Aerodinamik Nedir – Nerelerde Kullanılır

Aerodinamik Nedir – Nerelerde Kullanılır

Aerodinamik; fizik biliminin, hava ya da gazların devinimini inceleyen bir dalıdır. Eski Yunanca “hava” ve “güç”sözcüklerinden oluşur. Aerodinamik, kimi zaman bir nesneye karşı devinen hava ile ilgilenir. Bu, geminin yelkenini şişiren hava olduğu gibi, kimi zaman da havada devinen bir nesne de olabilir; örneğin gökyüzünde uçan bir uçak gibi. Her iki durumda da uygulanan aynı aerodinamik yasalardır.

HAVAYA İŞ YAPTIRMAK
İnsanlar aerodinamik biliminden önceleri bile havadaki gücün bilincinde idiler. Rüzgâr, yaprakları savuruyor, dalları eğiyor; çok şiddetli ise, ağaçları köklerinden söküyor, evleri yıkıyordu. İnsan onu arkasına aldığında daha hızlı koşabiliyor, mızrağı daha uzağa fırlatabiliyordu.
Zamanla insanlar, rüzgârı işlerinde nasıl kullanacaklarını öğrendiler, örneğin yelkenli gemiler ve yeldeğirmenleri yaptılar. Günümüzde bile rüzgârdan yararlanma ve denetlemede o eski yöntemleri uygulamaktayız. Aerodinamiğin kavranması, havanın gücünün çok çeşitli yöntemlerle kullanılmasına yol açmıştır. Örneğin, havadan ağır cisim ve araçların uçurulabilmesi aerodinamiğin kavranması sonucu gerçekleşebilmiştir. Uçak,helikopter ve hoverkraftların hepsi, havaya iş yaptırabilirle ilkelerinin öğrenilmesiyle uygulama alanına konmuştur.

İNSANIN UÇMAK TUTKUSU
İlk uçan araçlar çok eski bir düşü gerçek yapıyordu. Çünkü insanlar kuşların havada uçabilme yeteneklerine daima imrenmişlerdir. Eski çağlardan beri, kuşlar gibi uçabilen insanlar hakkında öykü ve efsaneler yaygındı. Bunlardan belki de en bilineni İcarus ile Daedalus’un öyküsüdür. Daeda- lus kuş tüyleri ve balmumu kullanarak iki çift kanat yapmıştır. Oğlu İcarus ile bunları kollarına takıp hapsedildikleri yerden uçarak kaçabilmiş- lerdir. Ancak İcarus güneşe çok yakın uçtuğundan kanatlarındaki balmumu erimiş, tüyler dökülmüş ve kendisi de denize düşüp boğulmuştur.
Daedalus ve İcarus’un uçuşu yalnızca bir masaldı. Ama kuş gibi uçmak düşüncesi yüzyıllardır insanlara olası görünmüştür. İnsan vücudunun kuş gibi uçmaya hiç de uygun olmadığı anlaşılana kadar uzun zaman geçmesi gerekmiştir.
İnsanların havadan ağır ve yapay güçle devindirilen araçlarla uçabilmesi için, daha bir takım buluşları beklemesi gerekmiştir. Bunlardan biri, XVIII. yüzyılda, sıvıların borular içindeki hareketlerini inceleyen İsviçreli bir matematikçinin buluşu idi.

BERNOULLI İLKESİ
Bu İsviçreli, bireyleri arasında ünlü bilim adamları ve matematikçilerin bulunduğu bir aileden gelen Daniel Bernoulli idi. Bernoulli 1730’larda, 1. şekilde görüldüğü gibi bir borunun içine değişik boyutlarda engeller yerleştirip borunun içinden akan suyun hız ve basınç değişimlerini dikkatle gözleyerek deneyler yapıyordu.
Bernoulli’nin ilk bulduğu, suyun bir engeli aşıp giderken ya da borunun daraldığı yerlerde hızlı akmasıydı. İkincisi ise suyun daha hızlı aktığı yerlerde boruya yaptığı basıncın azalmasıydı. Engelin daha uzağında suyun akışı tekrar yavaşlıyor ve basınç ilk düzeyine dönüyordu.
Bundan, akan suyun sabit miktarda bir enerjiye sahip olması sonucu çıkarılır. Bu enerji, suyun hem hızına hem de basıncına bağımlıdır. Eğer enerjinin fazlası hızla giderse, azı basınca kalır; çok azı giderse o zaman da fazlası basınca kalır. Başka bir deyişle; hızın yüksek olduğu yerde basınç düşüktür. Bu düşünce Bernoulli ilkesi diye bilinir.
Bernoulli’nin bulgusu ile diğer bilim adamları da ilgilenmişler, değişik şekillerdeki boruların içinde olanlarla ilgili deneyler yapmaya başlamışlardır. Bunlarla ilk uğraşanlardan biri de Giovanni Venturi adlı bir İtalyan bilginiydi. Daha sonra, bu gibi deneyler için düzenlenen boruya, onun adına, Venturi borusu adı verilmiştir.


VENTURİ BORUSU

2. şekilde gösterilen çizim Venturi borusudur. Borunun biçiminin Bernoulli’nin özgün deneyindeki akan suyun aldığı şekle benzediğine dikkat ediniz. Venturi borusu ile yapılan deneyler önemli bir bilimsel gerçeği açığa çıkarmıştır: Borudan geçen hava da tıpkı su gibi bir davranış gösterir. Hava, borunun dar ağzından geçerken daha hızlı devinir. Daha hızlı devinince de basıncı azalır. Yani, daha hızlı hava akımı, daha düşük basınç yaratır. Durağan hava yeryüzünde normal olarak sm. kareye 1.028 kglık bir kuvvetle bastırır. Oysa bir Venturi borusunun dar boğazından geçerken, basıncı bundan daha azdır.
Diyelim ki, boğaz kısmında ufak bir delik bulunan bir Venturi borusundan hava geçiyor. Eğer
bu deliğin üzerine küçük kâğıt parçaları bırakılırsa, bunlar delikten içeri emilirler. Bu emiliş borunun içindeki ve dışındaki hava basınçlarının farkından doğar. 3. şekilde dışarıdaki havanın boruya emilişi görülüyor. Hava boğazdan ne kadar hızlı akarsa, emiliş de o kadar büyük olur.
Venturi borusu, çok çeşitli işlerde uygulamaya konulmuştur. Boya ve parfüm püskürtücüleri, otomobil karbüratörleri bunun bazı örnekleridir. Her üçünde de belirli bir sıvı, farklı basınçlardaki hava nedeniyle devindirilir. 4. şekilde de görüldüğü gibi, ufak damlacıklara bölünen sıvı, hava akımıyla ileri doğru püskürtülür.
Venturi borusundan çıkarılan ilke, uçmakta olan bir uçağa da uygulanır.

UÇAĞI HAVADA TUTAN NEDİR?
3. şekilde Venturi borusunun üst yarısını elinizle kapatın. Borunun açıkta kalan kısmının, bir uçağın kanadının yandan görünüşüne benzediğini göreceksiniz.
5.şekilde görüldüğü gibi,kanadın üst yüzeyi dış bükey, alt yüzeyi düzdür. Yani kanadın üst yüzeyi, alt yüzeyden daha geniştir. Bir uçak hava içinde devinirken, hava kanadın ön kenarından ikiye ayrılır. Bir kısmı üst yüzeyden,bir kısmı da alt yüzeyden geçer, üst yüzeyden geçen havanın yolu daha uzundur. Bu nedenle, daha uzun yol gideceğinden hızı da daha fazla olacaktır. Hızın daha yüksek olduğu yerde ise basınç düşük olacaktır. Yani, kanadın üst yüzeyindeki basınç alt /üzeyinden daha az olacaktır. Böylece alt yüzey izerinde hava basıncı olduğu için kanat havalanacak ve bağlı olduğu gövdeyi de beraberinde hava- landıracaktır.
Siz de bunu 6. şekilde görüldüğü gibi bir kâğıdı kaleminize sararak, kendi kendinize örnekleyebilirsiniz. Kâğıdın üzerine doğru üflediğinizde, boşta kalan ucu yukarı doğru yükselecektir. Bunun nedeni, kâğıdın üzerindeki havanın üflenerek hızlandırılmasıdır. Sonuç: Kâğıdın üstündeki basınç, altındakinden daha az kalmıştır. Böylece, uçakların kanatlarında olduğu gibi, kâğıt da yükselmiştir.
Kanatların üzerinden geçen havanın neden olduğu güce “kaldırma gücü” denir.
Bir uçakta kaldırma gücü, bütün cisimleri yer- yuvarlağının merkezine çeken yerçekimi gücünü karşılar. Bir uçağın havadaki hızı ne kadar çoksa, kaldırma gücü de’o kadar büyük olur.

UÇAĞA ETKİ YAPAN ÖTEKİ GÜÇLER
Yerçekimi gücünü yenmeye çalışmasının yanı sıra bir uçak, havanın direncine de karşı koymalıdır. Hava, içinde devinen her cisme karşı koyar. Buna, havanın aerodinamik direnci denir. Bir uçak ne kadar hızlı uçarsa, o kadar fazla hava direnci ile karşılaşır.
Uçak bu hava direncine, itme ile karşı koyar. İtmeyi, havanın direncine karşın onu ileriye doğ: ru devindiren motorları yaratır.
Jet ve roket motorlarının bulunmalarından önce havadan ağır gövdeyi itmeyi pervaneler sağlıyordu. Pervane, bir vidanın tahtanın içinde ileri gidişinde olduğu gibi, havada yolunu bulur.
7.şekilde görüldüğü gibi, bir pervane kanadı da tıpkı bir uçak kanadı gibi biçimlendirilmiştir; arka yüzü düz, ön yüzü dışbükeydir. Hava, dönen bıçakların iki yanından akıp geçerken hızı dışbükey yüzde daha fazla olacağından, basınç daha da az olacaktır. Bu da pervanenin önündeki basıncın, ardındakinden daha az olması demektir. Böy-
lece pervane ileriye doğru devinirken, uçağı oera- jerinde çeker götürür.

LİMİT HIZ VE ÇEVRİNTİ
Bir uçakta kaldırma gücünün yerçekimi gücünden daha fazla olması için belirli bir minimum (en düşük) hız vardır. Buna, uçağın limit hızı denir. Bir uçağın yerden kalkması için limit hızını geçmesi zorunludur. Hatta bu hızın altına düşerse, uçak havada da kalamaz..
Eğer bir uçakta kanatların üzerinden düzgün akan hava akışında bozukluk olursa, kaldırma gücü yine düşer. Bu bozukluğa çevrinti denir. Çevrintili hava, kanatların üzerinde küçük anaforlarla döner.

AKIŞ ÇİZGİSİ
Uçak yapımında bütün sorun, havanın direncine karşı, en büyük kaldırma gücü elde edebilmektir. Uçakların gerek gövde gerekse kanat biçimleri de bu ilkeye göre yapılır. Havanın gövde ve kanatlar üzerinden kolaylıkla akması ve böylelikle direncinin azalması sağlanır. Yeni bir model yapıldığında, bu model rüzgâr tünelinde deneyden geçirilir. Tünel içine duman verilerek hava akımının model gövde üzerinde nasıl bir şekil aldığı saptanır (8.şekil). Hava akımının aldığı şekle “akış çizgisP’denir . Böylece uçağın gerekli aerodinamik özelliklere sahip olup olmadığı anlaşılır.
Eğer akış çizgisi düzgün bir tabaka biçiminde ise, hava, en az dirence neden olur. Eğer akış düzensiz olursa, havanın akışında çevrinti oluşur.
Çevresinde en kusursuz akış çizgisi oluşturan şekil ne top gibi yuvarlak, ne de ok ucu gibi sivridir. Bu şekil, bir su damlası şeklidir. Buna karşın, şeklin üstünden ve altından geçen havada basınç farkı olmama gibi bir sakıncası vardır. Kısaca, kaldırma gücü yok demektir. Bu nedenle, uçak kanatları yarım su damlası şeklinde biçimlendirilirler. ( 9. şekilde görüldüğü gibi). Bu şekil en fazla kaldırmayı sağladığı gibi, en az hava direncine de neden olur.


