince metal saçlara bırakmıştır. Metal kaplamalar yapının mukavemetine de katkıda bulunmakta, bazen de bütün yükleri karşılamaktadır. Bu nedenle metal kaplamalar yeterince mukavemet verecek kalınlıkta olmalıdır. Bu da ağırlığın artması demektir. İstenilen mukavemet özellikleri ile malzeme kalınlığının azaltılması ise, kompozit malzemelerin kullanımı ile mümkün olabilmektedir. Kanat yapılarında genellikle alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. Ancak kompozit malzemeler, metal malzemelere göre mukavemet ve hafiflik açısından oldukça avantajlıdır ve günümüzde kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır.

Kanat Uçlarında Bulunan Elemanlar

Winglet , kanat uçlarında bulunan ve sürükleme kuvvetini düşürmeye yarayan aerodinamik bir yüzeydir. Bu yüzeyler sayesinde, kanat uçlarındaki düzensiz hava akımlarının yani vorteksin, kanat üst yüzeyine çıkarak taşıma kaybına sebep olması engellenir. Bu yüzeyler sayesinde yakıt tasarrufu sağlanır.

Static Discharger (Statik deşarj püskülleri), kanatta biriken statik elektriği boşaltırlar. Çünkü hava sürtünmesinin etkisiyle biriken bu elektrik, parazit yaratarak uçaktaki haberleşme sistemini etkiler. Ayrıca yakıt ikmali sırasında kıvılcımlara sebep olarak yangına sebep olabilirler. Kanat ya da kuyruk bölümü firar kenarlarına bağlanırlar. Bu elemanların yıldırım çarpmasını önlemek gibi bir görevi yoktur. Ancak uçağa yıldırım çarptığı zaman yanmaları, uçağı yıldırım çarpmasına karşı korudukları şeklinde algılanmaktadır.

Gövde

Gövdenin başlıca görevi paralı ağırlık, yani yolcu ve kargo için boşalan oluşturmaktır. Ancak bunun yanında aşağıdaki görevleri de bulunmaktadır:

• Kanat bağlanır
• Kuyruk bağlanır
• Kokpiti ihtiva eder
• Motorlar bağlanır
• İniş takımları bağlanır
• Yakıt depolar
• Elektronik teçhizatları ihtiva eder.

Uçak gövdesi birçok elemanı bünyesinde bulundurduğu için, maksimum mukavemete sahip olmalıdır. Bunun yanında mümkün olduğunca hafif olmalıdır. Günümüz modern yolcu uçaklarında kullanılan uçak gövdeleri, çalışan kaplama (stressed skin) şeklindedir. Çalışan kaplama tipindeki gövde yapılarında, gövde kaplamasının kalınlığı fazla değildir. Bu yüzden kolayca deformasyona uğrayabilir. Kaplamanın kalınlığı gövde boyunca farklılık göstermektedir. Gövde çeşitli bölümlerden oluşmaktadır. Kokpitin olduğu bölüm ön gövde, kuyruk konisinin olduğu kısım arka gövde, ortadaki kısım ise merkez gövde olarak adlandırılır. Bu bölümler dışında, uçağın büyüklüğüne göre, gövdenin bölümleri de artabilmektedir. Ayrıca kabin zemini, gövdeyi iki bölüme ayırır. Bunlar kokpit ve kabinin olduğu ana kısım; kargo bölümlerinin, iniş takımı yuvalarının ve elektronik aygıtların bulunduğu alt kısımdır. Kabin yüklerini ve kabin basıncını karşılayan gövde zemini çeşitli kirişlerle desteklenir.

Gövde Yapıları

Uçakların imalatında kullanılan üç tip gövde yapısı vardır.

Bunlar

• Kafes-Kiriş (Truss, Framework) Gövde Yapısı
• Monokok (Monocoque) Gövde Yapısı
• Yarı-Monokok (Semi-Monocoque) Gövde Yapısı

Kafes-Kiriş Gövde Yapısı

Kafes-kiriş gövde yapısı çok basit bir yapıdır. Bu yapılar genellikle hafif uçaklarda ve eski tip helikopterlerde kullanılır. Bu yapının iskeleti, birbirine kaynaklanmış çubuklardan oluşur. Bu çubuklar bağlantı uçlarına gelen kuvvetleri taşırlar. Çubukların bu kuvvetleri taşıyabilecek kadar mukavemetli olan ve aynı zamanda da şekillendirilmesi kolay standart malzemeden seçilmesi, yapı ekonomisi bakımından önemlidir. En çok kullanılan malzeme, çelikler olup kesitleri çoğu zaman boru şeklindedir. Bazı uçak üreticileri boru yerine köşebent veya benzeri profiller de kullanmaktadır.

