Uçak
Sabit kanatlı, özitmeli (kendi motoruyla hareket eden) hava taşıtlarına uçak denir. Basit içten yanmalı motorlu, tek kişilik uçaklardan, dev jumbo jetlere kadar değişen çok çeşitli tip ve büyüklükte uçak vardır. Ama bunların hemen hepsi kabaca aynı genel plana dayalı olarak yapılır. Bu maddede, uçakların tasarım, yapım ve uçuş teknikleri anlatılmıştır. Bu taşıtların başlangıcından bugüne kadar olan gelişmesini HAVACILIK TARİHİ ve HAVA KUVVETLERİ sayfalarında bulabilirsiniz.
Bir Uçağın Başlıca Bölümleri
Çok hafif bazı uçaklar neredeyse bir uçurtmaya benzer; bazılarında üst üste yerleştirilmiş iki kanat bulunur; bazı avcı uçaklarının, geriye doğru genişleyen üçgen biçimli “delta” kanatları vardır; bazı uçaklar ise yerde yol almaya gerek kalmadan dikey olarak havalanabilir. Ama hepsinde başlıca beş öğe bulunur; bunlar, gövde, kanat, kuyruk takımı, iniş takımları ve motordur.
Gövde. Bütün öbür öğelerin doğrudan ya da dolaylı olarak bağlandığı gövde, uçağın çekirdeğini oluşturur. Uçuş mürettebatı, yolcular, yük, bazı uçak tiplerinde de motor, yakıt tankı ve iniş takımları gövdenin içinde taşınır. Taşıma kuvvetini oluşturan kanat ve kuyruk takımı gövdeye bağlı bulunduğundan gövde çok dayanıklı olmalıdır.
Kanat. Kanat, uçuş sırasında uçağı havada tutan taşıma kuvvetinin oluşmasını sağlayan yüzeydir. Genellikle kanadın üst yüzeyi şişkin, alt yüzeyi ise hemen hemen düzdür. Böylece kanadın üst yüzeyinden akan hava, alt yüzeyinden akan havaya göre daha hızlı hareket eder ve daha fazla yol alır. Bir yüzey üzerindeki hava ne kadar hızlı hareket ederse, o yüzey üzerindeki hava basıncı da o kadar az olur. Bu nedenle, kanadın üst yüzeyindeki basınç alt yüzeyindekinden daha az olur ve alt yüzeydeki fazla basınç kanatları yukarı doğru iter. Her kanadın arka kenarında kanatçık ile flap denen ve pilot tarafından denetlenen hareketli küçük yüzeyler vardır. Kanatçıklar uçağı yana yatırmaya ve döndürmeye, Haplar da gerektiğinde (örneğin kalkış sırasında) uçağa ek taşıma kuvveti sağlamaya, iniş sırasında ise hızı düşürmeye yarar. Bazı uçaklarda kanadın ön kenarında da, temel işlevi ek taşıma kuvveti sağlamak olan ve slat denen, flap benzeri yüzeyler bulunur.
Kuyruk Takımı. Uçağın kuyruk takımı düşey stabilize (dengeleyici) denen bir dik yüzey ile yatay stabilize denen bir yatık yüzeyden oluşur. Bu yüzeyler uçağın dengeli biçimde uçmasını sağlar. Düşey stabilizenin arka bölümünde bulunan hareketli yön dümeni uçağın sağa sola dönmesini sağlar. Yatay stabilizenin arkasındaki yükseklik dümeni de uçağı aşağı yukarı doğru yönlendirmekte kullanılır.
İniş Takımları. Uçak havalanmadan önce ve inişten sonra yerde, iniş takımları denen donanımın üzerinde yol alır. En çok kullanılan iniş takımları tekerlekler ve bunları gövdeye bağlayan çubuklar olan dikmelerden oluşur. Uçak inerken yere ilk değdiği anda dikmelerde büyük bir gerilim oluşur, bu nedenle iniş takımları çok dayanıklı ve darbeleri soğurucu (emici) bir yapıda olmalıdır. Hızlı uçaklarda, hava sürüklemesini (havanın uçağa gösterdiği direnç) azaltabilmek için kalkış sonrasında katlanıp içeri alman tekerlekli iniş takımları kullanılır. Deniz uçaklarında genellikle tekerlek yerine iki uzun şamandıra bulunur. Bazı deniz uçakları doğrudan gövdelerinin üzerine iner; bunların gövdeleri özel olarak biçimlendirilmiş ve sağlamlaştırılmıştır.
Motorlar. Uçaklarda üç tür motor kullanılır. Birincisi, görece küçük ve kısa menzilli uçaklarda kullanılan pistonlu motor-pervane sistemidir. Bunlarda motor pervaneyi döndürür. Tek motorlu uçaklarda motor genellikle gövdenin burun bölümüne, iki ya da daha çok motorlularda ise çoğunlukla kanatlara yerleştirilir. İkinci motor türü gaz türbinli motorlardır. Bunlar pervaneleri döndürebildikleri gibi, jet motoru da olabilirler. Jet motoru uçağın hemen her yerine takılabilir. Türbinli motor aynı güçteki bir pistonlu motordan daha hafiftir, ayrıca çok yüksekten ve çok hızlı uçuşlar için daha elverişlidir. Üçüncü tür motorlar ise roketlerdir. Hava olmadan da çalışabilen roketler uçaklardan çok, uzay araçlarında kullanılır.
Bazı bölümleri bu anlatılanlara tam olarak uymayan modern uçaklar da vardır. Örneğin, “delta” kanatlı bir uçakta alışılmış türden yatay stabilizeli bir kuyruk olmayabilir. Bu tür kanatların arka kenarı çok geriye, neredeyse uçağın kuyruğuna kadar ulaştığından, buraya takılan tek bir kanatçık normal uçaklardaki kanatçıkların ve yükseklik dümeninin işlevini görür.
Uçağın havalanabilmesi için gerekli taşıma kuvvetini sağlamakta kullanılan tek araç kanat değildir. Gerekli taşıma kuvvetinin tümü ya da bir bölümü, jet motorlarının itme kuvvetinin yere doğru yöneltilmesiyle de sağlanabilir. Böylece uçak düşey ya da düşeye çok yakın bir konumda inip kalkabilir. Bunu gerçekleştirmek için ya motorlar döndürülerek egzoz gazı aşağı doğru püskürtülür ya da motorların konumu değiştirilmeden hareketli gaz kanallarıyla gaz çıkış yönü aşağı doğru çevrilir.
