Geçmişten Günümüze Hava Araçlarında Kullanılan Jet Motoru Çeşitleri
ayrıntıya girmeyeceğimi, olabilen en basit şekilde anlattığımı ve aşağıda verdiğim bilgilerde pek teferruatlı yazmamaya çalıştığımı yazıya başlamadan önce belirtmek isterim. olabildiğince yüzeysel ve anlaşılır olarak açıklamaya çalışacağım.
insanoğlu daha önce balon gibi birçok farklı araç sayesinde yükseklere erişse de modern havacılığın başlangıç noktası, wright kardeşlerin makine yardımıyla gökyüzüyle buluşmasıdır. tüm uçak mühendislerinin ve hava subaylarının bildiği bir gerçek, aerodinamik bir nesnenin havalanmasında yeterli itkinin/tahrikin sağlanmasının gerekliliğidir. bu nedenle sabit kanatlı (uçak) ve döner kanatlı (helikopter) olmak üzere iki ana başlık altında toplanabilen hava araçlarına can veren mekanizma olan itki sistemleri veya tahrik sistemleri bir uçan platformdaki en kritik bileşenler arasındadır.
belki de insanlık tarihi kadar eski olan uçma hayalinin gerçeğe dönüştüğü 17 aralık 1905'te, belirleyici faktörden biri de motor olmuştur. yüzyılın başından beri planör tasarımları üzerinde çalışan wright kardeşlerin 12 bg bir itki sistemi kullanarak gerçekleştirdikleri uçuşun saniyelerle ölçülür sürede olmasının nedeni itki sistemlerinin pervaneli olan ilk örneklerinin emekleme safhasında olmasıdır. ilerleyen süreçte bu planda olgunluğa erişilmesine paralel olarak motorlar daha güçlü ve güvenilir hale gelmiştir. 27 ağustos 1939 tarihinde ise heinkel he 178'in motorundan çıkan gürültü, gökyüzünde jet çağının başladığının habercisi olmuştu.
itki sistemlerinin türlerini ele almadan önce uçan herhangi bir platformun motorunu oluşturan parçaları tanımak faydalı olacaktır.
bu parçalardan biri olan kompresör; daha yüksek sıkıştırma oranlarına ulaşılması ve özgül yakıt tüketimini düşürmek amaçlı kullanılır. ancak kademe başına daha fazla basınç oranı elde edilmesi, önemli teknolojik birikim gerektirir.
tasarlanan kompresörün başta türbin olmak üzere diğer temel motor parçalar ile uyumlu çalışması da kritik bir özelliktir. itki sisteminin diğer bir kritik parçası olan yanma odasının çıkış toplam sıcaklığı, motor tasarımında önemli bir parametredir. yüksek sıcaklıklar sayesinde bir motordan daha fazla itki elde edilebilir ya da sabit itki için motor boyutu küçültülebilir. yüksek yanma verimi ve yanma kararlılığı için özel analizler, testler yapılmakta ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı malzemeler geliştirilmektedir. yanma odasından çıkan sıcak gazların ilk temas ettiği kısım olan türbin, yüksek sıcaklıkta dönen parçaların bulunması sebebiyle teknolojinin son seviyesinde soğutma ekipmanlarını bünyesinde barındıracak şekilde tasarlanmaktadır. zorlu ve kritik bir görevi yerine getiren bu bileşenin üretiminde yine yüksek teknoloji kullanımı zorunludur. insanoğlu daima daha iyisini isteyen yapısıyla elde ettiği başarılardan daha ilerisine gözünü dikmiş ve yeni arayışlara girmiştir. yüksek güç, düşük yakıt tüketimi ve ömür çevrim maliyetlerinin azaltılması gibi istekler, farklı tipteki motorların gelişiminin önünü açmıştır.
farklı taleplere cevap vermek üzere tasarlanan farklı itki sistemi tipleri; turbojetler, turbofanlar, turboproplar, turboşaftlar, ramjetler ve piston motorları başlıkları altında toplanabilir. ayrıca hipersonik uçuşlarda kullanılmak üzere geliştirilen scramjetler üzerine de çalışmalar devam etmektedir.
pistonlu motorlar
pervaneli uçaklarda tercih edilen bir sistem olan pistonlu motor, otomotivde kullanılan motorların benzeridir. benzinli ve dizel çeşitleri bulunan bu sistem, azami 350 bg kadar düşük güç ve azami 0,4 mach'a kadar düşük hız gerektiren hava araçlarında tercih edilir. pistonlu motorların irtifa performanslarını yükseltmek için turboşarj ile desteklenmesi yaygın bir uygulamadır. yukarıda belirtilen performans kriterleri esas alındığında bu sistemler, gaz türbinli motorlara göre daha verimlidir. pistonlu motorların farklı bir türevi olan wankel motorlar, düşük hız, irtifa ve güç aralığında kullanılır. ismini mucidi alman mühendis felix heinrich wankel'den alan sistem, birim motor ağırlığı başına pistonlu motorlardan daha fazla güç sağlar. bununla birlikte yakıt tüketimi pistonlu motorlara göre daha fazladır.
