Uçmak, temelde havadan ağır bir cismin, havada belli bir irtifada tutunabilmesi ve hava içinde hareket edebilmesidir. Hava içindeki yer değiştirme hareketine uçuş denir. Hava içindeki bir cisim, kapladığı hacim kadar havanın ağırlığına eşit bir kuvvet ile yukarıya itilir. Bu kuvvet cismin ağırlığından küçükse, cisim hareket etmez. Kuvvet ağırlığa eşitse cisim, bulunduğu durumda kalır. Kuvvet ağırlıktan büyükse cisim yükselir. Bu yükselmeyi sağlayan kuvvete kaldırma kuvveti denir. Peki, kaldırma kuvveti nasıl sağlanır?
Birçok hava aracı, kendisi için gerekli olan kaldırma kuvvetini farklı şekillerde sağlamaktadır. Örneğin balon, içine doldurulan havanın ısıtılması ya da havadan hafif bir gazla doldurulması ile gerekli kaldırma kuvvetini elde eder. Zeplinlerin de uçma prensibi balonlar ile neredeyse aynıdır. İçerisine havadan daha hafif bir gaz olan hidrojenin doldurulmasıyla kaldırma kuvveti elde edilir. Kullanılan hidrojen gazının yanıcı bir gaz olmasından dolayı zeplin yıllar önce terkedilmiştir. Modern havacılığın başlamasında büyük etkisi olan Hindenburg Felaketi, zeplinlerin aslında ne kadar tehlikeli olduklarını insanoğlunun gözlerine önüne sermiştir.
Kısaca Hinderbug Felaketi, yapılmış olan en büyük zeplin olan LZ 129 Hindenburg’un, 6 Mayıs 1937 tarihinde, New Jersey’deki Lakehurst donanma hava üssünde iniş yapacağı sırada içerisinde bulunan hidrojen tanklarının etkisiyle bir anda alev alması ve zeplinin içinde bulunan yolculardan (36 yolcu ve 61 mürettebat) 36’si hayatını kaybetmesiyle sonuçlanmış bir faciadır.
Asıl konuya döndüğümüzde, hava içinde hareket eden ana cisimleri sabit kanatlılar (uçaklar, planörler vs.) ve döner kanatlılar (helikopterler) olarak sınıflandıracağız. Sabit kanatlı hava araçları kaldırma kuvvetini, sanılanın aksine motorlar ile değil, kanatları, daha bilimsel bir ifade ile kanatlarının profil yapıları ile sağlarlar. Motorun uçak üzerindeki görevi, uçağı hızlandırmak için gerekli itme (thrust) gücünü sağlamaktır. Motorun yarattığı ivmelenme ile uçak hızlanmaya başlar. Hızlanan uçak, kanatlarının özel aerodinamik yapısı (profil) ile kanat altında oluşan kaldırma kuvveti sayesinde havalanmaya başlar. Kanatların kaldırma kuvveti oluşumunun temeli Bernoulli Prensibi’ne dayanır.
Peki, Bernoulli Prensibi nedir?
Hava akışkan bir maddedir. Bernoulli’ye göre akışkanlar, bir cismi aşarken cismin her bölümünün başından sonuna aynı sürede ulaşırlar. Burada akışkan sabitken cisim hareket halinde olabilir. Ve yine Bernoulli Prensibi’ne göre, akışkanların hızı arttıkça, basınç düşer. Bernoulli’ye göre göre yarım damla şeklinde olan uçak kanadı hızla havanın içerisinden geçerken, kanadın üstünden uzun yolu kat eden hava molekülleri ile altından, yani kısa yoldan gelen hava molekülleri, kanadın arkasına aynı anda ulaşır. Aynı anda ulaştıklarına göre uzun yoldan gelenler, hızlı gelmiştir. Hızlı geldiklerinden
dolayı yukarıda basınç düşmüştür. Uçağın kanadının altındaki yüksek basınç, uçağı yukarı itmekte, yani uçağın yerden havalanmak için ihtiyacı olan kaldırma kuvvetini yaratmaktadır. Uçağın havalanmasını temel ve basit olarak bu şekilde açıklayabiliriz.
Uçak üzerine 4 ana kuvvet etki eder. Bu kuvvetler;
- İtki (Thrust)
Uçağı hava içerisinde ileri doğru hareket ettiren kuvvettir. Uçağın itme kuvveti sürtünme kuvvetinden fazla ise hızlanacaktır. Eğer itme ve sürtünme kuvvetleri eşit ise uçak sabit hızda uçuşa devam eder.
- Sürtünme (Drag)
Hareket esnasında meydana gelen karşı kuvvettir. Sürtünme katsayısı süratin karesi oranında artar.
- Kaldırma (Lift)
- Yer çekimi kuvvetleridir. (Gravity)
Uçağı aşağı doğru çeken yerçekimi kuvvetidir. Uçak tüm ağırlığı tek bir noktadaymış gibi hareket etmektedir.. Bu noktaya “Center of Gravity” Ağırlık Merkezi veya kısaca CG adı verilir.
Döner Kanatlılar
Bir diğer ana hava aracı helikopterde günümüz her alanda oldukça yaygın olarak kullanılan ve gün geçtikçe teknolojisi daha da gelişen bir araçtır. Temel olarak helikopter ve uçakların uçma prensipleri aslında aynıdır. Uçaklarda kaldırma kuvveti elde edebilmesi için uçak hava içinde hareket ettirilir. Kanat, uçak gövdesine bağlı sabit bir yapıdır. Fakat helikopterlerde kanatlar sabit değil, hareketlidir. Helikopterlerde taşıma kuvveti elde edebilmek için döner kanatlar yani pervane kullanılır. Pervane iki ya da daha fazla palden meydana gelebilir. Pervane palinin profili uçak kanadının profili ile aynıdır. Helikopterin motoru, palleri döndürülmesi için gereken gücü sağlar. Paller hava içinde hareket ettikçe üst yüzeylerinde alçak basınç, alt yüzeylerindeyse, yüksek basınç oluşur. Bu basınç farkı taşıma kuvvetini meydana getirir. Pallerin devir sayısının ve hücum açısının artması ile bu taşıma kuvvetinin büyüklüğü de artar. Tersi durumda azalır. Taşıma kuvveti helikopterin ağırlığına eşit olduğunda helikopter havada sabit kalır. Büyük olduğunda yükselir. Daha az olduğun durumda alçalır.