Planörler de temel olarak gövde, kanat, kuyruk ve iniş takımı öğelerinden oluşur; uçaklardan tek farkları motorlarının olmayışıdır.
Standart Tip Uçakların Çalışma İlkesi
Standart tip uçakların sabit bir çift yarım kanadı ve iki ya da dört motoru vardır. Küçük ya da büyük bütün uçakların ortak yanı havalanmadan önce yerde yüksek bir hıza ulaşmak zorunda olmalarıdır. Büyük jet uçakları o kadar ağırdır ki, yerden havalanabilmeleri için uzunluğu 3.000 metreye varan sağlam yüzeyli bir piste gereksinimleri vardır. Concorde saatte 385 kilometrelik bir hıza ulaşmadan kalkamaz. Benzer biçimde, standart tip uçaklar önce havada durup sonra inişe geçemezler. Piste yüksek bir hızla yaklaşırlar ve yere konduktan sonra durabilmek için bazen kilometrelerce yol alırlar.
Kalkış hızına ulaşmak için uçağın motoru bütün gücüyle çalıştırılır. Pervaneli uçaklarda, pistonlu motor ya da türbinle döndürülen pervaneler çok büyük bir hava kütlesini geriye doğru hızla hareket ettirir. Böylece gürültüsüz ve etkili bir kalkış sağlanır, ama pervaneli uçakların ulaşabileceği hızın üst sınırı saatte 640 kilometredir. Modern hızlı uçakların büyük bölümünde türbofan motorları kullanılır; bu motorlar da büyük bir hava kütlesini hareketlendirerek geriye doğru püskürtür. Türbofan motorlarının çıkardığı gürültü hâlâ kabul edilebilir düzeydedir ve bunlarda herhangi bir üst hız sınırı yoktur. Bazı uçaklarda hâlâ türbo jet motorları kullanılmaktadır. Türbo jetler küçük bir hava kütlesini hareketlendirir, daha çok yakıt yakar ve daha gürültülüdürler. En yüksek hızlı uçaklarda, bir art yakıcıyla donatılmış türbojet motorları vardır; bunlarda çok yüksek miktarda yakıt yakılır ve kulakları sağır edecek bir gürültü oluşur.
Uçak pistin sonuna doğru hızlandıkça kanadın üstünden akan hava kütlesi yukarıya doğru bir itme kuvveti, yani taşıma kuvveti sağlar. Bu taşıma kuvveti, şöyle de açıklanabilir: Uçurtmaya benzer eğik bir yüzey olan kanat, içinde hareket ettiği hava kütlesini aşağı doğru yönlendirir, buna karşılık hava kütlesi de kanadı yukarı doğru iter. Alt yüzeyde oluşan basınç ile üst yüzeyde oluşan basınç arasındaki farktan dolayı ortaya çıkan kuvvet de kanadın yukarı doğru itilmesine yardımcı olur ve uçağın havada tutunmasını sağlar.
Çoğu uçaklar, pilot yön değişikliği yapmadığı sürece, yöneltildikleri doğrultuda uçuş kararlılığını (denge konumunu koruma) kendiliğinden sağlayacak biçimde tasarımlanır. Yani uçağın kuyruğunda, uçuş kararlılığını sağlamaya yarayan düzenekler bulunur. Uçakta bu düzenekler sabit düşey yüzeyler ve buna dik, sabit yatay yüzeyler biçimindedir. Yatay sabit yüzeye yatay stabilize, düşey sabit yüzeye ise düşey stabilize denir.
Uçağa kumanda etmeye yarayan yüzeylerden bir bölümü hareketli kuyruk parçalarıdır. Bu parçalar kuyruğun sabit yüzeylerine takılmıştır. Uçağın sağa ya da sola yönlendirilmesini sağlayan yön dümeni, düşey stabilizenin arka kenarına; uçağın yukarıya ya da aşağıya doğru yönlendirilmesini sağlayan yükseklik dümeni ise yatay stabilizeye takılmıştır. Uçağın sağa ya da sola yatırılması ise kanatların arka kenarının uca yakın bölümüne yerleştirilmiş hareketli yüzeylerce sağlanır. Bu yüzeylere kanatçık denir. Bütün bu yüzeyler pilot kabinindeki kumanda kol ya da levyeleri ve pedallar aracılığıyla, pilot tarafından denetlenebilir.
Uçağın Denetimi
Basit eğitim uçakları ile askeri avcı ve saldırı uçaklarında pilot kabininin orta yerinde uçağa kumanda etmeye yarayan bir manevra kolu vardır. Pilot, manevra kolu bacaklarının arasında kalacak biçimde oturarak her iki eliyle bu kolu tutar. Manevra kolunun geriye çekilmesi yükseklik dümenini yukarı kaldırır; bu da yatay kuyruk yüzeyleri üzerinde akan havanın yukarı doğru yönlenmesine neden olur. Bu yönlenme sonucunda yatay kuyruk yüzeylerindeki taşıma kuvveti azalır ve kuyruğu aşağı doğru iten bir kuvvet oluşur. Kuyruğu aşağı doğru bastıran basınç, uçağın burnunun yükselmesine, dolayısıyla da uçağın tırmanmasına neden olur. Eğer pilot manevra kolunu sertçe geri çekmeye devam ederse burnun yükselişi de sürer ve eğer uçağın yeteri kadar hızı ve gücü varsa, takla atar. Pilot uçağı yalnızca tırmandırmak istiyorsa, kolu istenen tırmanma açısına ulaşıncaya kadar düzgün ve hafif bir biçimde geriye çeker ve daha sonra tekrar merkezi konumuna getirir. Böylece burun ve kuyruk yatay duruma geri döner ve uçak çıktığı yeni yükseklikte düz uçuşa başlar.
Manevra kolunun sola hareketi sol kanatçığı yukarı, sağ kanatçığı aşağı doğru hareket ettirir. Bu, sol kanadın uç bölümü üzerinde aşağı doğru bir kuvvet, sağ kanatta da yukarı doğru bir kuvvet doğurur. Bu kuvvetler uçağı sola yatırır. Manevra kolunun sağa hareketi bunun tersi etki yaratır.
