Ünite 2: Uçak Elemanları-Temel Kavramlar

Giriş

Havacılık tarih boyunca ihtiyaçlar ve buluşlar doğrultusunda ilerlemiş, uçak teknolojileri gelişmiştir. Zaman ilerledikçe hafif ve basit yapıdaki uçaklar geliştirilmiş ve daha karmaşık yapıya sahip olmuşlardır. Gün geçtikçe uçakların yolcu ve kargo kapasiteleri artmıştır. Artık gökyüzünde devasa büyüklüğe sahip uçaklar uçmaktadır.

Sabit kanatlı uçaklarda teçhizat hariç, yapının altı ana bölümden oluştuğu kabul edilir. Bu bölümler şu şekildedir:

• Kanat
• Gövde
• Kuyruk takımı
• Uçuş kontrol yüzeyleri
• İniş takımları
• Güç grubu (motorlar)

Yapısal Elemanlara Etki Eden Başlıca Gerilmeler

Uçakların boyutlarının ve hızlarının artması, uçak yapısal elemanlarına gelen gerilmelerin de artmasına neden olmuştur. Bundan dolayı uçak üzerinde kullanılacak yapısal elemanlar seçilirken, bu elemanların hangi gerilmelere maruz kaldıkları bilinmelidir. Yapısal elemanlara etki eden başlıca gerilmeler aşağıdaki gibidir:

• Çekme Gerilmesi: Bir yapısal elemanı çeken ve birim alana etki eden kuvvettir.
• Basma Gerilmesi: Bir yapısal elemanı kısaltmaya çalışan ve birim alana etki eden kuvvettir.
• Kayma Gerilmesi: Bitişik parçaların birbiri üzerinde kaymasına neden olan ve birim alana etki eden kuvvettir.
• Eğilme Gerilmesi: Çekme ve basma gerilmelerinin yapısal elemana bir veya daha fazla noktadan etkisiyle oluşur.
• Burulma Gerilmesi: Yapısal elemanın burulmasına neden olan kuvvettir.
• Burkulma Gerilmesi: Basınç kuvvetine maruz kalan elemanlar, basınç yükü tarafından oluşturulan yanal eğilme sonucunda göçmeye meyillidirler. Bu olaya burkulma adı verilir.

Bahsedilen bu gerilmelerden çekme, basma ve kayma gerilmesi temel; eğilme, burulma ve burkulma gerilmeleri ise bileşik gerilmelerdir. Temel gerilmelerde yapının maruz kaldığı tek gerilme vardır. Bileşik gerilmelerde ise yapıya birden fazla gerilme aynı anda etki etmektedir.

Bunların dışında bir de radyal gerilmeler vardır. Uçaklarda buna en güzel örnek kabin iç basıncıdır. Yüksek irtifalarda uçan modern yolcu uçaklarında, uçak kabini basınçlandırılır. Bunun sebebi irtifa arttıkça hava basıncının düşmesi, dolayısıyla oksijen miktarının azalmasıdır. Bu yüzden yüksek irtifalarda yolcuların yaşayabileceği bir ortam yaratmak gerekir. Bunun yolu da uçak kabininin basınçlandırılmasıdır. Basınçlandırma sonucunda iç basınç ve dış basınç arasındaki fark ise kabinin zorlanmasına (şişmesine) sebep olur. Basınca göre kabin, şişer ya da büzülür. Bu tür gerilmelere radyal gerilmeler denir.

Uçak Yapısına Gelen Yükler

Gerilmelere sebep olan yükler ikiye ayrılmaktadır.

1. Yer yükleri
2. Hava yükleri

Yer Yükleri

Yer yükleri iniş, kalkış ve taksi gibi yerdeki manevralar sırasında etki eden yüklerdir. Yer yükleri, aerodinamik kuvvetler (taşıma ve sürükleme kuvveti), ağırlık, tepkili ya da pervaneli uçaklarda çekme kuvveti, yer tepkisi, yer sürtünme kuvveti ve atalet kuvvetleridir. Atalet kuvvetleri hızlanma, yavaşlama, viraj, manevra veya sağnaklardan dolayı oluşan ivmelerin sonucu ortaya çıkarlar. Bu kuvvet harekete karşı koyma kuvvetidir.

Hava Yükleri

Hava yükleri ise, havadaki ivmeli, ivmesiz tüm uçuş ve manevralarda ve rüzgarlı hallerde uçak yapısal elemanlarının maruz kaldığı yüklerdir. Hava yükleri, aerodinamik kuvvetler (taşıma ve sürükleme kuvveti), ağırlık, tepkili ya da pervaneli uçaklarda çekme kuvveti ve atalet kuvvetleridir. Manevra, Bir uçağa pilotun iradesiyle yaptırılan ivmeli hareketlerin (iniş, kalkış, viraj vb.) tümüdür.

