Uçaklarda Fren Performansı

Uçaklarda Fren Performansı

Aerodynamics for Naval Aviators, H.H. Hurt, University of South California, Ocak 1965

Yazar: Ercan Caner, Sun Savunma Net, 1 Mart 2018

Foto: İhlas Haber Ajansı

Hava Aracı Kaza-Kırım Oranları

Hava aracı kaza kırımlarının neredeyse yarısı son yaklaşma ve iniş safhalarında meydana gelmekte, ölümcül kaza kırımlar da genelde uçuşun bu safhalarında gerçekleşmektedirler. Hava araçlarında meydana gelen kaza kırımların uçuş safhalarına göre oranlarını gösteren tablo aşağıdadır.

 

Uçuş safhalarındaki kaza-kırım oranları

Hava aracı iniş ve kalkışlarının büyük çoğunluğu kuru pistler üzerinde gerçekleştirilmekte, sadece küçük bir kısmı su ve buzla kaplı kirletilmiş pist yüzeylerinde yapılmaktadır. İstatistiklere göre su ve buzla kaplı pist yüzeylerinde meydana gelen pist dışına çıkma olayları, tahmin edilebileceği gibi, kuru pistlere nazaran oldukça fazladır. Kirli (kontamine) pistler üzerinde yapılan iptal edilen kalkış ve iniş esnasında lastik frenlemesinde aşırı kayıplar meydana gelmektedir. Bunun sonucunda durma mesafesi, mevcut pist uzunluğunu da aşacak şekilde önemli ölçüde uzamaktadır.

Hidro kayış (Aquaplaning/Hydroplaning) terimi, suyun lastik yüzeyi ile pist yüzeyi arasına girerek yastık görevi yapması sonucu, ıslak pist zemini üzerinde lastiklerin tutuş kabiliyetini yitirmesi anlamına gelmektedir.

Su yastıklaması, aradaki su tabakası nedeniyle hava aracı lastik yüzeylerinin pist sathı ile temas etmemesi durumudur. Sıvı basıncı, hava aracı tekerlekleri üzerine binen dikey yükleri dengelemektedir. Sıvılar, kuru lastik ve pist yüzeyinde olduğu gibi kesme kuvveti oluşturamadığından, lastik tutuşu kuru pistlere kıyasla çok düşük değerlere düşmektedir.

Viskozite, sıvı üzerine uygulanan kaydırma kuvvetinin karşılaştığı sürtünme direncinin bir ölçütüdür. Bir akışkan yüzey üzerinden geçerek aktığında yüzeye komşu olan akış tabakası durağan haldedir. Yüzeyden itibaren birbirini izleyen tabakaların hızları giderek artar, bunun anlamı; yüzeye yakın olan tabakaların hızları düşükken, uzak olan tabakaların hızlarının yüksek olmasıdır.

Sıvı üzerine bir kuvvet uygulandığında, sıvı tabakasının diğeri üzerine göreceli etkisi, kesme kuvveti olarak adlandırılır ve kuvvetin uygulandığı yönde ve yüzeye paraleldir. Kesme kuvvetine karşı sıvıdan gelen direnç ise kesme kuvvetine, akışkan tabakasına paralel olacak şekilde aksi yöndedir. Bu dirence viskozite denir.

Reynolds Deneyi ve Sonuçları: Düşük Hız: Boya düzgün bir hattı takip eder. Orta Hız: Boya dalgalı ve bozulmamış çizgiler halindedir. Yüksek Hız: Boya hızla tüp içindeki suya karışmış durumdadır.

Reynolds, deneylerinde cam bir tüp içinde farklı hızlarda akmakta olan sıvıya boya enjekte etmiştir. Sıvı düşük hızdayken, boya yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi düzgün bir hat boyunca akarken, sıvının hızı arttıkça boya hattı dalgalı/türbülanslı bir hale gelmekte ve belirli bir akış hızından sonra ise tamamen sıvıya karışmaktadır.

Sıvı akışının değiştiği akış hızı ‘‘Kritik Hız’’ olarak adlandırılmaktadır. Reynolds, sıvı akışının değiştiği kritik hızın; sıvının içinden aktığı tüpün çapı, akış hızı, sıvının yoğunluğu ve viskozitesine bağlı olduğunu belirlemiştir. Bu faktörlere ilave olarak sıvının düzgün akıştan çalkantılı ve türbülanslı hale geçişi; tüp geometrisi, yüzey pürüzlülüğü, sıcaklığı ve sıvının türüne de bağlıdır.