Çoğu sivil uçakta öne arkaya ya da sağa sola hareket eden bir kol yerine, otomobil direksiyonuna benzer biçimde pilot koltuğunun önüne yerleştirilmiş, bisiklet gidonuna benzeyen, yarım simit biçiminde bir kumanda levyesi bulunur. Pilot bu levyeyi iki eliyle tutarak, uçağı yana yatırmak istediğinde sola ya da sağa döndürür, uçağı tırmandırmak istediğinde kendine doğru çeker, dalış için ise öne doğru iter. Pilotun ayakları yön dümenine kumanda eden pedalların üstündedir. Pedallardan birine basarak dümeni sola ya da sağa hareket ettirmek ve böylece uçağın burnunu istenen yöne çevirmek olanaklıdır.
Kalkış ve Uçuş
Uçuştan önce pilotun, uçağın her parçasının düzgün çalışıp çalışmadığım, yeterince ve doğru yakıt konup konmadığını ve uçağın uygun biçimde yüklenip yüklenmediğini denetlemesi gereklidir. Uçak çok ağır olmamalı, ağırlık merkezi ya da denge noktası uçağın ön ya da arka ucuna çok yakın olmamalıdır; yoksa pilot uçağa kumanda edemez. Kısa menzilli uçuşlar yapan eğitim uçaklarının ya da özel uçakların dışında, pilot uçağın hangi rotada ve hangi hızla uçacağının herkesçe bilinmesini sağlayan uçuş planını hava trafik denetimcilerine bildirir. Pilot uçağın her parçasını kendi başına denetimden geçiremeyeceğinden bazı denetimler yer mühendislerince yapılır. Yer mühendisleri gerekli denetimleri yaptıktan sonra imzaladıkları formlarla pilotu uçağın durumundan haberdar ederler; bu formlar en son pilot tarafından imzalanır.
Pilot koltuğuna oturduktan sonra, motorları çalıştırmadan önce pek çok göstergeyi ve düğmeyi gözden geçirmek zorundadır. Küçük özel bir uçakta bu işlem yalnızca birkaç dakika alırken modern avcı uçaklarında bu denetimin göz ve elle yapılması oldukça uzun sürebilir. Avcı uçaklarının çok kısa sürede havalanması gerektiğinden bu uçaklarda, pilotun uçuş öncesi yapacağı denetimler uçak içindeki bilgisayarlarca birkaç saniyede yapılır. Dev uçaklarda en az iki pilot bulunur; bu uçaklarda pilotlar motorları çalıştırmadan önce en az 100 noktayı, motorları çalıştırdıktan sonra da en az 150 noktayı denetimden geçirmek zorundadırlar. Bütün bu noktalar pilot kabininde bulunan bilgisayar denetimli ekranların yardımıyla gözden geçirilir.
Hafif uçaklarda hâlâ kullanılmakta olan pistonlu motorların kalkıştan önce ısıtılması gerekir. Öbür uçakları hemen harekete geçirmek olanaklıdır. Kabin mürettebatının bütün kapı ve kapakları iyice kapatıp kilitlediklerinden emin olduktan sonra, pilot havaliman denetim kulesinden piste giden yollara çıkış izni ister; kuleden kendisine, pist başına ulaşması için hangi yolu izleyeceğine ve ne yapması gerektiğine ilişkin bilgiler verilir. İşlek bir havalimanında her uçağa belirli bir “kalkış aralığı” ayrılmıştır. Uçağın pist başına ulaşana kadar belki 15 km belki de daha uzun yol alması gerekebilir. Bu sırada uçuş mürettebatı havalanmadan önce her şeyin düzenli çalıştığından emin olmak için her zamanki denetimlerini tamamlar.
Havalanmadan önce yapılması gerekenlerden biri de kanadı kalkış için uygun konuma getirmektir. Uçak kanadını ekmek keser gibi dilimleyebilseydik, kanadın havanın akış yönündeki kesitini görebilirdik; “kanat profili” denen bu kesitin kendine özgü bir biçimi vardır. Her uçağın kanat profili farklıdır. Sesüstü (süpersonik) bir avcı uçağının ya da Concorde yolcu uçaklarının kanat profili çok incedir, yani bunlarda kanadın “hücum kenarı” denen ön kenarı ile “firar kenarı” denen arka kenarı arasındaki uzunluk, kanat kalınlığının 25-30 katı kadardır. Kanatların hücum kenarı ile firar kenarı arasındaki uzaklığa “veter uzunluğu” denir. En basit ve en düşük hızlı uçaklarda kanat profilinin tabanı düz, üst yüzeyi ise kavisli (bombeli) olabilir. Kanadın en kalın olduğu nokta, hücum kenarından veter uzunluğunun yalnızca dörtte biri kadar geridedir. Veter uzunluğu, bu noktadaki kanat kalınlığının yaklaşık beş katı olabilir. Modern uçakların çoğunda kanat profili daha simetriktir ve en kalın bölümü biraz daha geridedir.
Modern uçakların çoğundaki yarım kanatlar, gövdenin yan taraflarından hemen hemen yatay biçimde uzanır. Pilot levyeler aracılığıyla flap ve slatları hareket ettirerek kanat profilini değiştirebilir. Bu levyeler, çeşitli amaçlar için kanadın dış biçimini değiştirmeye yarayan, kanada takılı hareketli parçalara kumanda eder. Kalkıştan önce pilot flapları açarak kanadı en yüksek taşıma kuvveti oluşacak biçime getirir. Modern dev yolcu uçaklarında flaplar kanadın sabit bölümünün arkasındaki bir dizi rayın üzerine yerleştirilmiştir. Kalkıştan önce kanat alanını büyütmek için flaplar kanadın sabit parçasının üstünden dışa doğru kaydırılır, ama aşağı doğru sarkıtılmaz. Jet yolcu uçaklarında pilotlar kanadın hücum kenarını da ayarlayabilirler. Genellikle kanadın hücum kenarında da, flapla aynı işleri gören çok ince kavisli slatlar bulunur. Bunlar da rayların üzerine oturtulmuştur. Slatlar normal olarak hücum kenarıyla aynı hizada durur, ama kalkıştan önce öne ve aşağı doğru kaydırılır. Bu durumda slatlar ile kanadın ana gövdesi arasında bir yarık oluşur. Hava bu yarıktan ve kanadın üstünden düzgün bir biçimde akarak uçağın hız kaybetmesini önler. Uçak hızla yol alırken havanın direnciyle karşılaşır; kanat, bu hava sürüklemesini (direncini) en az düzeyde tutacak biçimde tasarımlanmıştır. Kanadın biçimi yukarıda anlatılan yöntemlerle değiştirilerek kalkış sırasında, uçuş sırasında ulaşılan yüksek hızlarda sağlanabilenden iki kat daha fazla taşıma kuvveti elde edilebilir.
