Kanatlar Nasıl Kaldırma Kuvveti Üretir

 

       Kaldırma kuvveti uçaklara etki eden dört kuvvetten biri olup ağırlığın zıt kuvveti olarak düşünülür. Peki bir Boeing 747-8 yaklaşık 487.5 ton ile kalkış yaparken de bir kağıt uçağı uçururken de oluşan bu kuvvet nasıl oluşur?  Çok karmaşık hesaplamaları olan bu kuvvet aslında sıvılarda enerjinin korunumu olarak açıklanabilir. Bu kuvvetin oluşması için cismin hava içinde hareket etmesi yada havanın cisim etrafından akması yeterlidir. Uçaklar hava içerisinde ileri çekici kuvvetle hareket ederken uçurtmalar rüzgarın onlara etkisiyle kaldırma kuvveti üreterek gökyüzüne doğru yol alırlar.   Bernoulli üstadın teorisine enerjinin korunumu kanuna göre  Toplam enerji = kinetik enerji + potansiyel enerji’dir. Buna göre bir tüp içinden sabit oranda akan bir sıvının toplam enerjisi arttırılıp, azaltılamaz.Bu kanuna basınç açısından bakarsak kaldırma kuvvetini anlayabiliriz. Tüp içindeki herhangi bir noktadaki toplam basınç daima aynıdır. Yani statik ve dinamik basıncın toplamıdır.

                   Dinamik basınç ise  ¹/₂ R_ho*V² dir.   Formüldeki R_ho havanın yoğunluğudur ve irtifa ile azalır. Süreklilik eşitliğine göre  de bir tüpe giren hava miktarı ve çıkan hava miktarı eşit olmak zorundadır. Şimdi bu formülleri  toparlarsak tüpe giren ve çıkan hava kütlesi aynı olmak zorunda olduğu için tüp içerisine giren hava dar alana geldiğinde hızını arttıracaktır. (Bahçemizi sularken hortumun ucunu elimizle biraz kapattığımızda su hızlanarak daha ileriye gitmiyor mu..?) Bunun sonucu olarak dinamik basıncımız artacak ve toplam basınç değişemeyeceği için statik basıncımız düşecektir. Oluşan bu basınç farkı işte bizim aradığımız Kaldırma Kuvvetini bize verecektir.   Bu noktadan itibaren önemli olan aerodinamik kesitimizin şeklidir.
                         Genel olarak iki tür aerodinamik kesit vardır:

        Simetrik ve Simetrik olmayan aerodinamik kesitler…. Eğer elimizde simetrik bir aerodinamik bir kesit olsa ve bunu hava akışına paralel tutsak kaldırma kuvveti oluşur mu? Cevap Hayır…… Peki simetrik kesitler KK üretmezler mi? Elbette üretirler hatta bazı durumlarda daha iyi sonuçlar verirler ama işin sırrı hücum açısındadır. Bir miktar hücum açısı ile kesitin üzerinden geçen hava akışının kat edeceği yol uzatılırken, altından geçen hava akışının yolu kısaltılır. Sonuç olarak da kesitin üzerinde geçen havanın hızı arttırılır ve işte kaldırma kuvveti için gerekli olan basınç farkı oluşur.  Simetrik olmayan bir aerodinamik kesit kullanıldığında ise kesitin şekli sayesinde kesitin üzerinden geçen hava hızı arttırılarak hücum açısı sıfır dahi olsa Kaldırma Kuvveti üretir.   KK belirleyen ana etkenlerden biri kesitimizin hücum açısıdır. Yani kesitimizin maruz kaldığı rölatif rüzgardır.   Her hücum açısına göre havanın kat ettiği mesafe farklı olacağı için üreteceği KK miktarı farklıdır. KK hücum açısına göre kesitin üzerinde her noktada farklı olarak oluşacaktır. KK miktarı hücum açısına göre oluşan ayrılma noktasından itibaren kesitin her noktasında farklı olur.  Ayrılma noktasının Altındaki bölümde statik basınç artarken üstünde statik basınç azalır.

                    Hesaplamaları basitleştirmek için kaldırma kuvveti tek bir noktadan etkiliyormuş gibi kabul edilerek BASINÇ Merkezi olarak adlandırılan noktadan yapılır. Şimdiye kadar vurguladığımız üzere Kaldırma Kuvveti hücum açısı arttırılarak arttırılabilir.

                            Sonuç olarak tartıştığımız kaldırma kuvveti bileşenlerini bir araya toplarsak :

                           Kaldırma kuvvetini Basınç X Alan (basınç uygulanan alan) olarak bulabiliriz.

  Bu formüle KK etkinliğini de kattığımızda Newton ustamızın kaldırma kuvveti formülüne ulaşırız:

          Kaldırma Kuvveti =C_l X ¹/₂ R_ho*V² X S

Burada Cl: KK etkinliği katsayısı (Hücum açısı , flap gibi faktörlerle arttırılır)

Görüldüğü üzere ürettiğimiz kaldırma kuvveti pek çok bileşenin değişik katsayılar ile üretilir. Uçuş esnasında bu faktörleri değiştirerek kaldırma kuvvetini gerektiği gibi kullanırız.