Reynolds Sayısı, yaptığı deneyler sonucu Osborne Reynolds (1842-1912) tarafından bulunmuştur; sıvının akış rejimi, esas olarak atalet kuvvetlerinin sıvıdaki viskoz kuvvetlere olan oranına bağlıdır. Diğer bir ifadeyle; bir sıvının atalet kuvvetlerinin viskozite kuvvetlerine olan oranıdır. Büyük Reynolds sayılarında sıvı yoğunluğu ve akışkan hızının karesi ile orantılı olan atalet kuvvetleri, viskoz kuvvetlere göre büyükken, küçük Reynolds sayılarında ise viskoz kuvvetler atalet kuvvetini yenebilecek ve sıvıyı düzgün olarak tutabilecek büyüklüktedir.

Yani Reynolds sayısı büyükken sıvının akışı çalkantılı ve türbülanslı, küçükken ise düzgündür. Sıvı akışının düzgün durumdan çalkantılı duruma geçtiği Reynolds sayısı ‘‘Kritik Reynolds Sayısı’’ olarak adlandırılır.

Dinamik ve Viskoz Hidro Kayış (Su Yastığı)

İnce bir su tabakası ile kaplı pist üzerinde hareket eden hava aracında, lastikler üzerine uygulanan bir kaldırma kuvveti bulunmaktadır ve bu kuvvet lastiklerin pist sathı ile olan temasını tamamen kesebilir ve/veya önemli ölçüde azaltabilir. Bu durum sürükleme katsayısını düşürecek ve pratikte sıfıra getirecektir. İlave olarak aksi yünde oluşan basınç kuvvetleri nedeniyle tekerlek pist yüzeyinden teması tamamen kesilmese de sabit bir duruma gelecek ve kızaklama başlayacaktır.

Lastik yüzeyi ve lastik altında kalan zemin yüzeyi arasında oluşan su basınçları esas olarak sıvı yoğunluğu ve/veya viskozitesine bağlıdır. Bu nedenle su yastığı, dinamik ve viskoz olarak iki kategoriye ayrılmaktadır. Her iki tip su yastığı aynı anda meydana gelebilir ve lastiklerin frenleme kabiliyeti üzerindeki etkileri aynıdır.

Üç Bölge Konsepti

Her iki tip su yastığının etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için lastiklerin temas yüzeyi ile zemin üç bölgeye bölünmektedir. Aşağıdaki şekilde; ıslak veya suyla kaplı bir pist yüzeyindeki fren uygulanmış veya serbestçe dönmekte olan lastik yüzey temas alanı ‘‘A, B ve C’’ olarak üç bölgeye ayrılmıştır.

A Bölgesi; hava aracı lastiklerinin pist üzerinde sabit durumdaki su tabakasına temas ettiği bölgedir. Suyun büyük kısmı bu bölgede uzaklaştırılmaktadır. B Bölgesi, ince bir su tabakası ihtiva eden bir geçiş sahasıdır. Son olarak C Bölgesi de lastik ve zemin yüzeyi arasında hiçbir su tabakasının bulunmadığı kuru bölgedir.

A Bölgesi: A Bölgesinde suyun çoğu püskürtülerek atılır, kalan su ise lastik dişleri ve pist dokusu arasında sıkıştırılır. A Bölgesinde meydana gelen su yastığı, lastiğin suyla kaplı zemin üzerinde dönmesi sonucunda oluşan hidro dinamik kuvvetlerin bir sonucudur. Bu durum, lastiğin sıvı ataletini yenen su ile direkt temasının bir sonucudur.

Lastik ve Pist Yüzeyi Arasında Oluşan ‘‘A, B ve C Bölgeleri’’. Direction of Travel- Hareket Yönü, Contact Area-Temas Alanı, Water Depth-Su Derinliği, Wedge of Water-Su Kenarı, A-B-C Zone-A, B, C Bölgeleri

Hidro dinamik kuvvetin büyüklüğü, lastiğin ileri yer hızının karesi ve sıvının yoğunluğu ile değişir. Lastik dişleri ile pist yüzeyi arasında oluşan temas basıncı, lastik yüzeyi altında kalan suyun kaçış hızını belirler. Daha yüksek kaçış hızı oluşturmaları nedeniyle; yüksek şişme basınçlı lastikler, düşük şişme basınçlı lastiklere nazaran pist yüzeyi ile aralarındaki suyu daha kolay atabilirler.