Uçağın havada rastladığı her türlü rüzgara sağanak adı verilir. Sağanaklar üç çeşittir:

1. Cephesel sağnaklar: Tepe ve dağların oluşturduğu sağnaklardır. Hava sirkülasyonu vardır.
2. Termal sağnaklar: Daha çok deniz kenarlarında olur. Hava ve denizin farklı ısınmalarından dolayı hava sirkülasyonları oluşur.
3. Fırtına sağnaklar: En tehlikelisidir. Fırtına sağnaklar yüksek irtifalardaki bulutların oluşturduğu sağnaklardır. Bu sağnaklar ani taşıma kaybına sebep olurlar.

Yapısal Elemanlara Gelen Yüklerin Büyüklüklerine Göre Sınıflandırılması

Uçak yapısal elemanlarına gelen yükleri büyüklüklerine göre sınıflandıracak olursak bunlar aşağıdaki gibidir:

1. Emniyetli Yük: Emniyetli yük bir uçağın hizmet ömrü boyunca her zaman erişilebilen, ancak asla aşılmayan yüklerdir.
2. Sınır Yük: Akma sınırındaki yükü ifade eder. Bu tür yükler yerde ve havada, ivmeli ivmesiz tüm uçuş hallerinde manevra veya sağnaklarla uçağa gelmesi muhtemel statik yüklerdir.
3. Nihai Yük: Bu yük kopma sınırındaki yüktür. Nihai yük bir uçağın tamamının ya da herhangi bir elemanının kırılmaksızın dayanabileceği maksimum yüktür.

Yapısal Sınıflandırma

Uçak dizaynında kullanılan malzemeler seçilirken, hangi bölgede hangi malzemeye ne kadarlık bir yük gelebileceği dikkate alınmalıdır. Bu bağlamda yapı malzemeleri gruplandırılmalıdır. Bu gruplandırma aşağıdaki gibidir:

1. Birincil Yapı: Bu parçalar iniş takımları, uçuş kontrol yüzeyleri, motor bağlayıcıları ve çalışan kaplama (stressed skin) gibi uçak için birinci derecede önemli olan yapı elemanlarını kapsar. Bu elemanlarda herhangi bir hasar oluştuğu zaman uçuş güvenliği tehlikeye girer. Bu parçalar bakım manuellerinde ve çizimlerde KIRMIZI (bazen beyaz) renklerle gösterilir.
2. İkincil Yapı: Bu parçalar da üzerlerine yüksek yüklerin geldiği parçalardır. Ancak hasarlandıkları zaman uçuş güvenliğini etkilemezler. Örnek olarak koridorlar, radom ve iniş takımı kapakları verilebilir. Bu parçalar bakım manuellerinde ve çizimlerde SARI (bazen çizgi taramalı) renklerle gösterilir.
3. Üçüncül Yapı: Bu parçalar üzerlerine düşük yüklerin geldiği parçalardır. Örnek olarak kaporta (üzerine çok az yük gelen), tekerlek ısı koruyucuları ve küçük parça dirsekleri verilebilir. Bu parçalar bakım manuellerinde ve çizimlerde YEŞİL (bazen nokta taramalı) renklerle gösterilir.

Uçak üzerindeki yük taşıyan kaplamalara çalışan kaplama denir. Radom ve motor kaportası gibi kaplamalar yük taşımadıkları için çalışan kaplama değildirler.

Uçağın burun kısmında bulunan radom, hava radar antenlerini koruyan ve aynı zamanda da gövdeye aerodinamik düzgünlük veren bir yapısal elemanlara random denir.

Tekerlek ısı koruyucuları, özellikle sert inişlerde ve sert frenlemelerde iniş takımı jantlarındaki yüksek sıcaklığın lastiklere ulaşmasını engelleyerek lastiklerin patlamasını önler. Jantın iç kısmını saran bu yapı çok yüksek sıcaklıklara dayanabilen bir malzemeden imal edilir.