Uçak piste ulaşınca, pistin merkez çizgisiyle aynı doğrultuya gelir. Büyük bir uçak pilotunun bundan sonra yapacağı tek şey, bir bilgisayarın düğmesine basarak motorları önceden programlanan kalkış gücüne ulaştırmaktır. Daha basit uçaklarda ise pilot her motor için ayrı bir kolu öne doğru iterek yakıt gaz kelebeğini açar ve daha sonra dakikadaki devir sayısını gösteren bir göstergeden ya da türbinli motorlarda gaz sıcaklığı göstergesinden motorun gerekli güce ulaşıp ulaşmadığını gözler. Eğer yandan esen rüzgârlar varsa, pilot burun tekerleğine kumanda ederek uçağın düz bir doğrultuda yol almasını sağlar. Uçak saatte yaklaşık 100 km hıza ulaşınca, bu kez kanattaki yön dümeni işlevsel hale gelir ve pilot dümene kumanda eden pedalları kullanarak uçağı yönlendirir. Uçak yeterli hıza ulaşınca da manevra kolunu düzgünce kendisine çeker, böylece uçağın burnu yukarı doğru yönlenir ve uçak havalanır. Normal büyüklükteki yolcu uçakları için kalkış hızı saatte 300 km dolayındadır.
Uçağı uçuş halinde tutan bütün aerodinamik kuvvetler, havanın hızına (uçağa sürtünüp geçen havanın hızına) bağlıdır; örneğin hava akış hızının saatte 100 km olduğu andaki aerodinamik kuvvetler saatte 50 km olduğu andakinin dört katıdır. Buna göre kanatların sağladığı taşıma kuvvetinin kuramsal olarak çok çabuk artması gerekirdi. Ama taşıma yalnızca havanın hızına bağlı değil, aynı zamanda “hücum açısına”, yani kanatların havayla karşılaştıkları açıya da bağlıdır. Kalkış sırasında hücum açısı sıfıra yakındır; bu hızlanma için hava sürüklemesini en azda tutan konumdur. Ama uçağın burnu kalkış için yukarı kaldırıldığında açının değeri birdenbire büyür; bu durumda en ağır uçaklar bile havalanır ve hızla tırmanmaya başlar. Havanın hızı arttıkça manevra kolunun hareket ettirilmesi de kolaylaşır. Örneğin kalkış sırasında uçağa manevra yaptırabilmek için bu kolu kuvvetle epeyce hareket ettirmek gerekirken, saatte 900 kilometrelik normal uçuş hızlarında kanatçıkları ve yükseklik dümenini hareket ettirebilmek için manevra koluna hafifçe dokunulması yeterlidir. Uçuşta bütün kumanda hareketleri genellikle düzgün biçimde ve yavaşça yapılmalıdır.
Uçuş sırasında uçak, uçuşun düz bir hat üzerinde ve aynı yükseklikte sürdürülmesini sağlayan bir aygıt olan otomatik pilot tarafından ya da doğrudan pilot tarafından elle yönetilebilir. Pilot, el kumandasında uçarken uçağı sağa ya da sola döndürmek istediğinde, önce kanatçıklar yardımıyla uçağı dönmek istediği tarafa yatırır, daha sonra da yön dümeni aracılığıyla dönüşü gerçekleştirir. Yatma açısı ne kadar büyükse, o kadar keskin bir dönüş yapılabilir. Avcı uçakları hemen hemen 90° yatarak çok keskin dönüşler yapabilir. Yolcu uçaklarında ise, yolcuların rahatını sağlamak amacıyla, yumuşak dönüşler yeğlenir. Bu uçakların döndüğünü yolcuların çoğu hissetmez. Dönüş sırasında, yatma açısı büyürken pilot uçağı yatay uçuş düzlemi içinde döndürmek amacıyla dümen pedalını hafifçe iter, bunu yaparken de aynı anda manevra kolunu geriye doğru çekerek burnun aşağı doğru yönelmesini önler.
Uçuş sırasında, flaplar hareket ettirilerek kanadın hücum açısı artırıldığında kanattaki taşıma kuvveti de artar. Bu nedenle taşıma kuvvetinin artırılması gerektiğinde (örneğin yükselmek için) pilot kanadın hücum açısını büyütür. Ama hücum açısı belirli bir değeri (kanat profiline bağlı olarak 15° ile 25° arasında bir değeri) aştığında taşıma kuvveti azalmaya başlar, bu açı daha da artırıldığında taşıma kuvveti birdenbire sıfıra düşer. “Tutunma kaybı” olarak adlandırılan bu olay uçağın bir taş gibi düşmeye başlamasına neden olur. Pilot düşmeyi önlemek amacıyla yön dümenini kullanırsa uçak “viril"e girer (bir silindirin yanal yüzeyini izliyormuş gibi döne döne alçalmaya başlar). Virilden çıkmak için pilot kumanda levyesini geriye doğru çekmek yerine, bütün gücüyle virilin dışına doğru yönelmeyi sağlayacak olan dümen pedalını iter. Böylece uçak dönmeyi durdurur ve baş aşağı dalışa geçer. Bundan sonra da pilot kumanda levyesini hızla geriye çekerek dalışı durdurabilir.
