Ana Rotor Pallerinde Sıkışma Fenomeni

Ana Rotor Pallerinde Sıkışma Fenomeni

Ercan Caner, Sun Savunma Net, 11 Aralık 2018

Helikopter Aerodinamik Acil Durumları

Helikopterlerde genel olarak, diğer aerodinamik acil durumlara oranla daha sıklıkla meydana gelebilecek beş adet aerodinamik acil durum bulunmaktadır. Bu aerodinamik acil durumlar aşağıda sıralanmıştır.

  • Dinamik Devrilme,
  • Güçlü Çöküş,
  • Gerileyen Pal Stolü,
  • Yer Rezonansı ve
  • Sıkışma Fenomeni.

Helikopter pilotlarının tamamı ilk dört acil durum hakkında bilgi sahibidirler, bu aerodinamik acil durumların dördü de can ve mal kayıplarına neden olacak kadar ciddi kaza-kırımlara neden olduğundan bilinmemeleri de düşünülemez.

Gerileyen Pal Stolü

Sıkışma fenomenini daha iyi anlayabilmek için gerileyen pal stolünün ne olduğunu hatırlayalım. İleri uçuşta ana rotor diski üzerinden akan hava akışı, ilerleyen ve gerileyen ana rotor pallerinde farklıdır. İlerleyen taraftaki göreceli hava akışı helikopterin ileri hava hızı nedeniyle daha fazla iken gerileyen taraftaki göreceli hava akışının hızı göreceli olarak daha azdır. Helikopterin ileri hızı arttıkça,  ilerleyen ve gerileyen pallerin oluşturduğu kaldırma kuvveti arasındaki fark artar.

Rotordiskinin tamamında aynı kaldırma gücünü oluşturmak maksadıyla, ilerleyen palyukarı doğru, gerileyen pal ise aşağı doğru flaplar. Bu durum ilerleyen paldekihücum açısının (AOA – Angle of Attack) kaldırma gücünü düşürerek azalmasına, gerileyen palde ise kaldırma gücünü artırarak yükselmesine neden olmaktadır.İleri hızın arttığı belirli bir noktada, gerileyen paldeki düşük hız ve yüksek hücum açısı palin stol olmasına ve kaldırma gücü kaybına neden olur.

Gerileyen Pal Stolünün Emareleri

Gerileyen pal stolü, bir helikopterin aşılmaması gereken hızını (VNE – Velocity Never Exceed) belirleyen ve sınırlandıran ana faktörlerden bir tanesidir. Gerileyen pal stolü düşük frekanslı sarsıntı, burnun yukarı doğru kalkması ve helikopterin gerileyen pal tarafına doğru devrilmesiyle anlaşılabilir. Yüksek gros ağırlık, düşük rotor RPM’i (Rotation Per Minute – Dakikada Devir Adedi), yüksek yoğunluk irtifası, türbülans ve/veya keskin dönüşler yüksek hava hızlarında gerileyen pal stolünü tetikleyen faktörlerdir. İrtifa yükseldikçe belirli bir hava hızını muhafaza edebilmek için gereken pal hücum açısı artar. Bu nedenle, gerileyen pal stolüile yüksek irtifada düşük hava hızlarında yapılan uçuşlarda karşılaşılır.Birçok helikopter üreticisi irtifa azalmasına paralel olarak aşılmaması gereken hız (VNE) limitlerini gösteren kart ve grafikler yayınlamaktadırlar.

Gerileyen
Pal Stolünde Kurtarma Manevrası

Gerileyen pal stolü ile karşılaşıldığında kurtarma manevrası uygularken, geriye doğru saykılık tatbiki, flare etkisi yaratarak hücum açısını artırdığından durumu daha da kötüleştirecektir. Saykılığı ileri ittirmek de gerileyen paldeki hücum açısını artırdığından stolü derinleştirecektir. Gerileyen pal stolü acil durumu ile karşılaşıldığında doğru kurtarma manevrası; pallerin açısını ve dolayısıile hücum açısını azalttığından, öncelikle kollektifin aşağı doğru bastırılmasını gerektirmektedir. Müteakiben geriye doğru saykılık tatbik edilerek helikopter yavaşlatılabilir.

Gerileyen pal stolünün emareleri; gerileyen pal tarafına doğru devrilme ve burnun yukarı kalkışını takip eden ana rotor rotor sarsıntılarıdır. Gerileyen pal stolünden kurtulma manevrasında aşağıdaki işlemler sırasıyla uygulanmalıdır:

  • RPM’i
    yükseltilir,
  • Kollektif
    azaltılır,
  • Hava
    hızını düşürülür,
  • Manevranın
    keskinliği azaltılır,
  • Mümkün
    ise irtifa azaltılır.

Sıkışma Fenomeni

Helikopter ana rotor pallerinde en yüksek hız, ilerleyen pal ucunda elde edilir. İlerleyen palin Mach sayısının ‘‘kritik Mach sayısına’’ ulaşması veya aşması durumunda opalde sıkışma fenomeni meydana gelir.

Sıkışmanın ana etkisi; geri sürüklemedeki artış ve aerodinamik merkezin  palin hücum kenarının ilerisine doğru yer değiştirmesidir. Sıkışma etkisi helikopterlerde aşırı sarsıntı ve rotor RPM’nin muhafaza edilmesi maksadıyla daha fazla güç gereksinimi olarak hissedilir. Sıkışma fenomeni daha çok; yüksek hava hızı,yüksek rotor RPM’i, yüksek irtifa, düşük hava sıcaklığı ve türbülans şartlarında görülür.

Sıkışma etkisi helikopterleri yavaşlatan diğer bir faktördür. Göreceli olarak, ses hızına yaklaşan yüksek hava hızlarında hava akışının karakteri değişir ve sıkışma fenomeninin dikkate alınması gerekir. Helikopterin kendisi asla ses hızına yakın hızlara erişemez, fakat ana rotor pallerinin hızı kesin olarak ses hızına yaklaşır ve ilerleyen palin hızı sıkışma problemlerine neden olur. 150 Knotsüratte ileri doğru uçmakta olan tipik bir türbinli motorun ilerleyen pal ucunun hızı yaklaşık olarak saniyede 295 metredir ve bu hız, deniz seviyesindeki değeri 340 metre/saniye olan ses hızına oldukça yakındır. Bunun anlamı da sıkışma fenomeninin devreye girmesi, yani aynı kaldırma gücü için daha fazla güç gereksinimi ve artan sarsıntı ve gürültüyle birlikte şok dalgalarının oluşabilmesidir.

Dokuz kişinin hayatını kaybettiği helikopter kazasında helikopterden arta kalanlar. Foto: Fresh News

Özetlemek gerekirse, helikopter belirli bir ileri hızın üzerine çıktığında, gerileyen pal nasıl azalan hava hızı nedeniyle problemlere maruz kalıyor ise ilerleyen pal de çok yüksek olan hava hızı nedeniyle problemlere maruz kalmaktadır. İşte bu nedenle süper hızlı helikopterler imal etmek mümkün değildir ve belki de asla mümkün olmayacaktır.

Sıkışma fenomeni aslında gerileyen pal stolünün tam zıttıdır, ilerleyen pal, ses hızı duvarını aşabilir ve ilerleyen palin türbülanslı bir ortamda çalışmasına neden olur. Helikopterler daha hızlı uçmak için tasarlandıkça bu önemli bir mesele olarak karşımıza çıkmaktadır.

Yüksek hızlı hava akışında ana faktör ses hızıdır. Ses hızı, küçük basınç bozulmalarının hava içinde hareket ettiği orandır. Hızın bu yayılması, sadece hava sıcaklığının bir fonksiyonudur.

İleri doğru uçan bir helikopterde, göreceli olarak en yüksek hızlar, helikopterin hızı dönüden kaynaklanan hıza eklendiğinden, ilerleyen palin uç kısmında elde edilir. İlerleyen ana rotor palinin uç kısmının Mach sayısı, rotor pali kısmının kritik Mach sayısını aştığında sıkışma etkileri görülür. Kritik Mach sayısı, kalın ve yüksek derecede kavisli aerodinamik profil kullanılarak azaltılır ve kritik Mach sayısı artan kaldırma katsayısı ile düşer. Birçok helikopter palleri simetrik kısımlara bu nedenle de göreceli olarak yüksek kritik Mach sayısına sahiptirler. Sıkışmanın temel etkileri; sürükleme ve aerodinamik profilin aerodinamik merkezinin geriye doğru kayması olduğundan,sıkışma fenomeni helikopterlerde rotor RPM’ini muhafaza etmek için gereken güç miktarını yükseltir ve rotorda sertleşme, sarsıntı, kumandalarda titreme ve ana rotor pallerinde arzu edilmeyen yapısal bükülmelere neden olur.

Sıkışma Etkisine Neden Olan Şartlar

Sıkışma etkileri daha yüksek kaldırma katsayılarında (daha yüksek pal hücum açılarında)ve daha yüksek Mach sayılarında daha şiddetli olduğundan aşağıdaki çalışma şartları sıkışma fenomeninin meydana gelmesi açısından olumsuz şartlardır:

1. Yüksek hava hızı,

2. Yüksek rotor RPM’i,

3. Yüksek gros ağırlık,

4. Yüksek yoğunluk irtifası,

5. Düşük sıcaklık- Ses hızı, mutlak sıcaklığın karekökü ile orantılıdır. Bu nedenle sonik sürat, sonik hızın daha düşük olduğu düşük hava sıcaklıklarda daha kolay elde edilir.

6. Türbülanslı hava- Keskin rüzgâr darbeleri anlık olarak pallerin hücum açısını yükseltirken kritik Mach sayısını pal üzerinde sıkışma etkilerinin karşılaşılabileceği noktaya düşürürler.

Sıkışma etkileri pal hücum açısı azaltıldığında ortadan kaybolacaktır. Gerileyen pal stolü ve sıkışma fenomenindeki kritik şartların benzerliği dikkatlerden kaçmamalıdır, fakat aralarındaki temel fark da asla gözden kaçırılmamalıdır.Sıkışma fenomeni YÜKSEK RPM, gerileyen pal stolü ise DÜŞÜK RPM değerlerinde meydana gelir. RPM kontrolü hariç her iki aerodinamik problemde de kurtarma tekniği birbirinin aynısıdır.

Düzeltici İşlemler

Düzeltici işlemler hücum açısını veya hava akışı hızını düşürerek acil durumdan kurtulmaya yardım eden faaliyetlerdir. Sıkışma fenomeni ve gerileyen pal stolü kritik durumlarında benzerlikler vardır, fakat sıkışma fenomeni yüksek rotor RPM değerlerinde, gerileyen pal stolü ise düşük rotor RPM değerlerinde meydana gelmektedir. RPM kontrolü hariç her iki aerodinamik acil durum için de aynıdır. Sıkışma etkilerinden kurtarma tekniği aşağıdakileri kapsamaktadır:

  • Mümkün ise pal hücum açısı kollektif aşağı doğru bastırılarak azaltılır,
  • Rotor RPM’i düşürülür,
  • Manevranın keskinliği azaltılır,
  • Hava hızı düşürülür.

Bütün uçuculara emniyetli uçuşlar dilerim…

Yazar Profili

Ercan Caner
Ercan Caner
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin yanı sıra, uçak ve helikopter lisanslarına sahiptir.
Türkiye Hava Sahası Yönetimi alanında doktora tez çalışmalarını
sürdüren Caner’in İnsansız Hava Araçları (2014) ve Taarruz Helikopterleri
(2015) konulu makaleleri yayımlanmıştır. 36 yılı kapsayan TSK, BM ve NATO
deneyimlerine sahiptir.

Bir Cevap Yazın