Bir uçak nasıl havada duruyor? Bu soruyu ister uçarken düşünmüş olun, ister yerdeyken; uçakların büyüleyici ve karmaşık şeyler olduğuna şüphe yok. İşte, bir uçağın uçmasını sağlayan fizik kurallarına ve konuyla ilgili yanlış bilinenlere kısa bir bakış.

İlk olarak, gökyüzü boyunca sabit şekilde uçarak seyreden bir uçak hayal edin (Boeing veya Airbus yolcu uçağı gibi). Bu uçuş, birbirine zıt kuvvetlerin hassas bir dengesini gerektiriyor. Cambridge Üniversitesinde çalışan aerodinamik profesörü Holger Babinski, “Kanatlar kaldırma kuvveti oluşturuyor ve bu kuvvet, uçağın ağırlığına karşı koyuyor” diyor.

Purdue Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı başkanı William Crossley, “O kaldırma kuvvetinin [veya yukarı yönlü kuvvetin] de uçağın ağırlığına eşit olması veya ondan daha büyük olması gerekiyor” diyor.

Bu sırada uçağın motorları, etraftaki havanın meydana getirdiği sürtünmeden kaynaklı dirence karşı koymak için gereken itiş gücünü sağlıyor. “İleri doğru uçarken, en az sürtünme kuvvetine denk olacak kadar itiş gücü gerekir; eğer hızlanıyorsanız sürtünme kuvvetinden daha yüksek olabilir. Yavaşlıyorsanız da daha düşük olabilir. Fakat sabit ve düz uçuşta, itiş sürtünmeye eşittir” diye belirtiyor Crossley.

Her şeyden önce bir uçağın kanatlarının tam olarak nasıl kaldırma kuvveti ürettiğini anlamak biraz karışık bir iş. “Basın genelde sürekli çabuk ve basit bir açıklamanın peşinde” diyor Babinski. “Ben bu durumun başımıza dert açtığını düşünüyorum.” Meşhur fakat yanlış açıklamalardan biri de şu: Bir kanadın eğimli üst yüzeyinden geçen havanın, altta giden havadan daha uzun bir mesafe kat etmesi gerekiyor ve bu sebeple, alttaki havayla başabaş gitmek için hızlanıyor; sanki biri kanadın üstünden biri de altından geçen iki hava parçacığının, sihirli bir şekilde birbirlerine bağlı kalması gerekiyormuş gibi. Hatta NASA’nın, “Yanlış Kuram” şeklinde adlandırdığı bu görüşe ayırdığı bir internet sayfası bulunuyor.

Peki doğru düşünme şekli nasıl olmalı?

Yardım eli

Konuyla ilgili düşünmeye başlamanın çok basit bir yolu da, bir arabanın yolcu koltuğunda oturduğunuzu hayal etmek. Elinizi karşıdan gelen rüzgara karşı dışarı çıkardığınızı ve avcunuzun aşağı, baş parmağınızın ileri, elinizin de yere paralel baktığını düşünün. (Bunu gerçek hayatta yaparsanız lütfen dikkatli olun.) Şimdi elinizi ön kısımdan biraz yukarı doğru eğin ve bu böylelikle rüzgar elinizin alt kısmına gelsin; bu elinizi yukarı doğru eğme işlemi, kanatlarla ilgili hücum açısı adı verilen önemli bir kavrama benziyor.

“Kaldırma gücünü bariz şekilde hissedebilirsiniz” diyor Babinski. Bu basit senaryoda hava elinizin altına çarpıyor, aşağı doğru sapıyor ve eliniz Newtoncu bir mantıkla (bkz: üçüncü yasa) yukarı doğru itiliyor.

Eğimi takip et

Fakat bir kanadın şekli tabii ki elinizden farklı ve hesaba katılması gereken

ilave etmenler var. Kanatlarla ilgili akılda tutulması gereken anahtar noktalar, hücum kenarı şeklinde de bilinen kanatların ön tarafının eğimli olmasıdır ve genelde en kesitinden baktığınızda kanat profili adlı bir şekle sahip olmalarıdır.

Babinski, bir kanadın bu eğimli hücum cephesinin önemli olduğunu çünkü hava akışının “eğimli bir yüzeyi takip etme” eğilimi gösterdiğini söylüyor. Bu kavramı ise bir saç kurutma makinesini bir kovanın yuvarlak kenarına tutarak göstermeyi sevdiğini belirtiyor. Hava akımı, kovanın eğimli yüzeyine tutunup dönüş yapacak ve hatta kovanın engellediği diğer kısımdaki bir mumu bile söndürebilecektir. Burada aynı şeyi gösterdiği görülen eski ve hoş bir video var. “Akıntı eğimli yüzeye tutunduğunda, tutunmuş halde kalmayı sever ancak sonsuza kadar öyle kalmayacaktır” diye belirtiyor Babinski.

Bir kanatta olan şey de (kanadı bir şekilde yukarı açılıymış gibi düşünün; arabanın camından uzattığınız eliniz gibi), havanın eğimli hücum cephesiyle karşılaşması. “Hava üst yüzeye tutunacak, etrafından dönecek ve aslında o giriş açısını, hücum açısını çok güzel bir şekilde takip edecektir” diyor.

Basıncı düşük tut

Nihayetinde olan şey ise kanadın üstünden geçen havanın, eğimli yüzeye tutunması ve bir şekilde aşağı doğru dönmesi veya akmasıdır: Düşük basınçlı bir alan oluşur ve hava da daha hızlı gider. Bu esnada hava, tıpkı rüzgarın araba camından çıkardığınız elinize çarpması gibi kanadın alt kısmına çarpıp yüksek basınçlı bir alan meydana getiriyordur. İşte: Kanadın üstünde düşük ve altında da yüksek basınçlı bir alan oluşur. “Bu iki basıncın arasındaki farklılık, uçmamızı sağlar” diyor Babinski.
 

Babinski kanadın üstündeki düşük basınç alanının, kanadın altındaki yüksek basınç alanından daha fazla iş yaptığını belirtiyor. Kanadı, hava akımını hem üstte hem de altta aşağı doğru saptıran bir yapı gibi düşünebilirsiniz. Kanadın alt yüzeyindeki akım sapması, “aslında üst yüzeydeki akım sapmasından daha küçüktür” diyor Babinski. “Çoğu kanat profilinde, çok çok kaba olan yaklaşık bir hesaba göre kaldırma kuvvetinin üçte ikisi ve bazen daha fazlası burada [üst yüzeyde] oluşur.”

Bir kez daha toparlar mısınız?

Elbette! NASA’nın Ames Araştırma Merkezinde havacılık mühendisi olan Gloria Yamauçi, bunu şu şekilde anlatıyor: “Elimizde havada uçan bir uçak var; hava kanada yaklaşıyor; hücum açısında kanat havayı döndürüyor” diyor. (“Döndürmek” ile yön değiştirmeyi kastediyor; yolda hızla giden bir arabanın, havanın yönünü değiştirip kendi etrafından dolaşmaya zorlaması gibi.) “Kanadın yüzeyinden, altından ve üstünden geçen havanın hızı da değişiyor.”

“Kanadın üstündeki hız, genel olarak kanadın altındaki hızdan daha büyüktür” diye devam ediyor, “ve bu durum, kanadın üstündeki basıncın altındaki basınçtan daha düşük olduğu anlamına gelir. Basınçtaki bu farklılık ise yukarı yönlü bir kaldırma kuvveti oluşturur.”