HAVAALANI TASARIMI Doç. Dr. Hakan GÜLER

Transkript

1 HAVAALANI TASARIMI Doç. Dr. Hakan GÜLER

2 UÇAKLARIN ÖZELLİKLERİ HAVAALANI PLANLAMASINDA UÇAKLARIN ÖZELLİKLERİ Uçaklarla ilgili öenmli bilgiler: Uçağın modeli, Kanat açıklığı, Uzunluğu MSTOW (Maksimum yapısal kalkış ağırlığı), Motor sayısı, Ortalama koltuk sayısı Gerekli pist uzunluğu. Uçaklar: Turboprop uçaklar, Jetler (MSTOW 100,000 lb) Bölgesel jetler Jetler (100,000 MSTOW 250,000 lb) Dar gövdeli jetler Jetler (MSTOW 250,000 lb) Geniş gövdeli jetler Piaton ve turboprop motorlu uçaklar Çok hafif jet uçakları Ticari jet uçaklar 1 libre = gram. 200 lb = kg. Uçak Boyut Standartları Uçak boyutları Uçağın dönüş açısı aşağıdaki formülle hesaplanır: b = Ön ve arka dingilleri arası mesafe t =Arka tekerlekler arası mesafe β = Maksimum dönme açısı Maksimum açı 60 ile 80 o arası değişir. Dönme açısı (Steering açısı) ise yaklaşık 50 o dir.

3 Dönme yarıçapı İniş Takımı Konfigürasyonları Geleneksel iniş takım konfigürasyonları Kompleks iniş takım konfigürasyonları

4 Uçak Ağırlıkları 1. operating empty weight (OEW) Temel ağırlık olup personel ve gerekli donanım ağırlığını içerir. Ancak faydalı yük ve yakıt dahil değildir. Bu ağırlık uçak tasarımında dikkate alınır. Bakım hangarlarında, uçak depolama alanlarında bu ağırlık dikkate alınabilir. 2. Zero fuel weight (ZFW) OEW ağırlığına faydalı yük ilave edilmiş ağırlıktır. 3. Payload (Faydalı yük) Tüm gelir getiren yüklerdir. Yolcular+bagajlar+postalar+ekpres+ kargo 4. maximum structural pay-load Bir uçağın izin verilen en fazla yük miktarıdır. Bu yük yolcu, kargo veya her ikisinin bileşeni olabilir. Maksimum yapısal faydalı yük ile ZFW ve OEW arasında fark vardır. Boşluk sınırlarından dolayı, Maksimum faydalı yük gerçekte maksimum yapısal faydalı yükten azdır. Bu durum özellikle yolcu uçakları için daha doğrudur. 5. maximum ramp weight Maksimum rampa ağırlığı uçağın yer manevralarında izin verilen ağırlıktır. 6. maximum gross takeoff weight Kalkış sırasında izin verilen maksimum ağırlıktır. Taksi ve manevra hareket yakıtı hariçtir. İşletme boş ağırlığı, seyahet ve rezerv yakıt ve faydalı yük dahildir. 7. maximum structural takeoff weight (MSTOW) Bu ağırlık deniz seviyesinde ve 59 F o (15 C o ) sıcaklıkta tasarlanan bir ağırlıktır. Bu ağırlık havaalanı planlamasında ve tasarımında kullanılır. 8. maximum structural landing weight (MLW) Uçağın inişte yapısal kapasitesidir. Motor Tipleri Uçakların uçuşunu, havada tutunmasını sağlayan kanatlardır. Motorların görevi ise uçağı öne doğru iterek hava akımının kanatların üstünden gitmesini sağlayarak kaldırma kuvveti oluşturmaktır. Uçak motorunun ana fonksiyonu uçağa gereken hareketi sağlamaktır. Motorun uçaktaki diğer fonksiyonları ise Elektrik gücü sağlamak Hidrolik gücü sağlamak Pnomatik gücü sağlamaktır. ( ) Genelde üç çeşit motor tipinden sözedilir: 1. Piston Motor: Pistonlu motor, tüm pervaneli uçakları kapsar ve bunlar yüsek oktanlı benzinle beslenen piston motorlardan oluşur. 2. Turbo prop: Turboprop motor, türbin motorlu ve pervaneli uçaklarda bulunur.