Monokok Gövde Yapısı

Monokok gövde yapısında, gövdeye şekil vermek için frame (takviye çemberi) ve bulkhead (bölme) yapısal elemanları kullanılır. Temel gerilmeleri karşılayan hiçbir destek elemanına sahip olmadığı için, asıl yükü kaplama karşılar. Bu nedenle kaplama kalınlığı fazla olmalıdır. Bu da hem ağırlığın hem de yakıt sarfiyatının artmasına sebep olacaktır.

Yarı-Monokok Gövde Yapısı

Günümüz yolcu uçaklarında en çok kullanılan gövde yapısı ise, yarı-monokok gövde yapısıdır. Monokok yapının eksiklikleri göz önüne alınarak geliştirilen bu yapıda, frame ve bulkhead yapısal elemanlarının yanı sıra, gövde boyunca uzanan longeron’lar (gövde kirişleri) ve stringer’ler (takviye kirişler) gibi birçok eleman kullanılır. Bu elemanlar sayesinde gövdeye aerodinamik şeklini vermek kolaylaşır. Ayrıca bu yapısal elemanlar, yapıya rijitlik ve mukavemet kazandırırlar. Yarı-monokok gövde yapısında kullanılan destekleyici elemanlar sayesinde, gövde kaplaması daha ince yapılır. Böylelikle hafiflik yanında, yakıt sarfiyatında da azalma sağlanır.

Gövde Yapısında Kullanılan Yapısal Elemanlar

Gövde kaplamasına gelen yükü azaltmak için gövdede birçok yapısal eleman kullanılır. Uçak gövdesinde kullanılan bu elemanlar şunlardır:

• Frame (takviye çemberi)
• Longeron (gövde kirişi)
• Stringer (takviye kiriş)
• Bulkhead (bölme)

Frame, gövdede burundan kuyruğa doğru yerleştirilerek, gövdeye şeklini veren çemberdir.

Longeron, gövdenin ana yapı elemanıdır. Bu elemanlar, gövdenin her iki tarafında zemin hizasında, burundan kuyruğa doğru yerleştirilir.

Stringer, kanatta olduğu gibi gövde yapısında da kullanılır. Gövde kaplamasının iç tarafına yerleştirilerek kaplamayı eğilme ve burulma gerilmelerine karşı korur.

Bulkhead ise, mukavemet ve basınç bölmesi olarak ikiye ayrılır. Mukavemet bölmesi, gövde kokpit birleşim yeri, kanat bağlantısının yapıldığı bölgeler gibi gövdenin yüksek yük gelen kritik bölgelerine yerleştirilen, şekil olarak frame yapısal elemanlarına benzeyen ancak frame’lerden çok daha yüksek mukavemete sahip yapı elemanlarıdır. Basınç bölmesi ise, uçakta basınçlı bölgeyle basınçsız bölgeyi birbirinden ayıran çok yüksek mukavemete sahip yapı elemanlarıdır. Örneğin, gövdede radom ve kuyruk kısmı basınçlandırılmadığı için, kabinle bu bölgeleri birbirinden ayırmak için basınç bölmesi kullanılır. Ayrıca uçakta basınçlandırılmayan kargo bölümleri ile kabini birbirinden ayırmak için de yine bu yapısal elemanlar kullanılabilir.

Uçağın Diğer Yapısal Elemanları

Radom: Uçağın burun kısmında bulunan yapısal elemandır. Radom’un iki amacı vardır. Bunlar şu şekildedir:

• Aerodinamik düzgünlük sağlamak
• Radar antenlerini dış etkilere karşı korumak

Radom yapısal elemanı genellikle kompozit yapıdadır. Radom’un arka kısmında, ön basınç bölmesi bulunmaktadır.

Kuyruk: Uçağın kuyruk bölümü, kuyruk konisi ve kuyruk takımından oluşur. Gövdenin en arka kısmında bulunan kuyruk konisi, gövdenin arka kısmına aerodinamik şekil vermek ve gövdeyi kapatmak için kullanılır. Koni, gövde ile aynı yapısal elemanlardan yapılmıştır. Kuyruk takımı daha açıklanacaktır.