Gösterge Panosu
Uçuş süresince pilot uçuş yüksekliği, uçağın hızı ve izlediği rota gibi uçuş bilgilerini, motor devir sayısı, iç kabin basıncı, kalan yakıt miktarı, yağ basıncı gibi uçakla ilgili bilgilerle tırmanma, yatma ve dönme açılarını pilot kabinindeki aygıtlar aracılığıyla izler. Büyük bir yolcu uçağında ya da bir askeri avcı uçağında ilk bakışta, pilot kabininin çok karmaşık göstergeler, anahtarlar, düğmeler ve kollarla dolu olduğu görülür. Ama pilot bütün bu aygıtların hepsine aynı anda bakmak zorunda değildir.
Hafif bir uçakta yalnızca, havanın uçağı hangi hızda geçip gittiğini pilota bildiren bir hava hız göstergesi, uçağın uçuş yüksekliğini, yani deniz yüzeyinden ne kadar yüksekte uçtuğunu gösteren bir altimetre (yükseklik ölçer), dönüş yön ve derecesini ölçen dönüş ve yatış göstergesi gibi temel uçuş aygıtları bulunur
Birçok uçakta bulunan bir başka önemli aygıt da “yapay ufuk göstergesi” dir. Bu aygıt, üzerinde küçük bir uçak modeli ve bir ufuk çizgisi bulunan bir kadrandan oluşur. Kadrandaki uçak modelinin kanadının iki ucunu birleştiren doğru ile ufuk çizgisi üst üste çakışıyorsa, pilot düz uçtuğunu, yani gerçek ufka (gök ile yerin ya da denizin birleşir gibi göründüğü çizgi) göre kanadın düz olduğunu ve burnun gerçek ufka doğru yönlendiğini anlar. Uçağın tırmanışa geçmesi durumunda kadrandaki uçak modeli ufuk hattının üstüne çıkar, dalış durumunda model uçak ufuk çizgisinin altına kayar. Uçak yana yatarsa kadranın üstündeki model uçak da yana yatar.
Birçok uçakta cayropusula (bir cayroskop aracılığıyla kuzeyi göstermesi sağlanan magnetik pusula) ve radyopusula (yerde bulunan bir vericiden gelen sinyalleri alarak bu sinyallere göre uçağın konumunu belirleyen ve bir alıcı ile bir antenden oluşan otomatik yön bulucu) gibi seyir aygıtları da bulunur. Uçaktaki radyo donanımı, çoğu havalimanında bulunan ve inişte uçaklara kılavuzluk eden aletli iniş sistemi aygıtlarınca gönderilen sinyalleri alır, pilotla yerdeki hava trafik denetimcileri arasında iletişimi ve iniş talimatlarının pilota ulaştırılmasını sağlar. Radar da seyir sırasında yaygın olarak kullanılan bir aygıttır.
İniş
İşlek bir havalimanına inişe geçmeden önce, pilot iniş sırası kendisine gelene kadar havalimanının çevresinde uçar. Kontrol kulesinden iniş talimatı aldıktan sonra uçağı elektronik olarak tanımlanmış süzülüş hattına ya da havalimanı yaklaşma rotasına sokar. Bu rota, pistin göğe doğru gözle görünmeyen bir uzantısı olarak düşünülebilir. Hava trafik denetimi görevlileri iniş öncesinde pilota hava koşullarım ve hangi piste inebileceğini bildirir. Uçağın yere daha düşük bir hızla değmesini ve pistte de daha kısa mesafede durmasını sağlamak amacıyla iniş genellikle rüzgâra karşı yapılır. Pilot, pistin ucundan birkaç kilometre uzaklıkta süzülüş hattına girer girmez flapları, slatları tamamen açar ve bazı durumlarda veterle 50° açı yapacak biçimde aşağıya doğru yatırır. Böylece hem taşıma kuvveti önemli ölçüde artırılarak iniş takımlarının yere daha yumuşak çarpması, hem de hava sürüklemesinin büyük oranda artırılarak uçağın hızının inişe uygun olacak biçimde azaltılması sağlanır. Pilot daha sonra iniş takımlarını açar ve uçağın piste doğru yavaşça süzülmesini sağlar. Tekerlekler yere değmeden hemen önce pilot manevra kolunu geriye doğru çekerek uçağın burnunu kaldırır ve uçağın piste paralel konuma gelmesini sağlar. Bazı uçaklarda uçağı yavaşlatmak, kanattaki taşıma kuvvetini sıfıra indirmek ve böylece de bütün ağırlığın tekerleklere binmesini sağlamak için “hava freni” denen özel aygıtlar bulunur. Bunlar ayak frenlerinden daha etkili biçimde yararlanılmasını sağlar. İniş hızı yüksek olan bazı jet uçaklarında, daha kısa mesafede durmayı sağlamak amacıyla, tekerlekler yere değer değmez motorlar ters yönde döndürülmeye başlanır. Bazı savaş uçaklarında ise tekerleklerin yere değmesinin hemen ardından bir paraşüt açılarak uçağın hızla yavaşlaması sağlanır. Piste indikten birkaç saniye sonra uçak artık bir kara taşıtına dönüşür ve burun tekerleğinden yönlendirilebilir duruma gelir. Pilot yol çizgilerini izleyerek park yerine doğru ilerlerken flap ve slatları ilk konumlarına getirir ve uçağı teslim aldığı gibi bırakmak için bir dizi denetim yapar.
Uçağın indirilmesi uçuşun en zor evresidir. Yağmurlu, karlı, çok bulutlu ve sisli havalardaki inişlerde bu zorluk daha da artar. Bu tür hava koşullarında son dakikaya kadar pisti göremeyeceğinden, pilot aygıtlara ve hava trafik denetimcilerinin vereceği iniş talimatlarına göre hareket eder.
Uçak Sanayisi
Havacılığın ilk dönemlerinde bu işin öncüleri, uçakları küçük atölyelerde ya da evlerinin arka bahçesindeki bir sundurmada yaparlardı. İlk uçak yapım şirketlerinde uçak yapımında kullanılan başlıca maddeler tahta ve keten beziydi. I. Dünya Savaşı sırasında, uçakların birçok parçası mobilya fabrikalarında yapıldı. Ama 1930’larda uçak yapımında alüminyum alaşımları kullanılmaya başlandı. II. Dünya Savaşı sırasında otomobil fabrikaları uçak üretimine yöneldiler. Uçak yapımında günümüzde de alüminyum alaşımları çok kullanılır. Ama, paslanmaz çelik ve titan daha yüksek bir dayanıklılık ve ısı direnci sağlar. Günümüzde uçak yapımında, kompozit madde denen ve cam, grafit ya da bor liflerinden türetilen maddelerin kullanımı hızla yaygınlaşmaktadır.