5 3. Turbofan (veya jet): Turbofan veya jet motorlarda pervane bulunmaz. Bu uçaklarda itme (thrust) doğrudan türbin motordan sağlanır. Turbofan ve By-pass sistemleri de jet motorlarının bir çeşididir. Motorun ön veya arka kısmında bulunan ve pervâneye benzer fan kısmı motorun içinden geçen havayı arttırıp tepki kuvvetinin artmasını sağlar. By-pass jet motorlarında da kompresörde sıkışan havanın bir kısmı yanma için yanma odalarına girerken bir kısmı motorun dış çeperlerini soğutarak egzosta gider. Her iki çeşit motorun da gayesi düşük hızlarda yakıt sarfiyatının azaltılmasıdır ( ). Thrust Kuvveti : ( ) Thrust Kuvvetii motorun içinden geçen ortam havasının ivmelendirilmesi ile elde edilir. Burada belirleyici olan iki parametre vardır. İvmelenen hava kütlesi miktarı (m) ivmelenme miktarı F = m x (V2 - V1) F : Thrust Kuvveti (kg) m : hava kütlesi (kg/sn) V2 : Motor jet nozzle' daki hava hızı (m/sn) V1 : Motor girişindeki hava hızı (m/sn) Dış ortam koşullarına göre Jet motor thrust'ını etkileyen 4 faktör vardır. Atmosfer basıncı Hava sıcaklığı Yükseklik Uçağın Hızı Uçak Performasını Atmosferik Koşulların Etki Etmesi Uçaklar 50,000 ft yukarıda uçacak şekilde tasarlanır. 1ft = cm 50,000 ft = km Pek çok uçak 41,000ft de uçar. Süpersonik uçaklar 60,000ft veya daha fazla yüksekten uçar. Deniz seviyesinden 36,000ft yüksekliğe kadar olan kesim TROPOSFER olarak bilinir. Sıcaklık liner olarak azalır.

6 Yerçekimi dolayısıyla havanın yeryüzüne yaptığı ağırlık hava basıncı olarak tanımlanır. Atmosferi oluşturan hava kütlesinin %99'u 32 km nin altındadır. TROPOSFER de standart atmosfer basıncı aşağıdaki gibi tanımlanır: 1. Deniz seviyesinde sıcaklık 59 F o (15 C o ) dir. Bu deniz seviyesinde standart sıcaklık olarak bilinir. 2. Deniz seviyesinde basınç inhg veya 1015 mb dir. Bu deniz seviyesinde standart basınç olarak bilinir. 3. Sıcaklık değişimi deniz seviyesinden yükseklere gittikçe F o ulaşır. Bu değerde 1000 ft başına F o demektir. Her 1000ft de sıcaklık 3.5 F o veya 2 o C azalır. Standart basıç ve standart sıcaklık deniz seviyesinden yükseklerde azalır. Troposferde F o sıcaklığa kadar aşağıdaki bağıntı kullanılabilir: P o P To T Po= Deniz seviyesinde standart basınç (29.92 inhg) P= Tanımlanan yükseklikte standart basınç, To= Deniz seviyesinde standart sıcaklık (59 o F) T= Tanımlanan yükseklikte standart sıcaklık. Yukarıdaki formülde sıcaklık değerleri olarak Rankine değerleri kullanılır ve dönüşüm aşağıdaki formülle sağlanır. T R = T F + 459,67 Deniz seviyesinde atmosfer basıç ölçümü: 1 x 1 cm 760 mm Hg/cm 2 = 76 cm 3 Hg/cm cm 3 Hg/cm 2 = 76 cm 3 Hg/cm 2 = 76 cm 3 x 13.6 g/cm 3 /cm 2 = g/cm 2 76 cm g/cm 2 = kg/cm 2 (1 Atm) 760 mm Hg = 1 Bar = kg/cm 2 = 1 Atm Hava basıncını ilk ölçen bilim adamı Toricelli dir yılında yaptığı deneyler sonucu hava basıncını deniz seviyesinde 1 cm 2 kesiy alanına sahip 760 mmhg sütununun ağırlığına eşit olduğunu bulmuştur. Rüzgar Hızı ve Yönü Yer hızı ve hava tanımları mevcuttur. Yer hızı yere göre uçağın hızıdır. Hava hızı, kanat ucundan veya kanat üzerinden akan havaya göre uçağın hızıdır.