Kapılar: Bir uçakta farklı türlerde birçok kapı vardır. Bunlar aşağıdaki gibidir:

• Kabin kapıları
• Kargo bölümü kapıları
• İniş takımı kapıları (kapakları)
• Çeşitli bölümlere ulaşmak için kullanılan giriş panelleri dediğimiz kapılar

İniş takımı kapakları ve giriş panelleri dediğimiz kapıları ayrı tutarsak, kapılarla ilgili en önemli özellikleri şu şekilde sıralayabiliriz:

• Kapılar, içerden ya da dışarıdan kolaylıkla açılıp kapanabilmelidir.
• Kullanımı kolay olmalıdır.
• Kokpitte ve kapının yakınında, açık ya da kapalı olduğunu bize bildiren gösterge panelleri bulunmalıdır.
• Kapılar kapalıyken, gövdenin sahip olması gereken toplam mukavemetinde bir azalma olmamalıdır.

Kapının durumunu pilota bildirmek için, kapılarda güvenlik sensörleri bulunur. Sensörler sayesinde pilot, kapının açık ya da kapalı olduğunu ya da girt bar’ının aktif olup olmadığını gösterge panelinden görebilir. Basınçlandırılan uçaklarda, kapıların sızdırmazlığı da çok önemlidir. Genellikle kullanılan sızdırmazlık elemanı silikon kauçuktur. Kapı kapandığı zaman bu eleman, kapının etrafını sararak sızdırmazlık sağlar. Genellikle bu sızdırmazlık elemanlarının üzerinde küçük delikler vardır. Kabin basıncı arttıkça hava bu deliklere dolarak kauçuğu şişirir. Böylelikle daha etkili bir sızdırmazlık sağlanmış olur. Kapıları gruplayacak olursak, iki tip kapı vardır. Bunlar tapa tip kapılar ve tapa olmayan tip kapılardır.

Tapa Tip Kapılar; bu tip kapılar, gövde içinde sabitlenen kapılardır. Bu tip kapıların kenarlarında, gövdedeki stringer’lerin hizasında olacak şekilde yerleştirilmiş, adjustable stop dediğimiz yapısal elemanlar vardır. Kapı kapandığı zaman bu elemanlarla stringer’lerin ucu birbirini kavrar ve tapa görevi görürler. Tapa tip kapıların en büyük avantajı, toplam yükün tüm kapı kasasına eşit olarak dağıtılmasıdır. Ayrıca kabin basınçlandırıldığı zaman kapının daha da sağlam bir şekilde kapanmasıdır.

Tapa Olmayan Tip Kapılar; bu kapılar ise, genellikle kargo kapılarında tercih edilmektedir. Bir menteşe sistemine ve kilitleme mekanizmasına sahiptir. Tüm yüklere karşı, bu elemanlar direnç gösterirler. Kapıda bulunan her bir kilitleme mekanizması, gövdede bulunan bir frame yapısal elemanına denk gelir. Böylelikle yapıda bir rijitlik de elde edilmiş olunur.

Camlar (Pencereler): Camlardan genel olarak istenen özellikler, iyi bir görünürlük sağlamasının yanında kabin basıncına ve dış etkenlere karşı dayanıklı olmasıdır. Uçaklarda camlar aşağıdaki gibi gruplanır:

• Kokpit Camları
• Yolcu Kabini Camları

Kokpit Camları, şokları absorbe edebilen çeşitli ara tabakalarla güçlendirilmiş bir yapıya sahiptir. Böylelikle iç basınç ve dış etkenlere karşı oldukça dayanıklı bir yapı elde edilmiş olunur. Dış etken olarak sayabileceğimiz en tehlikeli durum ise kuş çarpmalarıdır. Ayrıca bu camların, buzlanmaya ve buharlaşmaya karşı ısıtma sistemleri vardır ve sızdırmazlık özellikleri bulunmaktadır. Basınç sızdırmazlığı kauçuk ile sağlanır. Kokpit camlarından iki tanesi, kayarak açılabilen tipteki camlardır. Bu camlar acil durumlarda, pilotların yere halat sarkıtarak tahliyesi amacıyla kullanılır. Yolcu Kabini Camları, yolcu kabini camlarının yapısı, kokpit camlarından farklıdır. Bu camlara çok fazla yük gelmediği için, daha hafif yapıdadırlar. Sayıları uçaktan uçağa değişmekle beraber, yolcu kabininde çok sayıda bulunurlar. Yolcu kabini camları, aralarında boşluk bulunan iki özel plastik panelden oluşur. Eğer dıştaki cam hasar görürse içteki cam basınçları karşılar. İki cam arasındaki basınç, kabin basıncına eşittir. Bunu, iç taraftaki cam üzerinde bulunan küçük delik (vent hole) sağlar. Basınç sızdırmazlığı kauçuk ile sağlanır. Bu camlar, gövde yapı elemanı olan frame’lere bağlanırlar. Bu iki cam dışında, kabin içinde üçüncü bir cam daha vardır. Ancak bu cam yükleri karşılamak amacıyla değil, dekoratif amaçla kullanılır.