Uçuşu Anlamak: Mach Sayısı, Basınç ve Pitot Tüpü

Bu yazıda uçakların nasıl uçtuklarını anlamak için gerekli birkaç temel bilgiden bahsedeceğiz. Mach sayısı, basınç çeşitleri, kinetik enerji ve pitot tüpü hakkında bilgi edindikten sonra uçuşu anlamaya bir adım daha yaklaşmış olacağız.

Mach Sayısı

Şekil 2.1. Mach 1 ile uçan bir uçak.

Mach sayısı yüksek hızlı uçuşlar için kullanılan önemli bir parametredir. Mach sayısı tam olarak şu şekilde tarif edilir: uçağın hızının veya hava hızının aynı özelliklerdeki havada ses hızına oranıdır. Deniz seviyesinde, 1 atm basınçta ve 15 0C hava sıcaklığında 1 Mach = 1226,5 km/s olarak belirtilir. Yani eğer bir uçak 1226,5 km/s hızla uçuyorsa 1 Mach ile uçuyor denilebilir ve bunun anlamı ses hızının 1 katı demektir. Ses hızı uçuş için temel bir parametredir çünkü ses hızı uçak ve hava arasındaki iletişim hızını belirler. Fakat Mach 1 için uçağın performansı açısından bazı önemli ve farklı durumlar söz konusudur, bunlar ilerleyen başlıklar altında incelenecektir.

Ses hızı sıcaklığa ve irtifaya bağlı olarak değişir. Hava sıcaklığı irtifa arttıkça düşer fakat ses hızı aynı hızla düşmez. Örneğin deniz seviyesinde 1 Mach yaklaşık olarak 1220 km/s’tir , 11000 m’de ise 1 Mach yaklaşık olarak 1060 km/s’e tekabül eder. Ses hızı daha sonra 24000 m’ye kadar sabit kalır. Bu yüksekliğin üzerinde uzay mekiği hariç herhangi bir uçak uçmaz.


Kinetik Enerji

Kinetik enerji nesnelerin hareketleri dolayısıyla sahip oldukları enerjidir. Masanın üzerinde duran bir mermi ile havada hareket eden bir merminin enerji farkı kinetik enerjidir. Merminin kütlesine m dersek ve sahip olduğu hıza da V dersek, merminin sahip olduğu kinetik enerji ½ mv2 olacaktır. Kinetik enerjiyi anlamak, havanın hareketini ve ivmelenen havadan üretilen itkiyi anlamaya çalışırken bize yardımcı olacaktır.

Hava Basıncı Çeşitleri

Havayı incelerken ve havanın özelliklerini ölçmeye çalışırken 0,3 Mach altındaki hızlardaki havayı sıkıştırılamaz kabul ederiz. Bu bazı hesaplamalar yaparken işimizi kolaylaştırır. Eğer hava hızı 0,3 Mach’tan büyükse bu hava sıkıştırılabilir olarak kabul edilir.

Aşağıdaki şekli incelediğimizde basit olarak şunu söyleyebiliriz. Tüpün giren hava kısmındaki alan büyük hava hızı ise düşüktür fakat tüpte ilerledikçe alan daralacağı için hava daha hızlı hareket etmeye başlayacaktır.  Buna bağlı olarak A noktasındaki basınç B noktasındaki basınçtan fazla olacaktır. Fakat akışı derinlemesine incelediğimizde burada üç çeşit basınç olduğunu göreceğiz, bu basınçlar toplam basınç, statik basınç ve dinamik basınçtır.

hava akışı

Şekil 2.2. Hava akışı ve basınç çeşitleri.

Toplam basınç şekilde de görüldüğü gibi akışın karşısına koyulan bir tüp yardımıyla ölçülür. Bu tüpün içerisine giren hava durur ve toplam basınç ölçülür. Resimde gösterilen durumda A ve B noktasındaki toplam basınç eşittir. Pilotların dilinde buna pitot pressure denir. Pitot tüpü denilen alet de Şekil 2.2.‘ de gösterildiği gibi uçağın ön kısmında gövdeden dışarı doğru duran ve havayı içine alarak basınç ölçen bir ölçüm aletidir.