7 Örnek: Uçak yer hızına göre 500 kn ile havada uçuyorsa ve rüzgar karşı yönden esiyorsa (ön rüzgar) ve hızı 100 kn ise doğru hava hızı 600 kn dur. Benzer şekilde rüzgar arkadan esiyorsa (arka rüzgar), yer hızı 500 kn ise gerçek hava hızı 400 kn dur. Uçak kalkış ve inişlerinde rüzgarın önden esmesi iyidir. Uçak havadayken rüzgarın arkadan esmesi iyidir. İstenen güzergah ile hesaplanan yön arasındaki açıya CRAB AÇISI adı verilir. Bu açının büyüklüğü aşağıdaki formülle hesaplanır: Burada; Vc cross wind değeridir (kn veya mil/saat), Vh ise gerçek uçak hızıdır (kn veya mil/saat). Bi uçağın piste yaklaşma hızı 135 kn ise ve cross wind (çapraz rüzgar) 25 kn ise crab açısı: Sin x = 25/135 = , x = derece bulunur. Pist yönü (track), izlenen yön (heading) ve çapraz rüzgar arasındaki ilişki aşağıdaki gösterilmiştir. Vt değeri gerçek hava hızıdır ve Vh.cosx değerine eşittir. Pist yönü oyunca gerçek hızı bulmak için pist yönü boyunca rüzgar bileşeni bulunur (Vw.sin x) ve Vt den çıkarılır. Bir uçağın başına etki eden manyetik kuvvetler ve rüzgar. Rüzgarın yön ve şiddetinin tam olarak bilindiği, tüm sapmaların hassas olarak hesaplandığı ve uçak başının hassas olarak muhafaza edildiği bir durumda taşıtın rotası ile yerdeki iz düşümü (actual track) birebir aynı olacaktır. 1 knoot (kn) = 1 deniz mili / saat = km/ saat