kısımlarını yazmak gerekirse:
1- krank mili
2- biyel kolu
3- piston
4- valfler
5- emme subapı
6- buji
7- egzoz subapı
8- soğutma kanalları
turboproplar
itkinin pervane yolu ile sağlandığı turbopropların, pistonlu motorlardan en önemli farkı, türbine sahip olmasıdır. bu motorlar, turbojetlere ilave olarak ikinci bir türbine sahiptir ve bu türbinin sağladığı güç, ayrı bir şaft ile dişli kutusu vasıtasıyla devri düşürüldükten sonra pervaneye iletilir. turboproplarda %5 gibi düşük miktarda olsa bile egzoz gazlarından da itki alınabilir. 0,7 mach'ı geçmeyen hızlarda oldukça yüksek verim sağlayan bu itki sistemi, yaygın olarak nakliye ve bazı yolcu uçaklarında, hava indirme görevlerinde kullanılan uçaklarda vb. kullanılır. ağır abilerdir.
kısımlarını yazmak gerekirse :
1- güç mili
2- yanma odası
3- güç türbini
4- egzoz lülesi
5- türbin
6- mil
7- kompresör
8- dişli kutusu
9- pervane
turbojet
en basit gaz türbinli motor çeşidi olan turbojetler kompresör tarafından emilen havanın sıkıştırılarak basıncının artırılması prensibine göre çalışır. yanma odasında, yakıt ile karıştırılarak yakılan hava, büyük bir enerji ile türbine gelir. yüksek enerji içeren gazlar, türbin kanatçıklarına çarparak türbini döndürür. türbinin enerjisi de kompresörü döndürmek için kullanılır. türbinden çıkan sıcak gazlar, lüle olarak da tanımlanan egzoz çıkışında bir itki kuvveti oluşturur. yüksek hız ve performans sağlayan turbojetler, daha çok askeri uçak ve füzelerde kullanılır. yakıt tüketimi nispeten yüksek olan bu sistem, sivil havacılık alanında ise nadir olarak tercih edilir.
kısımlarını yazmak gerekirse:
1- hava alığı
2- yanma odası
3- şaft
4- lüle
5- türbin
6- kompresör
turbofan
turbofan itki sistemleri, aslında turbojet motorunu çekirdek motor olarak kullanıp ek olarak ön kısmına daha büyük çapta bir fan ilave edilmesinden meydana gelir. böylelikle ayrı bir miktar hava ; kompresör, yanma odası ve türbinden meydana gelen çekirdek motorun dışından bypass olarak adlandırılan şekilde ve yanmaya uğramadan geçirilir. oluşan alçak basınç, türbinden elde edilen enerji fan döndürmek için kullanılır. genel olarak düşük hızlarda turbojetten daha ekonomik ve verimli olan turbofanlar, bu nedenle sivil havacılıkta daha yaygın olarak tercih edilir.
kısımlarını yazmak gerekirse:
1- hava alığı
2- düşük basınç kompresörü
3- düşük basınç şaftı
4- yanma odası
5- düşük basınç türbini
6- lüle
7- bypass hava akışı
8- yüksek basınç türbini
9- yüksek basınç şaftı
10- yüksek basınç kompresörü
11- fan
ardyanma
kullanıcı talepleri doğrultusunda daha yüksek güç elde etmek amacıyla turbojet itki sistemlerinin ardyanma ile desteklenmesi yaygın olarak kullanılan bir metottur. sistem basitçe; türbin ile lüle arasında tekrar yakıt enjeksiyonu ile ek itki sağlanmasından oluşur. ardyanma genellikle muharebe uçaklarında kısa mesafede kalkış, tırmanma, tehlike durumunda bölgeden hızla uzaklaşma, keskin manevralar gerçekleştirme ihtiyacı gibi durumlarda tercih edilir. bununla birlikte bu yapı, yakıt tüketimini önemli ölçüde artırması nedeniyle kısa süreli olarak kullanılır.
ardyanmanın yapısını yazmak gerekirse:
1- hava alığı
2- yanma odası
3- şaft
4- ayarlanabilir egzoz lülesi
5- ardyanma
6- türbin
7- kompresör
turboşaft
uzun yıllar gücünü pistonlu motorlardan alan helikopterler, turboşaftların ortaya çıkışı ile önemli sıçrama yapmışlardır. turboproplara çok benzer bir yapıda olan bu sistemler, pervane dolayısıyla yüksek hız uygulamalarında kullanılamamakla beraber düşük hızlarda daha verimlidir.