Bir uçağın yapım süreci, tasarımının ilk yapıldığı andan, seri üretimine başlanana kadar geçen uzun bir ön evreyi kapsar. Aşılması gereken birçok aşama vardır ve hiçbir şey rastlantıya bırakılmamalıdır. 1930’larda bir uçağın üretimine geçilmesi için gerekli ortalama süre iki üç yıldı. Modern uçaklar çok daha gelişkin ve karmaşık olduğundan, günümüzde çoğu kez bu süre bundan daha da uzun olabilmektedir. Uçak yapım şirketlerinin hemen hepsi çok büyük kuruluşlardır ve genellikle hem askeri, hem de sivil uçak üretirler
Yeni bir uçak yapımı için üreticinin yapacağı ilk iş bu yeni uçağı satın almayı düşünebilecek kişilerle, konuyu ayrıntılı olarak tartışmaktır. Yapılacak uçağın nitelikleri üzerinde görüş birliğine varıldıktan sonra tasarımcılar uçağın ilk planını çizerler. Bunu izleyen aşama, bu tasarıma göre bir dizi ölçekli modelin yapılmasıdır. Model uçaklar yardımıyla rüzgâr tünelinde yapılan deneyler sonucunda gerçek boyutlardaki uçağın havadaki davranışına ilişkin bilgiler elde edilir. Bu deneyler uçağın bütününün modeliyle yapıldığı gibi, uçağı oluşturan kanat, gövde ve kuyruk gibi parçaların modelleriyle de ayrı ayrı yapılır. Eğer uçak sesüstü hızlarda uçacaksa, benzer deneyler sesüstü hızlı rüzgâr tünelinde gerçekleştirilir.
Büyük bir uçak yapım şirketinin çizim bölümünde yüzlerce kişi çalışır. Tek bir uçağın tasarımı için binlerce ayrı çizim gerekir. Günümüzde bu çizimlerin tümü bilgisayarlarca yapılmaktadır. Eğer bütün deneyler olumlu sonuç verirse, uçağın ilk örneğinin (prototip) yapımına geçilir. İlk örnek, deneme pilotlarının yapacağı uçuşlarla uçağın uçuş sırasındaki durumunun belirlenmesine ve bu bilgilerin ışığında da gerekli düzeltme ve değişikliklerin yapılmasına olanak sağlayan, gerçek boyutlarda bir deneme uçağıdır.
İlk örnek yapımının birinci adımı, uçağın gerçek boyutlarda bir modelinin yapılarak, kullanım sırasında uçağa yerleştirilecek olan bütün aygıtlar, düzenekler ve donanım için yeterli yerin bulunduğunun doğrulanmasıdır. Daha sonra iniş takımlarını açıp kapayan, flapları hareket ettiren ve benzer sistemler denenir. Bunun ardından metal yapıyı oluşturan parçaların her biri, gerçek boyutlarında, bir dizi deneyden geçirilerek tasarımlarının ve yapıldıkları maddelerin uçuş sırasında karşılaşacakları çeşitli yüklere uygun olup olmadığı incelenir.
Bu deneyler parçaların dayanıklı çelik iskeletlere yerleştirilmesi, eğilme ve burulma yükleri altında tutulması ve bu deneylerdeki davranışlarının ölçülmesi yoluyla gerçekleştirilir. Bazı durumlarda bu deneyler tüm yapıya uygulanarak uçağın “yorulma ömrü” , yani artık kullanılamayacak hale geleceği süre saptanır. Modern yolcu uçaklarının 30-40 yıllık yoğun bir uçuş süresi için yeterli dayanıklılıkta olması gerekir.
Öte yandan motorlar ve donanımın bütün öbür parçaları da aynı duyarlılıkla tasarımlanıp deneyden geçirildikten sonra uçaktaki yerlerine yerleştirilir.
Deneme Uçuşları
İlk örneğin ilk uçuşu gerçekleştirmesinin ardından deneme pilotları ve mühendisler için uzun bir deneme uçuşları dönemi başlar. Deneme uçağına yerleştirilen kayıt aygıtları aracılığıyla uçağa etkiyen gerilmeler, uçağın yakıt tüketimi, elektronik aygıtları, hızı ve benzeri konularda bilgiler elde edilir.
Deneme dönemi en az bir yıl sürer ve bu dönemde dünyanın en sıcak ve soğuk yerlerinde uçuşlar gerçekleştirilir. Deneme uçuşları sonunda edinilen büyük bilgi birikimi özgün tasarımda hangi parçaların biraz daha geliştirilmesi gerektiğini ortaya koyar.
Deneme uçuşları, yalnızca uçağın niteliklerini saptamakla kalmayıp uçağın uçuş güvenliğinin olup olmadığı konusunda hükümetin ilgili kuruluşlarına bilgi veren uzmanlarca da denetlenir. Uçak yeterince güvenliyse, uçağın yapıldığı ülkenin hükümeti uçağa bir “uçabilirlik” belgesi verir. Bu belgenin düzenli aralıklarla yenilenmesi gerekir.
Seri Üretim
Seri üretime geçilmeden önce, üretimde kullanılacak parçaların hızla yapılmasını sağlayacak özel takımlar ve kalıplar hazırlanır. Özellikle kalıplar büyük önem taşır, çünkü buradan çıkacak parçanın istenen kesin boyutlarda ve biçimde olması gerekir. Örneğin, üzerinde çok sayıda delik bulunması gereken bir parça, delme işlemi sırasında uygun konumda bulunacağı özel kalıba yerleştirilir ve çok uçlu bir matkapla bütün delikler aynı anda açılır. Parçaların montajında, bilgisayarlarla programlanmış sanayi robotları kullanılır.
Uçak “montaj hattı”nda üretilir. Böylece uçakların birbiri ardına üretimi ve üretimde çalışanların da sürekli olarak uzmanı oldukları işi yapmaları sağlanır. Bir uçaktaki işini bitiren bir teknisyen hiç zaman kaybetmeden bir sonraki uçağın üzerinde çalışmaya başlar.
