Uçak motoru teknolojisi hakkında bilgiler. Uçak motorlarının çalışma prensipleri nasıldır? Gökyüzünden geçen uçaklara baktığımızda ilk olarak duyduğumuz gürültünün kaynağı olan motorlar aklımıza gelir. Hava alanına gittiğimizdeyse uçakları hareket ettiren bu dev boyutlu motorlara bakar dururuz. Aslında sadece uçaklarda değil, bazı helikopterlerde, elektrik santrallerinde, özel tip araçlarda ve hatta M1 Abrams tankında bu tür gaz türbinli motorlar karşımıza çıkabiliyor. Bu motorların içinde yer aldığı gaz türbini sınıfını analiz etmeden önce türbinin ne olduğuna bakmalıyız. Ekseni etrafında hareket ederek sıvı akışından enerji elde eden mekanik cihazlara türbin diyoruz.
Elektrik santrallerinde kullanılan türbinler kömür, yakıt ya da nükleer enerjiden elde edilen su buharı kullanılarak kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürüyor. Elbette sadece nehirden akan suyun etkisiyle dönen ve elektrik üreten türbinler de var. Uçak motoruna esas olan gaz türbinleriyse içten yanmalı motorlar gibi işliyor. Öndeki pervaneyle içeri çekilen temiz hava sıkıştırıldıktan sonra yakıt püskürtülüyor ve ateşlemeden sonra ortaya çıkan ısı artışının oluşturduğu hacim artışı sonrasında arkadaki egzosttan hızla dışarı atılan havadan doğan akımla türbin içindeki dönüş gerçekleşiyor.
Gaztürbinlerinin benzer motorlara kıyasla iki ciddi avantajı bulunmakta. Birincisi son derece yüksek olan ağırlık başına güç oranı. Gaz türbini içeren motorlar çok ağır olmasa da elde edilen güç son derece yüksek. Benzer gücü sunabilecek kapasitede içten yanmalı bir dizel motorun boyutu çok daha büyük olmak zorunda. Bununla birlikte bazı önemli sınırlamalar yok değil. Öncelikle çalışma sisteminden ötürü, son derece yüksek sıcaklıklara ve dönüş hızına uyum sağlayabilen, son derece sağlam ve pahalı olan malzemeler kullanılmak zorunda. Bu sebepten ötürü gaz türbinlerini karasal ulaşım için kullanmak ekonomik değil. Daha da kötüsü, hiç de düşük olmayan belirli bir yakıt akışının sürekli sağlanması gerekiyor. Bundan dolayı işletme maliyeti sadece belirli bir sabit hızda sürekli olarak hareket eden uçaklar için kabul edilebilir hale geliyor. Basit biçimde yapıyı anlatmak istersek üç ana parçaya ayırabiliriz. Önde yer alan hava girişi bir kompresör gibi temiz hava çekip sıkıştırıyor. Ortada ateşleme işini gerçekleştiren yanma odası var. Arkada yer alan türbinse basınçlı ve yoğun sıcak hava akışını harekete dönüştürüyor, varsa bir krank ile ilgili alana iletiyor. Arkadaki son kısım aynı zamanda egzost olarak işliyor.
Yüksek Hava Basıncı
Önden çekilen temiz hava kompresörden geçtiğinde basıncı kimi zaman 30-40 katına çıkabiliyor. Ortadaki kısımda yer alan yanma odasında ilgili yakıtı püskürten silindirikyüzey içine aralıklarla yerleştirilmiş çok sayıda enjektör yer alıyor. Araba motorları aksine bu yakıt akışı değişmiyor, sabit kalıyor. Buna paralel olarak pervaneler ve iç kısımdaki parçalar belirli bir hızda dönmeyi sürdürüyor. Anlaşılacağı üzere önden hızla giren hava ciddi biçimde sıkıştırıldıktan sonra gaz türbininin orta kısmında inanılmaz bir hava akımı doğuyor. İşte bu noktada ciddi bir sorun beliriyor. Böyle hızlı bir hava akışına yakıt püskürtüp kıvılcım çakmak ne derece kolay olabilir? Evet tahmin edebileceğiniz gibi öndeki kompresör ve arkadaki gaz türbini arasında yer alan şafttan ötürü türbin dönüşüyle öndeki kompresör otomatik olarak hareketini sürdürüyor. Her ne kadar öndeki kompresörü döndürmek için bir miktar güç harcanıyor olsa da, böyle bir gaz türbininden elde edilen güç yaklaşık 15 bin beygir gibi inanılmaz bir değer. Sistem gerçekten de basit biçimde işliyor ama anlattığımız kadar az sayıda parçadan ibaret değil.