kısımlarını yazmak gerekirse :
1-hava alığı
2- yanma odası
3- serbest güç türbini
4- güç şaftı
5- egzoz
6- kompresör türbini
7- kompresör
ramjet
kompresör ve türbin gibi dönen bileşen içermeyen ramjet, 1-5 mach arası çok yüksek hızlarda kullanılan bir motor türüdür. motorun içine giren hava, kompresöre gerek olmadan yüksek hızın etkisiyle sıkıştıktan sonra yakıtla karışarak yanmaya uğrar ve itki oluşturur. bu tür motor türleri, statik itki üretemediği için başka bir motorla belirli hıza ulaştırılmış hava araçlarını özellikle ses üstü hızlara ulaştırmak için kullanılır. bu nedenle ramjetler, genellikle güdümlü füzelerde tercih edilir.
önemli kriterler
güç, düşük yakıt tüketimi ve ömür çevrim maliyetlerinin azaltılması, motorun performansı ile ilişkilidir. bununla birlikte bir itki sisteminin başarılı olarak kabul edilmesinde başka mühim kriterler de mevcuttur.
günümüzde tüm önde gelen havacılık firmaları çevre dostu hava araçları tasarımına yönelmektedir. uçan bir makinenin çevre dostu olması ise gürültü seviyesinin ve egzoz gazlarının düşüklüğü ile ölçülür. bu noktada da doğal olarak başrol itki sistemlerindedir.
artık yasalarla da belirli sınırlamalara tabi olan gürültü ve egzoz gaz emisyon seviyelerinin sağlanabilmesi amacıyla motor üreticileri, önemli kaynakları seferber etmiş vaziyettedir. geliştirilmekte olan bir hava aracının belirlenen ihtiyaçlara göre ne tip bir itki sistemiyle donatılacağı, ömür çevrim maliyetlerinin tespit edilmesinde önemli bir kriterdir. motorun işletim verimliliğini belirleyen kriterlerin başında ise üretimde kullanılan malzeme gelir. gaz türbinli itki sistemlerinin imalinde yer alan malzemeler, yüksek özgül mukavemet değerleri ve oldukça iyi bir şekilde tekrarlayan güvenilir özellikleri ile ön plana çıkarlar. saç, çubuk, plaka, boru, dövme parça, döküm ve toz metalurjisi formunda olan bu tür yapısal malzemelerin üretilebilmesi ülkelerin ve üretici firmaların teknolojik seviyelerine de bağlıdır.
günümüzde hava araçlarının itki sistemlerinin imalatı yüksek teknoloji ve hassas işçilikle mümkündür. motorların başta ömür kriterini sağlaması bu teknolojilere bağlıdır. bu teknolojiler sayesinde oldukça karmaşık motor parçaları, istenen süreler ve maliyetler içerisinde üretilebilmektedir. bu teknolojilerin bazıları gizlidir ve paylaşılmamaktadır. ülkelerin stratejik değerleri içerisinde yer alan havacılık sektörünün önemli bir ayağı olan hava itki sistemleri teknolojisi, hem ulusal güvenliğin tesisi hem de refah düzeyinin artırılması noktasında kuvvet çarpanı olarak karşımıza çıkmaktadır ve çıkacaktır. bu alandaki gelişmelerin önümüzdeki yıllarda insanoğlunu daha yukarılara, daha hızlı bir şekilde götürmesi beklenmektedir.
Bonus: Hangi ülkeler jet motorunu kendi üretebiliyor peki?
2020 yılı itibarıyla, tamamı ile kendi kaynaklarını kullanarak bu motoru üretebilen sadece beş tane ülke var. bunlar fransa, abd, birleşik krallık, rusya ve japonya.
diğer ülkelerin hiçbiri bu işi kendi başlarına yapamıyor. almanya 2. dünya savaşı öncesinde bu listedeydi hatta ilk jet motorunu üreten de almanya'dır fakat giriştikleri anlamsız savaşı kaybetmeleri ile birlikte bu olanak ellerinden alınmıştır.
hani yerli uçak vs. diye bahsedildiğinde konuşulan şey motorlar dışındaki parçalardır. motorlar için paşa paşa, elin mahkum bu beş ülkeden birinin şirketlerine gideceksin, kaçışın yok. bunların hepsinden aynı anda ambargo yemeyi becerebilecek bir stratejik derinliğe sahipsen o "yerli uçak" iç politika malzemesi olmaktan öteye geç(e)mez.
ekleme: peki çin ne durumda? çin'in henüz jet motoru üretebildiğine dair bir kayıt bulamadım, rus dizaynlarının üzerinde oynayarak teknoloji geliştirmeye çalışıyorlar ve oldukça ilerlediklerine de eminim. kopyalama konusunda bu kadar yetenekli ve bu kadar olanağa sahip bir ülkenin bile henüz tüm bunlara rağmen bunu başaramamış olması da size konunun zorluğu hakkında bir fikir verebilir.