Dünyanın en büyük gövdeli yolcu uçaklarından bir tanesi olan Airbus A380, 500 tondan fazla bir kalkış ağırlığına sahip olsa bile uzaktan baktığımızda zahmetsizce havalandığını ve bir kuş gibi havada süzüldüğünü görürüz. Tonlarca ağırlığa sahip bu uçaklar sanki doğa kurallarına meydan okuyor gibi görünseler bile aslında her gördüğümüzde merak ettiğimiz uçak motorları nasıl çalışır sorusunun yanıtı tam da meydan okur gibi göründükleri doğa kurallarında saklı.
İnsanlık uçak motorlarını icat edeli yüz yıldan fazla bir zaman geçti. Elbette ilk motorlar böyle değildi ancak yine de insana doğal olarak verilmemiş bir özellik olan uçma becerisine sahip olmamızı sağladılar. Bugüne geldiğimizde ise artık uçmak bizim için çocuk oyuncağı haline geldi, sonuçta uzaya bile gidebiliyoruz. Eğer bir mühendis değilseniz anlatacaklarımız biraz kafa karıştırıcı olabilir ama teknik detaylara fazla boğulmadan gelin uçak motorları nasıl çalışır yakından bakalım.
En basit haliyle, uçak motorları nasıl çalışır?
Her uçakta ağırlığına ve istenilen performansa göre değişen sayıda ve özellikte motor bulunur. Uçak motorları öncelikle büyük bir fan yardımıyla içlerine bol bol hava çekerler ve çektikleri bu havayı sıkıştırırlar. Sıkıştırılan bu hava yakıtla karışır ve yakıt yanar. Yanmanın etkisiyle oluşan enerji dışarı aktarılır ve böylece tonlarca ağırlıkta bir uçak hareket etmeye başlar. İşte en basit haliyle uçak motorları bu şekilde çalışır.
Adım adım gidelim, uçak motoru önce içine hava alır:
Uçakların uçmasının nedeni havaya meydan okumaları değil, hava ile birlikte çalışmalarıdır. Uçak motorlarının ön kısmında kocaman bir fan vardır ve bu fan, hava toplar. Motorun bir sonraki aşamasında bu büyük fan giderek daralır ve alınan hava sıkışmaya başlar. Sıkışan hava, daha sonra enerjiye dönüştürülecektir.
Sıkıştırılan hava yakıt ile ısıtılır:
Gazlı içecek kutusunu açarken bile ne kadar güçlü bir basınç olduğunu fark edersiniz. İşte uçak motorunun fanından alınan hava öyle bir sıkışır ki hayal bile edemeyeceğimiz bir basınca sahip olur. Motorun sıkışmadan sonraki aşamasında yakıt devreye girer çünkü sıkıştırılan gazın ısıtılması gerekir. Bu gaz ile karışan hava ısındığı anda beklenen olur.
Sonunda bütün enerji dışarı bırakılır:
Uçak motoru havayı aldı, sıkıştırdı, yakıtla karıştırdı ve yaktı. Isınmak kelimesini hafife almayın, bahsettiğimiz sıcaklık zaman zaman bin derecenin üzerine çıkabiliyor. İşte böyle bir sıcaklıkla ortaya çıkan gazlar motorun son bölümünden öyle güçlü bir şekilde dışarı bırakılır ki tonlarca ağırlıktaki uçak hareket etmeye başlar.
Uçak motorunun parçalarını tanıyalım:
- Fan
- Kompresör
- Yakıcı
- Türbin
- Nozul
Fan:
Fan, uçak motorunun ilk parçasıdır ve hava girişini sağlar. Dışarıdan baktığımızda da görebildiğimiz bu parça, devasa bıçaklardan oluşan bir pervaneye benzer. Fan ile birlikte alınan havanın bir kısmı ile itme kuvveti sağlanır. Havanın diğer kısmı ise uçak motorunun bir sonraki parçasına iletilir.
Kompresör:
Uçak motorunun çalışması için gerekli hava oranına bağlı olarak devasa boyutlara ulaşabilen fan, kompresör kısmına geldikçe daralmaya başlar. Çünkü kompresör parçasının görevi, fan ile alınan havayı sıkıştırmaktır. Alınan hava kompresör tarafından giderek küçük bir hacme sıkıştırılır ve büyük bir basınca sahip olması sağlanır.
