Yolcu Uçaklarının Kanatlarının Ucundaki Kıvrımın Nedeni Nedir?
yolcu uçaklarının kanatlarının ucundaki bu kıvrım yolcu uçaklarının, uçmasını sağlayan kanatların alt ve üst tarafı arasındaki basınç farkının kanatların uç tarafında bir girdap yaratarak kaldırma kuvveti düşürmesine karşı alınmış bir önlemdir. bu girdap ingilizcede wingtip vortex, türkçede ise kanat ucu girdabı olarak bilinir.
bernoulli prensibi dolayısıyla, herhangi bir akışkan basıncın yüksek olduğu noktadan düşük olduğu noktaya akma eğilimindedir. kanadın ucundaki basınç farkı nedeniyle de, alttaki hava kanadın üstüne akmaya çalışır.
böylece hem kanadın altındaki basınç düşer, hem de kanadın üstündeki basınç artar ve bingo taşıma kuvveti azalır. bu azalan kuvveti karşılamak için de uçak motorlarının daha fazla itki sağlaması yani daha çok yakıt harcaması gerekir. yani görsel açıdan oldukça etkileyici olan bu manzara, mühendislik açıdan verimsiz bir uçak profilinden başka bir şey değildir.
işte kanadın ucuna eklenen bu kıvrım alttaki havanın üste karışmasını ciddi derecede engelleyerek, bu girdap nedeniyle oluşacak olan taşıma kuvvetindeki kayıpları azaltır. ekteki fotoğrafta kanat ucu kıvrımı eklenmiş ve eklenmemiş durumda karşılaşılan girdapların büyüklüğü gösterilmektedir. görüleceği gibi winglet kullanılan durumda bu girdap nedeniyle yaşanacak olan kayıpları ciddi bir düşüş söz konusudur.
yalnız pratikte kanadın ucuna ek bir kanatçık eklemek demek, katı yüzey alanını yani uçağın maruz kalacağı sürtünme kuvvetini artırmak demektir. bu nedenle, bu kanatçığın boyu ve açısı oldukça önemlidir. ne kadar az kısa boylu bir kanatçıkla, ne kadar etkin bir vortex reduction yaratabileceğinizi optimize ederek uçak motorlarının harcaması gereken yakıt miktarını minimize etmek gerekir. böylece doğaya daha az karbondioksit salınımı yaparak daha çevre dostu bir uçak yapmış olursunuz.
küresel ısınma nedeniyle optimizasyonun bu kadar önemli olduğu bir çağda, yolcu uçağında günümüz cutting edge teknolojisine sahip olan boeing dreamliner 787 uçağına gelin bir de bu gözle bakalım.
uçağın kanadına dikkat ettiyseniz eğer, yukarı doğru giderek artan bir açıyla yükseliyor. bunun nedeni uçağın kanadının kendisini kanatçık olarak kullanarak eklenecek olan kanatçıktan kurtularak sürtünme kuvvetinden dolayı yaşanacak kayıpların önüne geçmektir. yani göze hoş gelen bu görüntünün pratikte gayet de aerodinamik ile ilgili bir nedeni var.
peki bu geometride üretim yapmaktaki zorluk nedir diye soracak olursanız eğer şunu söyleyebilirim. bu geometride yaratılan net kuvvet kanat yüzeyine dik olduğundan dolayı, bu kuvvetin paralel kanat yüzeyinden farklı olarak iki bileşeni vardır. bunlardan ilki taşıma kuvveti dediğimiz, ihtiyacımız olan kuvvettir.
mamafih diğeri kanadın yukarı doğru çıktığı açının sinüsü olan bileşendir ve kanadın ucundan uçağın füzelaj dediğimiz gövde kısmına doğru bir kuvvet yaratır. bu kuvvet ise kanadın gövdeye bağlandığı yüzeyde, hem kompresyon hem de bükülme stresi yaratır.
işte burada da interdisipliner çalışma dediğimiz bir alan söz konusudur. kanadın üretileceği malzeme hayli önem kazanır. kanadın üretileceği malzemenin standart yere paralel kanatlardaki malzemeye göre daha dayanıklı olması gerekir ki optimizasyon dediğimiz şey de budur. hem doğru malzemeyi geliştireceksiniz, hem doğru geometriyi aerodinamik verimi artırmak için belirleyeceksiniz, hem de ekonomik olacak. işte mühendislik dediğimiz şey tam olarak budur.
edit: merak edenler için ilginç bir de anekdot paylaşayım. göçmen kuşların v formasyonu şeklinde uçmasının nedeni de bu kanat ucu girdabıdır.