8 Uçak Performans Karakteristikleri Uçak Hızı Uçak hızından söz edilirken iki önemli hız kavramı vardır. Gerçek hava hız (TAS) ve Belirtilen hava hız (IAS). Pilot hızını hava hız indikatöründen bulur. Gerçek hızları bulmak için tablolardan yararlanılır. Pratik olarak göstergeden okunan hıza her 1000 ft için %2 artış konur. Mach ses hızını ifade eder. Uçaklar ses hızından aşağıda ise subsonic, sesden hızlı iseler süpersonic olarak ifade edilirler. Ancak ses hızı sabit değildir. Ses hızı sıcaklığa bağlıdır ancak atmsfer basıncına bağlı değildir. 32 F ( 0 C) de ses hızı 742 mi/sa yani 1090 ft/sa dir. Formüldeki sembol C cinsinden sıcaklıktır. 21 C de ses hızı 340 m/s dir yani 1224 km/sa dir. Uçak performansı çeşitli hızlarla tarif edilir. Bu hızlar, güvenli kalkış, seyir, manevra ve yaklaşım hızlarıdır. Bu hızlar uçak performans kitapçıklarında tanımlanır. Bu hızlar: Vne: Geçilmeyecek hız. Uçağın yapısal güvenliğini sağlamak için havada seyir hızıdır. Va: Tasarım manevra hızı. Uçağın manevra sırasında (dönüşlerde) veya türbülanslı havalarda yapacağı hızdır. Vlo: Uçağın havaalanına ineceği güvenli hız. Vr: Dönme hızı. Uçağın havaalanından burun kısmının havaya kalkma hızı. V1: Karar hızı. Uçağın kalkma sırasında bir sorun yaşaması durumunda (motor arızası) karar hızına ulaşamazsa pilot uçuşu iptal eder. Vso: İniş hızı. Uçak havaalanına bu hızla iniş yapar. Vref: Havaalanına yaklaşım hızı. Uçak inmeden önce havaalanına bu hızla yaklaşır. Bu hız genelde 1.3xVso dur. Faydalı Yük ve Menzil Bir uçağın yakıt tanklarının kapasitesine bağlı olarak yapabileceği maksimum mesafe menzil olarak tarif edilir. Menzil taşınan faydalı yükle ters orantılıdır. Faydalı yük artarsa menzil azalır. Şekilde A noktası bir uçağın taşıyabileceği maksimum faydalı yükle uçabileceği maksimum menzili Ra yı göstermektedir. Uçak Pa yüküyle kalkarken MSTOW ağırlığa sahiptir ancak deposu tam dolu değildir. Uçağın depoları tam doluyken gidebileceği menzil Rb dir. Bu durumda uçağın taşıyabileceği faydalı yük değeri Pb ye eşittir. Uçak MSTOW ile kalkış yapar. Gidilecek mesafeyi Ra dan Rb ye artırmak için taşınacak faydalı yükten taviz vermek gerekir. C noktası ise bir uçağın hiç yük taşımadan gidebileceği mesafedir ve Uçak Menzili olarak tarif edilir. Bu menzil Rc olarak gösterilir. Bu değer bir uçak istendiği zaman gerekli mesafedir. Uçak deposu tamamen yakıtla doludur ve kalkış ağırlığı maksimum değerden daha azdır. Uçağın havaalanına iniş ağırlığı ile ilgili bir sınırlama varsa yani MSLW uçakların ne kadar MS faydalı yükle uçacağını sınırlar. Bu durumda DE çizgisi, mezil ile faydalı yük arasındaki seçimi gösterir. Faydalı yüke karşılık menzil eğrisi bu durumda ABC yerine DEBC çizgisini izler. Faydalı yük-menzil ilişkisi pek çok faktöre bağlıdır: Meteorolojik koşullar, rotanın koşulları, uçuş yüksekliği, hız, yakıt, rüzgar ve yedek yakıt durumu. Farklı uçakların karşılaştırılması durumunda faydalı yük-menzil ilişkisi standart gün, rüzgarsız ve uzun menzil seyahatler için verilir. Yolcu uçaklarında faydalı yük maksimum yapısal faydalı yükten daha azdır. Çünkü sınırlamalara bağlı olarak oluşan boşluklardan dolayı du değer düşer. Faydalı yük hesaplanırken yolcu ve bagajları normal olarak 200 lb olarak alınır. 1 libre = gram. 200 lb = kg. Havaalanı planlamalarında uçak üreticileri tarafından her bir uçak için hazırlanmış olan faydalı yük-menzil değerleri dikkate alınır. Uçakların yük dağılımı (ana ve ön iniş takımları) uçak tipine ve ağırlık merkezi konumuna bağlıdır. Uçaklara yük yükleme durumunda yük dağılımı da ön ve arka iniş takımlarında sabit değildir.

9 Havaalanı üst yapı tasarımında ön takımın %5, arka takımın %95 yük aldığı kabul edilir. Şayet iki ana takım varsa toplam ağırlığın % 47.5 luk bir ağırlık paylaşılır. Örnek: Uçak ağırlığı 300,000 lb (136 ton), ana dingil lb ağırlığındadır. Ana takım dört tekerse, her teker eşit taşır ve lb yük taşır. Üstyapı tasarımında iniş takımlarının ağırlığı kadar MSTOW ağırlığı dikkate alınarak tasarım yapılır. Faydalı yük ve menzil arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Faydalı Yük Pist Performansı Menzil Pist uzunluğu belirlenirken iki önemli unsur dikkate alınır: Faydalı yük ve menzil arasındaki ilişki 1. Belirli iklim koşullarında uçağın fiziksel yetenekleri 2. Güvenli uçuş için hükümetin belirlemiş olduğu kurallar. İklim koşulları: Sıcaklık, yüzey rüzgarları, pist eğimi, rakım ve pist yüzeyi.