Numaralandırma Yöntemleri

Uçaklarda yapısal elemanların yerleştirilmesinde kolaylık sağlamak amacı ile değişik numaralandırma sistemleri kullanılır. Bunlar aşağıdaki gibidir

• İstasyon Numaraları
• Bölgesel Numaralandırma

İstasyon numaraları yöntemleri aşağıdaki gibidir:

• Zero Datum Line (Fuselage Station 0.00): Başlangıç noktası olarak bilinen bir referans veya sıfır noktası, üretici tarafından belirlenir. Sıfır noktasının uçaktaki yeri tamamen üretici firmanın kararıdır. Bu nokta uçağın burun ucunda, buruna belli bir uzaklıktaki hayali bir noktada ya da uçak gövdesi üzerinde herhangi bir yerde de olabilir.
• Water (Ground) Line: Uçak gövdesinin alt tarafına belirli bir mesafede yerleştirilen yatay düzleme, dik uzaklıkların ölçülmesidir.
• Buttock Line: Uçağın düşey merkez çizgisine paralel olan bu düzlem sıfır noktası olarak belirlenir. Bu düzlemden kanat ve kuyruk uçlarına doğru mesafeler gösterilir. Verilen mesafeler simetriktir.

Bölgesel numaralandırma yönteminde uçak yapısının, bölgelere ayrılacak şekilde numaralandırılması söz konusudur. Uçaktaki her bir bölge bir rakamla gösterilir. Bu rakamlar uçakta herhangi bir bölgedeki bir parçanın kolaylıkla bulunmasını sağlar. Uçak üzerindeki bölgelerin gösteriminde kullanılan rakamlar şu şekildedir:

• 100 – Gövde altı
• 200 – Gövde üstü
• 300 – Stabilizeler (Kuyruk kısmı)
• 400 – Motor bölmesi (Nacelle)
• 500 – Sol kanat
• 600 – Sağ kanat
• 700 – İniş takımları
• 800 – Kapılar

Tasarım Yaklaşımları

1950’lerden itibaren hava taşıtlarının daha hızlı olması ve uçaklarda taşınan paralı ağırlığın yapısal ağırlığa göre artmaya başlaması ile, yapısal bazı problemler ortaya çıkmıştır. Bu problemlerin arasında en önemli olan yorulma, çok sayıda hasara yol açmıştır (Bir parçaya etkiyen çevrimsel yükler (artan-azalan), elastik sınırın altında olsalar bile zamanla parçada hasara yol açabilirler. Bu olaya yorulma adı verilir). Uçak yapılarında yorulma sonucu meydana gelen çatlakların kontrol altına alınabilmesi için tasarım yaklaşımları geliştirilmiştir.

Bu tasarım yaklaşımları aşağıdaki gibidir:

• Emniyetli-Ömür (Safe-Life) Tasarımı: Bu yaklaşımda tasarlanan parça için bir ömür belirlenir ve belirlenen bu ömrün sonunda parçada herhangi bir çatlak olmasa bile parça değiştirilir. Bu yaklaşıma göre, parçalar servise sokulurken, çatlak ve benzeri hatalar içermeyecek ve çalışma ömürleri boyunca bu tür hatalar oluşmayacaktır. Bu tasarım yaklaşımın bir sonucu olarak da parçaların servis içinde denetlenmeleri gerekmeyecektir. Belirlenen  emniyetli-ömrün sonunda, hava aracında kullanılan parçalar değiştirilmektedir.
• Emniyetli-Hasar (Fail-Safe) Tasarımı: Bu yaklaşımda ise parçadaki çatlak tahribatsız muayene yöntemleriyle tespit edilse bile parça serviste kalır ve çatlak tehlikeli bir konuma gelmeden parça tamir edilir. Bu tasarımda çatlak içeren parçaya, uçuşta riskin olmaması ve çatlak ilerlemesinin yavaş olması şartıyla izin verilebilir. Emniyetli-hasar yapıları (gövde, kanat gibi) birden fazla yük yollarına sahiptir. Eğer herhangi bir parça üzerine düşen görevi yapamaz ya da yükü karşılayamaz duruma gelirse, geri kalanlar çalışma yükünü taşımaya devam edeceklerdir.
• Hasar Toleransı Tasarımı: Emniyetli-ömür ve emniyetli-hasar tasarım prensipleri geliştirilerek, günümüzde kullanılan hasar toleransı tasarımı şekline dönüştürülmüştür. Hasar toleransı tasarımı, malzemede olması mümkün bazı hatalara rağmen yapısal bütünlüğün sağlanmasının mümkün olduğunun bilinmesi ile geliştirilmiştir.

Uçaklarda Kullanılan Malzemeler

Uçaklarda kullanılan malzemelerin, hafif, mukavemetli, kolay şekillendirilebilir, korozyon direnci yüksek, yorulma dayanımı yüksek, yüksek sıcaklığa maruz parçaların da sürünme dayanımlarının yüksek olması beklenir. Uçağın ana bölümlerinde kullanılan malzemeler genel olarak alüminyum alaşımları, titanyum alaşımları, paslanmaz çelikler, süperalaşımlar ve kompozit malzemelerdir.