aerodinamik
Aerodinamik Nedir :
Katı bir cismin havada hareketinden veya havanın katı cisimlere hızla çarpmasından doğan olayları inceleyen bilim dalıdır.
Bir köprünün, bir binanın, bir yarış otomobilinin, sesten hızlı bir uçağın yapımı, bir uzay kapsulünün atmosfere dönüşü ancak bu bilim sayesinde sağlam bir çözüme kavuşabilir.
Hava, ilerlemekte olan bir cisme dirençle karşı koyar. Hızla kayan bir kayakçının hızını artırmak için büzülüp tortop olmasının nedeni budur. Bir direncinin şiddeti havanın yoğunluğuna, cismin hızına, biçimine ve ilerleme yönündeki kesit genişliğine bağlıdır. Hava direncinin en az olabilmesi için cismin aerodinamik bir biçimde olması gerekir. Bu biçim, havadan düşmekte olan bir damlanın yumurtamsı biçimidir. Ayrıca hava yoğunluğu nekadar azsa havanın direnç de o kadar az olur. Uçakların çoğunlukla 10000 metre yukardan uçmalarının nedeni budur.
Hava Tüneli :
Aerodinamik olayları incelemek için özel yapılmış hava tünelleri kullanılır. Hava direnciyle karşılaşacak cismin (bina, uçak, köprü, v.b) küçük bir modeli hava tünelinin içine konduktan sonra üstüne hızla hava üflenerek denemeler yapılır. Hava akımının gözle görülebilmesi içinde çeşitli yöntemlere başvurulur (cisme ince yün yapıştırma, cisimden renkli duman fışkırtma, striyoskopi, v.b).
Hava tünelindeki yapılan incelemeler, 50 km’ den aşağı hızlarda hava moleküllerinin cismin yüzeyinden kaydığını ve cisim geçtikten sonra eski yerlerini aldığını göstermiştir. Fakat hız artınca cismin arkasında hava girdapları oluşmaya başlar. Bu kesimde büyük bir basınç düşüklüğü ortaya çıkar ve bu yüzden cisme karşı havanın direnci çok artar. Eskiden trenlerin ve otomobillerin hızı az olduğu için biçimleri bir sorun yaratmıyordu. Ama günümüzde otomobilerin ve trenlerin hızları arttığı için otomobil, lokomotif ve vagonların biçimleri de hava tünellerinde yapılan deneylerle düzenlenmektedir.
Uçakların Uçuşu :
Kuşların uçuşu gibi uçakların da uçuşu gövde ve kanatların biçimine ve bunların aerodinamik kuvvetlere uygun kullanılmasına bağlıdır. Uçağı kaldıran gövdesi değil kanatlarıdır. Gövdeye sadece havada iyi kaymasını sağlayacak biçim verilmesi yeter.Aerodinamik araştırmalar özellikle uçakların kanat biçimleri ile ilgilenir. Hava tünellerinde yapılan incelemeler bu bakımdan büyük gelişme sağlamıştır.
Yapılan deneylere göre, kanatların ön kenarı hafifçe değirmi, arka kenarı ince, üst yüzü hafif şişkin, alt yüzü hafif çukur olmalıdır. Kanat havada hareket ettiği zaman önden çarpan havaikiye ayrılarak arkaya doğru kayar. Üst yüz şişkin olduğu için hava moleküllerinin geçeceği mesafe alt yüze oranla daha hızlıdır. Bunun sonunda üst yüzün üstünde bir basınç düşüklüğü, alt yüzün altında ise bir basınç yüksekliği doğar.
Eşit olmayan hava akımının bir başka sonucu da şudur : aerodinamik kuvvetler aşağıdan yukarı doğru yönelir. Bu kuvvetlerin bir kısmı uçağı havada tutmaya yarar, bir kısmıda onu sanki geri çeker. Uçak kanadının alt ve üst tarafında ya da uçan bir cismin çevresinde meydana gelen yüksek ve alçak basınç bölgeleri hava sarsıntılarına yol açar. Sarsıntı dalgaları ses dalgalarına eşit bir hızla yayılır. Uçakların ve füzelerin hızı, bunların ses hızına oranıyla ve mach (mah) sayısı denilen bir birimle belirlenir. Deniz yüzeyinde ve 15°C ta, mach 1 saatte 1224 km’ lik bir hız demektir.
Bir cisim havada mach 1′ den yavaş uçarsa basınç dalgaları ondan önde gider. Cismin hızı mach 1′ e ulaştığı zaman basınç dalgaları cismin hızıyla bir olur ve önünde şok dalgası denen bir çeşit perde meydana getirir.
Bu hava engeli uzun süre aşılmaz sanılmıştı. İkinci dünya savaşının sonuna kadar. Mach 1′ i aşmak için girişilen bütün denemeler felaketle sonuçlandı. Mach 0,8′ den itibaren bozukluk başlıyordu : uçağın tepetaklak olması, gövde ve kanatlarda şiddetli sarsıntı, hız yaybı gibi… Hava tünelleri bu sakıncaları ortadan kaldırma ve mach 1 ‘ i aşma olanağı sağladı. Bugün sesten hızlı sesten hızlı uçak ve füzeler henüz iyi bilinmeyen mach 0,8 ile mach 1,2 arasındaki bu bölgeyi çok çabuk aşabilmektedir.
Ses Üstü ve Ses Ötesi Uçuş Nedir?
Mach 1,2 ile mach 4 arasındaki uçuşlara sesüstü uçuşlar denir. Ancak uçaklar mach 1,2′ den sonra oldukça farklı aerodinamik kanunlara uymak zorunda olduğundan ona göre tedbirler alınır (ince ve arkaya doğru ok, yada delta biçiminde kanat v.b).
Hız ne olursa olsun hareket eden cisimn çevresinde kinetik bir ısınma meydana gelir. Uçağın bazı kısımlarında sıcaklık Mach 2′ den 100 °C’ a, mach 2 ile 4 arasında 300 °C’ a yükselir. Bu yüzden ısınmaya elverişli bütün sivri çıkıntılar elden geldiğince yok edilir. Ses ötesi uçuşlarda (mach 4′ ten yukarı) ısınma olayı daha da önem kazanır. Bu nedenle sesötesi hızda uçan aygıtlar (saatte 7275 km hız yapan Amerikan X-15 füze uçağı, saniyede 11 km hızla atmosfere giren uzay kapsülleri) silikonlu koruyucu tabakalarla kaplanır. Koruyucu gömlek aşırı ısıyı emer,erir, buharlaşır, böylece bir süre için aygıtı eriyip yok olmaktan kurtarır.