Türbin içinde oluşan ısıya dayanacak özel kaplamalar, hareketin kusursuz bir eksende gerçekleşmesini sağlayan rulmanlar, ortaya çıkan sürtünmeyi düşürecek yağlama sistemleri, önde ve arkada yer alan çok sayıda pervane kanadı, elektrik ve durum algılama sistemleri gibi başka unsurlar da var ve tümü aşırı ısıya, 10 bin devir gibi yüksek dönüş hızına dayanıklı olmak zorunda. Geleneksel yolcu uçaklarında kullanılan gaz türbinlerine turbofan deniliyor çünkü söz ettiğimiz ana yapıya ek olarak önlerinde büyük bir fan yer alıyor. Büyük ön fanın nedeni, motor içinden geçen hava akımını arttırmak ve arkadan çıkan hava akışını güçlendirmek. Temel sistemde yer alan orta şaft aynen korunuyor olsa da bundan doğan hareket başka bir kısma mekanik olarak iletilmiyor, motor arkasından üflenen güçlü havayla uçağın havada yol alması sağlanıyor. Turbofan sisteminde önden giren temiz havanın bir kısmı gaz türbinine uğramadan baypass edilip doğrudan arkadan üfleniyor. Turbofan değil turboprop denen motorlardaysa önde fan yerine açık bir pervane var. Türbine bağlı şafttan gelen hareket bir vites kutusuna gidiyor ve hız değeri düzenlendikten sonra öndeki pervane döndürülüyor. Pervane yerine dişlilerle üste hareket gönderilip helikopter uçurmak da mümkün.
Uçaktaki Hareket Prensibi
Çalışma sisteminin basitliğinden söz etmiştik. Gayet düşük masrafla, bir miktar el berecisiyle ve matel torna kullanarak mikro jet üretmek mümkün. Bunu deneyip başarılı olan en bilinir kişi Alman Kurt Schreckling. Geliştirdiği FD3/67 mikro türbin 22 Nevvton itiş gücü elde edebiliyor. Bunu içeren bazı model uçakların başarılı biçimde uçtuğu görüldü. M1 Abrams tankı dışında1950 model Rover JETİ, 19B7 model STP,1968 model HowmetTX arabalarda gas türbini esaslı motorlara yer verildiği oldu. Kara taşıtları, gaz türbinlerindeki hareketi şaft ile tekerleklere iletiyor. Uçaklarsa arkadan çıkan gazın itişiyle yol alıyor dedik. Yerçekiminin cisimlere uyguladığı kuvvete karşılık gelen ve onu aşan bir itiş uygulanmak zorunda. Gaz türbininin egzost çıkışına eklenen daralan ağzın görevi çıkan havanın daha yüksek hıza ulaşmasını sağlamak. Buradan uzaklaşan hava moleküllerinin hızı yaklaşık 2000ü km/ saat civarında. Ayrıca öndeki fandan gelen ve motor içinden geçen bypass akışlı hava da var ama hızı daha düşük fakat aksine hacmi daha yüksek. Ateşleme sonrası içerde oluşan sıcaklık 2000C derece üstüne çıkabiliyor. Önden giren serin hava karıştırılarak arkadaki türbine ulaşan havanın 1000C gibi daha uygun bir sıcaklığa düşürülmesi sağlanıyor.
Uçağın arkasında ya da kanatlarında asılı duran motor ya da motorların arkasındaki çıkışın ağırlık ve hıza bağlı olarak şekillendirildiğini söyleyelim. Bazı durumlarda egzoz çıkışı uzatılıp ikinci bir yanma odası eklenebiliyor. Bu sayede çıkan hava daha da hızlandırılıyor ama sürekli değil sadece geçici süre kullanılan bir seçenek. Turbo gibi düşünebileceğimiz bu ikinci yanma sadece ilk kalkış sırasında ya da en yükseğe hızla tırmanma anında anlamlı. Boeing 787 Dream-liner ile çift Rolls-Royce Trent 1000 ya da General Electric GEnx motor kullanılabiliyor. On binlerce parça içeren bu özel motorların maliyeti on milyonlarca dolara ulaşıyor. Titanyumdan üretilen ön pervane kanadının her bir dilimi normal bir araba fiyatına denk geliyor! Birçok katmandan oluşan, özel bir şekle gelecek şekilde bükülen titanyum sonrasında ısıtılıp içine hava basılarak şişiriliyor, hem sağlam, hem de hafif bir pervane elde ediliyor. Aynı zamanda güvenlik testleri de gerçekleşiyor. Yağmurda güç düşüşü yaşanmaması, -400 ortamda sorunsuz biçimde çalışması, iç kısma bir cisim kaçtığında doğacak patlamada herhangi bir parçanın dışarı fırlamaması gerekiyor. Artık öyle bir aşamaya gelmiş durumdayız ki, bu motorlarda yer alan ısı, basınç, hız, titreşim alıcıları elde edilen değerleri sürekli olarak motor üreticilerinin takip merkezlerine iletmekteler. Bu sayede sürekli takip gerçekleşiyor ve sorun çıkması engelleniyor.