Son dönemlerde yapılan uçakların çoğu, deneme uçuşları için bir ilk örnek yapılmadan doğrudan seri üretime girer. Deneme uçuşları montaj hattından çıkan ilk üç ya da dört uçakla gerçekleştirilir. Yapılan tasarımın doğruluğu bilgisayar kullanılarak önceden denetlendiği için deneme uçuşlarından sonra tasarımda çok az değişiklik yapmak yeterli
Günümüzde Hava Taşımacılığı
Yeryüzünde uzaklıklar değişmemiştir, ama günümüzde dünya eskisine göre daha küçülmüş gibidir. 16. yüzyılda dünyayı denizden ilk kez dolaşan Macellan bu seferini 1.081 günde tamamlayabilmişti. Günümüzde herhangi bir seyahat şirketinden bir dünya turu bileti alıp rahat bir jet uçağıyla dünyanın çevresini üç günden az bir sürede dolaşabiliriz.
Yolcu uçakları uzun, orta ve kısa menzilli olarak üç gruba ayrılabilir. Bir yolcu uçağının menzili, yakıt almak için yere inmeden uçabileceği uzaklıktır. Uzun menzilli uçakların çoğu türbojet motorlarıyla donatılmıştır.
İlk Jet Uçakları
Bugün British Airways’e bağlı olan British Overseas Ainvays Corporation (BOAC), türbojet ve türboprop motorlu uçaklarla dünya ölçeğinde sefer düzenleyen ilk havayolu şirketi oldu. Dünyanın ilk jet yolcu uçağı, 1952’de İngiltere’de BOAC ’nin sefere koyduğu de Havilland Comet idi. Ama yapısal yetersizliğinin neden olduğu iki ciddi kaza üzerine Comet seferden kaldırıldı. Daha sonra geliştirilen Comet 4, 1958’de Atlas Okyanusu üzerindeki ilk havayolu hattında hizmete girdi. Com et’ler 1970’lere kadar uçuşlarını sürdürdü.
ABD’de geliştirilen ilk jet yolcu uçağı, ilk uçuşunu 1954’te yapan Boeing 707'dir. Boeing 707’ler günümüzde de bazı havayollarınca kullanılmaktadır. Daha önceleri oldukça başarılı bir dizi pistonlu motorlu uçak üretmiş olan, ABD’nin Douglas şirketi de Boeing 707’lere benzeyen DC-8’leri geliştirdi.
Boeing 707’nin ve DC-8’in motorları kanatlarının altındaki beşiklere yerleştirilmişti. 1955’te hizmete giren Fransız yapımı Caravelle, motorların kuyruğun iki yanına yerleştirilmesinin öncülüğünü yaptı. Bu yerleştirme biçimiyle yolcu kabinine gelen m otor gürültüsünü azaltma olanağı doğdu.
Jumbo Jetler
Jet yolcu uçaklarının geliştirilmesi havayoluyla seyahate olan ilgiyi artırdı. Yolcu sayısındaki artışı karşılamak için daha çok yolcu alan uçaklar yapılmaya başlandı. 1960’larda tasarımcılar, 500 yolcu alabilen, sesaltı hızlı uçaklar geliştirdiler.
Geniş gövdeleri nedeniyle “jumbo jet” olarak bilinen uçakların ilki Boeing 747’lerdir. Genel görünüşü Boeing 707’lere benzeyen, ama onlardan çok daha büyük olan Boeing 747’lerin kanat açıklığı 60 metre, gövde uzunluğu 70 metre ve ağırlığı da 380 tonun üzerindedir (Boeing 707’nin iki katından fazla). Çok güçlü dört türbofan motorunun her biri 250 kilonewton itme sağlamakta ve uçak saatte yaklaşık 970 km hıza ulaşabilmektedir. Koltukların düzenleniş biçimine göre 350-500 arasında yolcu taşıyabilen, bazılarında merdivenle çıkılan ayrı bir yolcu kabini bulunan Boeing 747’ler yalnızca yük taşıyacak biçimde de düzenlenebilmektedir.
Geniş gövdeli büyük yolcu uçakları uzun ya da orta menzilli seferlerde kullanılabilir. Bu tip uçaklardan olan ABD yapımı McDonnell Douglas DC-10 ve Lockheed TriStar’lar, Boeing 707’lerden daha ağır, 400 yolcu taşıyabilen, üç motorlu uçaklardır. Airbus A300B ve A310’lar da bazı Avrupa şirketlerinin ortak yapımı olan çift motorlu geniş gövdeli uçaklardır.
Orta ve Kısa Menzilli Uçaklar
Günümüzde, özellikle Avrupa ve ABD havayolu şirketlerinin çoğu etkinliklerini orta ve kısa menzilli hatlar üzerinde yoğunlaştırmıştır. Dünyanın ilk kısa menzilli, türboprop motorlu yolcu uçağı Vickers Viscount 1953’te İngiltere’de hizmete girdi. 1960’larda türboprop motorlar daha az kullanılır oldu ve kısa hatlarda bile jet uçakları uçmaya başladı. Bunlardan bazılarında motorlar, Caravelle’de olduğu gibi kuyruklara, bazılarında da kanatların altına yerleştirilmiştir. Boeing 727 ve 737’ler ile McDonnell Douglas DC-9’ların her birinden yaklaşık 2.000 adet satılmış olması bu uçakların ne kadar çok kullanıldığının bir göstergesidir.
Daha sessiz olan ve az yakıt harcayan türboprop motorların kısa menzilli hatlar için jet motorlarından çok daha kullanışlı olduğu günümüzde ortaya çıkmış ve bütün dünyada, koltuk sayısı 19-75 arasında değişen türboprop motorlu yeni yolcu uçakları yapılmayabaşlanmıştır. Son zamanlarda yapılan tek küçük jet yolcu uçağı, İngiliz yapımı Aerospace 146’dır. Sessizlik, az yakıt tüketme ve kısa pistlere inip kalkabilme özelliklerini taşıyan bu uçak 70-120 arasında yolcu alabilmektedir.