SES DUVARI

Günümüzün uçak tasarımcıları, ses duvarından geçerken bir uçağa olanları da hesaba katmak zorundadır. Ses hızı deniz yüzeyinde, saniyede yaklaşık olarak 340 metredir. Daha yükseklerde havayı oluşturan tanecikler giderek seyreldiğinden, sesin hızı da daha düşüktür. Uçağın hızı ses hızına ulaştığında, ses duvarı ile karşılaşır.
Düşük hızlarda uçtuğu sürece, havayı oluşturan küçük tanecikler uçağın önünden kaçabilir. Oysa uçağın hızı ses hızına yaklaşınca bu taneciklerin kaçacak zamanları olmayacak ve tıpkı bir kar temizleyicisinin önündeki karlar gibi kanadın önüne, kenarı boyunca yığılacaktır. Kanatların önüne yığılan bu havanın etkisine de ses duvarı denir.
Ses duvarı tehlikelidir; çünkü kaldırma gücünü olumsuz yönde etkiler, hatta kanadın kırılmasına bile neden olur. Ayrıca uçak, özellikle ses duvarından geçerken, çevrinti tarafından parçalanmayacak şekilde tasarımlanmalıdır. Pilotlar, bu teh likeleri bildiklerinden ses duvarının içinden mümkün olduğunca çabuk geçmek isterler.
Ses duvarlarından geçen bir uçak, yığıntı havayı iterek ikiye ayırır. Yığıntı hava böyle bölünürken, sıkışmış hava dalgası oluşur. lO.şekilde görüldüğü gibi, buna da şok dalgası denir. Şok dalgası bir geminin burnunda oluşan dalga gibi yayılır ve tıpkı kıyıya çarpar gibi insanların kulaklarına çarpar. Duyulan gürültüye, ses patlaması adı verilir.
Şok dalgaları, çok büyük bir güçle devinen havadan oluşurlar. Ses duvarını aşan bir uçağın ne den olduğu patlamadan evler sallanır ve camlar kırılabilir.

BALONLAR
Zeplinler ve balonlar gibi havadan hafif araçlar, havanın kaldırma gücüne gereksinmezler. Çünkü bunlar, havadan daha hafif bir gazla doldurulmuşlardır. Bununla birlikte, bu araçların tasarımlarında hava direnci yine de hesaba katılmalıdır. İleri doğru yapacakları hareketler için bu araçlara itme düzenekleri sağlanmalıdır.

PLANÖRLER
Planörler motorları olmadığından itme düzenekleri yoktur. Uçuşa başlayabilmeleri için ya önden çekilmeli ya da yerçekiminden kurtulmak için havaya fırlatılmalıdırlar. Planör pilotları kaldırma gücü ile hava direnci arasındaki ilişkiyi denetleyerek, saatlerce havada kalabilirler. Çoğu kez, planörlerin uçuş ilkeleri bakımından kuşlara
benzediği düşünülür ama, aslında kuşlara daha çok benzeyen uçaklardır. Çünkü kuşlar da uçaklar gibi itme gücünü kendileri yaratır. Planörlerle kuş arasındaki benzerlik, olsa olsa havada süzülerek uçma biçimlerindedir.

HELİKOPTERLER
Helikopterler de temel aerodinamik güçleri kullanırlar. Ancak bunların uçaklar gibi kanatları yoktur. Onun yerine rotor adı verilen, pervane gibi dönen üstten kanatları vardır. Bunlar dönerek helikopteri dikine olarak havaya kaldırırlar. Aynı zamanda kaldırma gücü de oluşturularak kanat işlevini görürler. Helikopter aşağı-yukar olduğu gibi ileri – geri de devindirilebilir.


VTOL UÇAĞI

Vtol uçağı (dikine havalanıp dikine inen uçak), uçak ve helikopterin birleşimidir. Bunlar havada pervaneli uçak ya da jetler gibi uçabilir, helikopter gibi dikine havalanıp dikine inebilirler. Motorun itmesi önce dikine kalkış için, sonra da ileri devinim için kullanılır.

HOVERKRAFT
Hoverkraft, yükseklerde uçmak için değil, suyun ya da toprağın hemen üzerinde havada asılı durur gibi hareket eden araçtır. Aracın altına yerleştirilen pervanesi dönmeye başlayınca havayı aşağıya, yere doğru iter. Bu da hoverkraftın yerden biraz yükselmesini sağlar. Hoverkraft, yerle kendi arasında oluşturduğu bir hava yastığı üzerinde kayar.

1 Yorum to “Aerodinamik Nedir – Nerelerde Kullanılır”

  1. emre

    Eyl 24. 2017

    yazı gayet güzel fakat resimlerin olmaması olumsuz

    Reply to this comment

Yorum yazın