Statik basınç ise havanın akışına dik olarak duracak bir boşluktan ölçülür. Bu basınç tipi çoğunlukla aerodinamikte kullanılır. İlgili şekilde A noktasındaki statik basınç B noktasındaki statik basınçtan büyüktür.

Dinamik basınç ise havanın hareketinden dolayı sahip olduğu basınçtır ve havanın hareketine paraleldir. Dinamik basınç havanın sahip olduğu kinetik enerji ile orantılıdır. Havayı hızlandırmak dinamik basıncını artıracaktır.

Toplam basınç, statik basınç ve dinamik basıncın toplamından oluşur. Toplam basınç ve statik basıncın nasıl ölçüleceğinden bahsettik fakat dinamik basıncı nasıl ölçebiliriz? Yukarıdaki şekilde aynı noktadan iki farklı alet yardımıyla toplam ve statik basıncı ölçebiliyoruz. Bu iki aletin arasına bir diferansiyel basınç göstergesi koyduğumuzda yapacağı iş toplam basınç ve statik basıncın farkını göstermek olacaktır ki bu da dinamik basınca eşittir.

Havaya herhangi bir enerji eklenmezse, pervane gibi bir aletle hızlandırılmazsa toplam basınç sabit kalacaktır ve dinamik basınçtaki artış statik basıncın düşmesine sebep olacaktır. Peki eğer havaya enerji eklersek ne olur? Şekilde görülen fanı düşünecek olursak, fan havayı hızlandıracak ve hızlanan hava C noktasından geçecektir. C noktasındaki basınç hakkında ne söyleyebiliriz? Fan havayı ivmelendireceği için hava üzerinde bir iş yapmış olacaktır. Bu dinamik basıncın artmasına sebep olacaktır. Burada havanın statik basıncı değişmez fakat toplam basınç artar.


Pitot Tüpü

pitot tube

Şekil 2.3. Basınçların pitot tüpü ile ölçülmesi.

Yukarıda bahsedildiği gibi, Şekil 2.3.‘ te şematize edilen pitot tüpü toplam basıncı ölçer, statik basınç yardımıyla dinamik basınç değeri bulunarak bir uçağın hava hızının ölçülmesi için kullanılır. Pitot tüpleri yolcu uçaklarının ön kısmında görülebilir. Bazı küçük uçaklarda ise kanada bitişik sadece bir tane pitot tüpü bulunur. Statik basıncı ölçen kısma statik port adı verilir ve genellikle uçağın önüne yakın bir yerde yan kısmında bulunur. Statik port aynı zamanda pitot tüpüne yakın bir yerdedir. Uçaklarda iki basınç değeri arasındaki farkı ölçen ve hava hızına kalibre edilmiş bir ölçüm aleti bulunur. Bu alete hava hızı göstergesi denir. Ölçülen dinamik basınç irtifa ile değişeceğinden uçağın irtifasına göre pilot tarafından bir düzeltme yapılır.

pitot tüpü görsel

Şekil 2.4. Bir yolcu uçağı üzerindeki pitot tüpleri.

Kaynak:

Anderson, D. F. ve Eberhardt, S. (2001). Understanding Flight. McGraw-Hill



Yazar: Osman Veysel Özdemir

Necmettin Erbakan Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümü öğrencisi. Mühendisliğin, dersleri yüksek notlarla geçmekten ibaret olmadığını ve gerekirse aynı dersin 3 kez alınabileceğini savunan adam. Ayrıca bilgisayarlara ve kodlamaya dair özel bir ilgisi var. "Forget Bernoulli Theorem". #NecmettinErbakan #AbbasibnFirnas #MilliGörüş #%0.7 #AGD #UGSAM #AeronauticalEngineer #UçakMühendisi

3 thoughts on “Uçuşu Anlamak: Mach Sayısı, Basınç ve Pitot Tüpü

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir