1.4 litrelik minik motorlu mütevazı Polo'ma düz yolda 237 yaptırıp 520'lere, Range Rover'lara otobanda el sallatan sistemle, ikiyüz tonluk uçakları 900 km/saat hızla uçuran motorların aynı ismi taşıması, hep hoşuma gitmiştir. Dahası, ortak olan sadece isimleri değil.
TURBO!
Eskiden sadece yarış otomobillerinde bulunan, şimdi ise sağladığı ekonomi ve performans sayesinde neredeyse tüm kara taşıtlarında kullanılan "Turbo" sistemi, modern yolcu uçağı motorlarının kalbini oluşturuyor.Yıllardır kullanılan, bir asırdan beri geliştirilmeye devam eden ve hemen her içten yanmalı motora eklenebilen sitemin temel görevi, içinden akan havayı "hızlandırmak". Turbo, ismi gibi çalışma prensibini de, içinde bulunan "türbin"'lerden alıyor. Zîra Ingilizce'de "Turbine Booster" kelimelerinin kısaltılmasıyla oluşan Turbo ismi; aynı zamanda Latince'de "üst kısmı dönen" gibi bir anlam taşıyormuş (ki bu bana da sürpriz oldu).
Dolayısıyla savaş uçağı veya yolcu uçağı olsun; "jet" kategorisine giren tüm modern uçakların ortak özellikleri, turbo, yani türbinli motorlar taşımaları. Temel olarak her turbo motorda bulunan çalışma prensibi dışarıdaki havanın pervaneye benzer bir dizi kanatçık (paller/ fan blades) ile motora alınması, kompresör denilen ve yine kanatçıklardan oluşan başka bir ünitede sıkıştırılması, bir yanma ünitesinde yakıtla karıştırılıp ateşlenmesi ve bu ısınan havanın türbin denen ve yine kanatçıklardan oluşan bir diğer üniteyle hızlandırılmasından oluşuyor. Sistemden geçen yüksek hızlı sıcak hava, nihayet egzost ünitesinden geriye püskürtülerek büyük bir itiş gücü ortaya çıkartıyor.
Türbinlerin bu kadar önemli olmalarının bir sebebi de, sistemin döngüsünü sağlamaları. Zîra, bir çok uçak motoru sisteminde sistemin sonlarına doğru yer alan türbin üniteleri, bağlı bulundukları birer şaft aracılığıyla, sistemin en başında bulunan fan ünitesinin de dönmesini sağlıyorlar; bu da yeni hava girişini sağlıyor.
Havayı hızlandırmak için turbin'in bir de ateşli çalışma arkadaşı var ki; kendisi biraz masraflı bir ünite.
Ateşli ünitemizin adı "yanma odası (combustion chamber)". Kompresör'lerden basınçla gelen hava, yanma odasında ısıtılması sayesinde türbin kanatçıkları arasında daha da yüksek hıza kavuşturulur kavuşturulmasına, ama bu yanma işlemi hem yakıt tüketmekte, hem de aynı zamanda açığa çıkardığı çok yüksek sıcaklıkla türbin kanarçıklarının hasar görmesine neden olabilmektedir. Bu iki neden, sistemin belli bir düzeyden daha fazla güç üretmesine engel olmaktadır.
Bu problemi aşmak için uçak motoru tasarımcıları, "by-pass" denilen bir yönteme başvurmuşlar. Yine kabaca, fan kanatlarından sisteme çekilen havanın bir kısmı yanma odasına uğramadan, yani ısıtılmadan hızlandırma işlemine tâbî tutuluyor; egzost kısmında sıcak havayla birleşerek püskürtülüyor ve sistemin itiş gücüne katkı sağlıyor. Isıtılan, yani by-pass olmayan hava ise eski görevleri olan itiş sağlamaya ve türbin-fan bağlantısı ile fanı döndürmeye devam ediyor.
Ne Kadar By-Pass?
Bu by-pass metodu zaman içinde geliştirilerek öyle bir hâle getiriliyor ki, hem yakıt tüketimini büyük oranlarda düşürüyor, hem de yanma odasından geçerek itiş sağlayan havanın iki-üç katı daha büyük miktarlarda itiş gücü sağlıyor. Öte yandan, by-pass edilen havanın yanan havadan daha fazla olduğu motorların, kokpitten gaz koluyla verilen hızlanma-yavaşlama komutlarına reaksiyon süresi (spool up/down time) daha uzun oluyor. Bu durum orta yüksekliklerde ve ses hızının altında uçan yolcu jetlerinde sorun olmazken; özellikle sert ve ânî manevralara ihtiyaç duyan, ses hızından hızlı uçması gereken savaş uçaklarında olumsuzluklara neden oluyor. Bu nedenle, "By-pass oranı" denilen soğuk hava/ sıcak hava oranı yolcu ve kargo uçağı motorlarında yüksekken, savaş uçağı motorlarında daha düşüktür. Bu temel ayrım; itişin büyük kısmını fan üzerinden doğrudan gelen havadan alan yolcu uçağı motorlarının "Turbo-fan", daha çok yakılarak püskürtülen havaya dayanan motorların ise "Turbo-jet" adını almasını sağlamış. Blog'umuzda daha çok yolcu uçaklarına ağırlık verdiğimiz için, buradan itibaren dilim döndüğünce Turbofan motorlarından bahsetmeye devam edeyim diyorum. Yine de, daha çok askerî jetlerde gördüğümüz Turbojet'lerin küçük bir özelliğine daha değinmek istiyorum; zîra Top Gun'ı seyretmiş herkesin gözünün önüne geleceğini tahmin ettiğim, uçak gemisinden kalkan F-14'lerin egzostlarından fışkıran mavi alevlere değinmeden geçemeyeceğim.
After Burner
Bazı uçaklarda, çoğunlukla savaş uçaklarında, yanma odasından geçip türbinlere gelen havanın, bir yandan by-pass sisteminin hantallığına neden olmadan diğer yandan da türbinleri eritmeden daha da fazla ısıtılması için, alternatif bir yol daha bulunmuş. İçten yanmalı olmanın yanısıra "kıçtan yanmalı" diye de çevirebileceğimiz bu ek yanma sistemi, türbin aşamasında hızlandırılmış sıcak havanın bir kez daha yakıtla karıştırılıp yakılarak egzost kısmından çıkmasını sağlıyor. Dışarıdan bakıldığında oldukça görkemli görünen ve uçağa çok sert bir ivme kazandıran afterburner, aşırı yakıt tükettiği için günümüz savaş uçaklarında yalnızca kısa süreli olarak ve özel durumlarda kullanılabiliyor.
En ana hatlarıyla bahsetmeye çalıştığım mevcut turbofan uçak motorlarında istenen, tüm makinelerdeki gibi verimlilik. Biraz argo tabirle "az yaksın- çok kaçsın" diye düşünülerek tasarlanan bu motorlarda; geliştirilen her birim güç, belli bazı ünitelerin diğerlerinden daha çok gerilim, ısı ya da basınç altında kalmalarına ve zorlanmalarına neden oluyor. Zincirin en zayıf halkası olan bu üniteler, sistemin genelinin geliştirilmesine ancak limitleri ölçüsünde izin veriyor.
Fakat, her engel bir yeniliğin de gelmesine neden olmuş. Zîra gelişimleri türbin pallerinin sıcaklık limitlerine takılan Turbojet motorlar, yukarıda bahsetmeye çalıştığım gibi Turbofan'ların yükselişine kapı açmıştı. Benzer şekilde, kompresör ve türbinleri tek bir şafta bağlı olan eski tip turbofan'lar önce iki (hattâ bazı modellerde üç) iç içe geçmiş şaftla çalışan daha karmaşık fakat daha güçlü motorlara dönüştükten sonra; bu defa zincirin en zayıf halkası olma görevini, kanatçıkları aşırı hızlı dönme tehlikesiyle karşılaşan fan ünitesi devralmış.
İşte, bir yandan motorun daha da yüksek güç üretip, diğer yandan fan ünitesinin dönüş hızını kontrol altına almak için bir başka sistem geliştirilmiş. Kullanıldığı motora "Geared Turbofan (dişli Turbofan)" adı verilen bu tip gelişmiş motorlarda sistem özetle şöyle: N1 denilen ve alçak basınçlı kompresör ve türbini çeviren şaft, fan ile aralarında bulunan ek bir dişli sistemi sayesinde, kendisi yüksek hızda bile dönse, N1 tarafından döndürülen fan ünitesinin daha düşük, kontrollü bir hızda dönmesine olanak ağlıyor. Sonuç belli: daha düşük yakıt tüketimi, daha az yıpranan parça ve tabii ki daha çok itiş gücü!
Bazan sorunun cevabının sorunun içinde gizli olduğunu söylerler ya; havayı alıp sıkıştırıp geri püskürtmek de, insanoğlunun
***
No comments:
Post a Comment