Sesüstü Yolcu Uçakları
Sesüstü hızla uçabilen ilk yolcu uçağı olan SSCB yapımı Tupolev TU-144 ilk uçuşunu Aralık 1968’de gerçekleştirdi. Bir yıl sonra da İngiliz ve Fransız uçak tasarımcılarının ortak çalışmalarıyla geliştirilen Concorde havalandı. TU-144’e göre çok daha verimli bir uçak olan Concorde’lar çeşitli nedenlerden ötürü ancak 1976’da yolcu taşımaya başlayabildi. İnce uzun delta kanatlar ve her biri 196 kilonewton itme sağlayan dört Olympus türbojet motoruyla donatılmış olan Concorde yaklaşık 120 yolcu taşıyabilmekte ve 18.000 metre yükseklikte, saatte 2.100 km hızla uçabilmektedir. İngiliz ve Fransız havayolu şirketlerince 1976’da sefere konan Concorde günümüzde de kullanılmaktadır. Çok pahalı bir uçak olduğu için yalnızca 16 adet Concorde yapılmıştır. Concorde’ların çok gürültülü olmasının çevreye zarar verdiği ileri sürülmüş ve aralarında ABD'nin de olduğu bazı ülkeler, kara üzerinde sesüstü hızdaki uçuşları yasaklamıştır. Bu nedenle Concorde uçakları daha çok Büyük Okyanus üzerindeki hatlarda kullanılmakta ve ancak deniz üzerinde uçarken en yüksek hızlarına çıkmaktadır; varış noktasına yaklaşırken ise daha 14.000 metre yüksekteyken hızını sesaltı düzeye düşürmektedir. Concorde batıya doğru uçarken Güneş’i geride bırakarak, yerel saate göre, kalkış saatinden daha erken bir saatte varış noktasına ulaşır. Örneğin, yerel saatle sabah saat l l ’de Londra’dan havalanan bir Concorde, New York’a aynı sabah yerel saatle dokuz dolayında varır.
Uçak Mürettebatı
Bir yolcu uçağının mürettebat sayısı büyük ölçüde uçağın büyüklüğüne ve çalıştığı hatta bağlıdır. 1970’lere kadar çoğu yolcu uçağında, kaptan pilot, yardımcı pilot, uçuş mühendisi ve aynı zamanda bir pilot da olan seyir görevlisinden oluşan dört kişilik bir uçuş ekibi bulunurdu. Günümüzde uçuş mühendisi ve seyir görevlisinin işlerini uçaktaki bilgisayarlar yaptığı için modern uçaklarda pilot kabininde genellikle iki pilotun dışında bir uçuş elemanı bulunmaz. Çok kısa hatlarda uçan küçük uçaklarda yalnızca bir pilot olabilir.
Nasıl bir gemiye kaptan komuta ederse, bir yolcu uçağını da kaptan pilot yönetir. Kalkış öncesinde kaptan pilot önce havalimanındaki meteoroloji merkezinden rüzgârın hızı ve yönü, bulutluluk gibi hava durumu bilgilerini alır ve buna göre uçuş planını kesinleştirir. Uçuş planı, kalkış saati, uçuş yüksekliği ve hızı, tahmini varış saati gibi bilgileri içerir. Kaptan pilot uçuş planını imzalayarak bir örneğini havalimanı yetkililerine verir.
Büyük uçaklarda kaptan pilot, uçuş güvertesi de denen pilot kabinindeki iki koltuktan soldakinde, yardımcı pilot da sağdakinde oturur. Her ikisinin de önünde uçuş ve kumanda aygıtları vardır. Böylece, iki pilot da uçağa kumanda edebilir. Kalkış sırasında komutayı kaptan pilot üstlenir; yardımcı pilot, kaptan pilotun emirleri doğrultusunda ona yardım eder. Normal uçuş yüksekliğine çıkıldıktan sonra uçuşun büyük bölümü, uçuş yüksekliğini ve doğrultusunu düzenleyen otomatik pilotun denetiminde sürer, ama iki pilottan biri gene de yerinde oturarak uçuşun hava trafiğini bozmamasını sağlar. Uçak ineceği havalimanına yaklaşırken ve iniş için alçalırken genellikle kaptan pilot komutayı yeniden üstlenir. Günümüzde bütün yolcu uçakları, bilgisayarlardan yararlanarak kötü hava koşullarında bile otomatik iniş yapabilir.
Uçağın hareketi rüzgârın hızı ve doğrultusuyla yakından ilişkilidir. Baş taraftan alınan rüzgâr uçağın hızını azaltırken, arkadan esen rüzgâr hızı artırıcı rol oynar. Yandan gelen rüzgâr uçağı yana doğru iterek rotasının dışına sürüklemeye çalışır. Uçakta bulunan ve çoğu bilgisayarla denetlenen elektronik aygıtlar gerekli düzeltmeleri yaparak uçağı bulunması gereken noktada tutar. Böylece pilotlar varış noktasına ulaşmak için yalnızca ara sıra düğmelere basarlar.
“Kara kutu” diye bilinen uçuş kayıt aygıtı uçuşla ilgili bütün ayrıntıları (örneğin, göstergelerdeki değerleri, pilotun verdiği komutları) ve hatta uçuş güvertesindeki konuşmaları otomatik olarak kaydeder. Eğer uçakta bir aksaklık olur ve zorunlu iniş yapılırsa ya da uçak düşerse, uzmanların aksaklık ya da düşüş nedenlerini bulmasında bu kayıtların büyük yardımı olur.
Bulutların çok üstünde ya da okyanus üzerinde uçuyor olsa bile pilot yerle sürekli bağlantı halindedir. Uçak genellikle genişliği yaklaşık 15 km olan ve doğrultusu radyo sinyalleriyle belirlenen bir hava koridorunda uçarken, yer radyo istasyonları ile pilot arasında sürekli mesaj alışverişi olur. Uçağın bu koridoru izlemesini ve varış noktasına güvenli olarak ulaşmasını sağlamak mürettebatın görevidir. Radarlar, bilgisayarlar ve öbür seyir aygıtları özellikle kalkış ve iniş sırasında pilotlara yardımcı olur.
Büyük yolcu uçaklarında uçuş ekibi dışında ayrıca kabin görevlileri vardır (bunların sayısı bir Boeing 747’de 15’i bulur). Bunlar yemek dağıtımıyla ve yolcuların rahatını sağlamakla görevlidir.