Yakıcı:
Fan ile bol bol hava aldık ve kompresör kısmında sıkıştırarak patlamaya hazır hale getirdik. İşte bu patlama yakıcı parçasında meydana gelir. Yakıcı parçasından yakıt memeleri ve bir ateşleyici vardır. Basınç dolu sıkıştırılmış havaya yakıt karıştırılır ve ateşleyici kıvılcımı çakar.
Türbin:
Elbette sıkıştırılan havanın yakılması ile oluşan enerji direkt dışarı püskürtülmüyor, bu enerjinin kullanılması lazım. İşte ortaya çıkan enerji türbin parçasında kullanılır. Türbin, fan benzeri pervaneli bir yapıya sahiptir. Aldığı enerji ile döner ve diğer parçaları hareket ettirir. Geri kalan enerjiyi ise uçak motorunun son parçasına iletir.
Nozul:
İşte tüm bu karmaşanın nihai noktası yani uçak motorunun son parçası nozuldur. Nozul, uçak motorunun en dar parçasıdır. Çünkü dışarı bırakılan enerjiyi bu şekilde hızlandırır. Nozuldan çıkan önce sıkıştırılmış sonra da yakılmış olan hava, uçak için gerekli itme gücünü açığa çıkarır.
Uçak motorlarını korumak için alınan önlemler:
Uçak motorlarının sahip olduğu bu çalışma sistemi uçak korkusu olan okuyucularımızından bazılarının endişelerini arttırmış olabilir ama emin olun bunlar o kadar da basit makineler değiller. Hatta bir araba motorunun yaratacağı tehlikeden çok daha azına sahipler. Kaza oranları da bunu doğruluyor.
Mühendislerin en büyük endişesi, hava almak için kocaman yapılan fanlara yabancı nesnelerin girmesiydi. Bunlar bir buz parçası, pist enkazı ya da bir kuş bile olabilir. Üstelik aşırı bir kuvvet ve sıcaklık da söz konusu. Bu tür tehlikelere karşı önlem olarak fan bıçakları lazer dövme adı verilen bir teknikle iyileştiriliyor. Buna ek olarak bir de titanyum malzeme kullanıldığı zaman çatlama ve kırılma büyük ölçüde engellenir hale geliyor.
Yabancı madde koruması tamam, peki ya motorun kendi kendine verdiği hasar? Sonuçta oluşan sıcaklık bin dereceden fazla ve ortaya çıkan enerji koca bir uçağı uçurabiliyor. Uçak motorundaki mikronluk bir çatlak bile hızla büyüyebilir. İşte bu nedenle yalnızca fan parçasında değil, kompresör ve türbin bölümünde de lazer dövme işlemi yapılıyor. Bu işlemden geçmiş parçalar olası gerilmeleri öngörerek gerekli esnemeleri gerçekleştiriyorlar. Böylece beklenmedik arızaların önüne geçiliyor.
Uçak motorlarının dünden bugüne gelişimi:
Şaşıracaksınız ama uçak motorlarının atası olan ilk gaz tepkimeli makine milattan sonra 250 yılında, İskenderiyeli Heron tarafından icat edildi. Benzer bir sisteme sahip ilk ilkel roketler 1232 yılında Çinliler tarafından kullanıldı. Bu roketlerin atası olan havai fişekler ise milattan önce 3 bin yılından beri kullanılmaktadır.
1687 yılında İngiliz fizikçi Isaac Newton tarafından ortaya atılan hareket miktarı teoremi ise yeni bir dönemin kapılarını araladı. İlk gaz türbini 1791 yılında John Baber tarafından tasarlandı. 1911 yılında Alfred Buchi türboşarjörleri geliştirdi ve bu sistem 1916 yılında uçaklarda kullanılmaya başladı.
1930 yılında Frank Whittle, gaz türbini ile difüzörü birleştirdi ve 1936 yılında bu sistem için turbojet patentini aldı. 1937 yılında Hans von Ohain tarafından geliştirilen ilk gerçek jet motoru ise 1941 yılında başarıyla çalıştı. Bugün turbojet, turbofan, turboprop, turboşaft ve ramjet gibi pek çok uçak motoru türü bulunuyor.
Tonlarca ağırlığa sahip uçakları kuş gibi havalandırmayı başaran uçak motorları nasıl çalışır sorusunu yanıtladık ve teknik detaylara boğulmadan bu sistemi biraz daha yakından tanımaya çalıştık. Konu hakkındaki düşüncelerinizi yorumlarda paylaşabilirsiniz.