Artan yer hızı ile birlikte A Bölgesi geriye doğru uzayarak temas noktasına yaklaşır. Belirli bir (Yüksek) yer hızında ise A Bölgesi tamamen temas noktasına kadar uzanır. Bu esnada B ve C Bölgeleri yok olur ve hava aracı lastiklerinin pist yüzeyinden teması tamamen kesilir. Bu durum tam su yastıklaması olarak adlandırılmaktadır. Bu durumun oluştuğu kritik yer hızına ‘‘Dinamik Hidro Kayış Hızı’’ adı verilmektedir. Tam hidro kayış durumu oluştuğunda hava aracı lastiklerinin dönüşü durmaktadır.

Dinamik hidro kayış, lastik şişirme basıncı, lastik dişleri, su derinliği ve pist dokusu gibi birkaç faktörden etkilenmektedir. Burada pist dokusundan kastedilen; pistin yüzeyinde bulunan iri kaya ve/veya yivler tarafından oluşturulan pist sertlik derecesidir. Pist yüzey dokusu üzerinde bulunan yivler, A Bölgesinde lastik yüzeyi ile pist yüzeyi arasında sıkışan suyun kaçışına imkân sağlarlar.

Lastik dişleri ile pist yüzeyinde bulunan pürüzlerin sağladığı drenaj kanalları, lastik dişleri ile pist yüzey kaplamasındaki yivlerin en sığ bölgeleri arasında, hava aracı lastiği altında sıkışmış olan suyun kaçıp gitmesi için vadiler oluştururlar. Suyun bu vadilerden kaçıp gitmesi, bu tür yüzeylerde pürüzsüz veya az dokulu pist yüzeylerine nazaran sıvı dinamik basınç oluşumunu daha yüksek süratlere doğru geciktirir.

Hava Aracı Lastik Dişleri ve Pürüzlü/Sert Pist Yüzey Dokusu

Lastik yüzeyi üzerinde bulunan lastik diş yivlerinin atmosfer ile teması bulunmaktadır ve bu yivler de A Bölgesinde sıkışmış durumdaki suyun kaçması için kanallar oluşturur. Lastik diş yivleri arada kalan sıkışmış suyun tahliye edilmesinde pist üst satıh kaplamasına benzer bir vazife görürler. Pist yüzey kaplaması dokusunda pürüzler ve hava aracı lastik dişlerinde yeterli sayıda ‘‘dairesel’’ derin yivler olduğunda, su derinliği lastik yüzeyi ile pist yüzeyi arasında sıkışan suyun yeteri kadar hızlı atılmasını engellediği durumlar hariç, tam hidro kayış durumu normal olarak oluşmayacaktır.

B Bölgesi bir geçiş bölgesidir. Bu bölgede sadece ince bir su tabakası bulunmakta ve su basıncı viskoz (Bu nedenle bu bölgeden kaynaklanan kayışa Viskoz Hidro Kayış denilmektedir) etkiler nedeniyle muhafaza edilmektedir. Viskoz Hidro Kayış genel olarak ıslak/suyla kaplı ve üst satıh dokusu pürüzsüz olan pistlerde meydana gelmektedir. Pürüzsüz satıh dokusundan zımpara kâğıdı sertliğinde, pist yüzeyinde bulunan küçük taş parçalarının oluşturduğu sertlik ve pürüz seviyesi kastedilmektedir.

Hava Aracı Lastik Dişleri ve Pürüzsüz Pist Yüzey Dokusu

Pürüzsüz pist dokusu üzerinde, lastik dişleri tarafından temas edildiğinde çok yüksek yatak basıncı üreten çok sayıda keskin uçlu çıkıntılar bulunmaktadır. Bu yoğun basınç, süratle ince su tabakasını yırtmakta ve lastiğin yeniden pist yüzeyi ile temasını sağlamasına neden olmaktadır. Viskoz hidro kayış, tam dinamik hidro kayışa neden olan yer hızından çok daha az süratlerde meydana gelebilir. Bunun yanı sıra viskoz hidro kayış için gerekli olan su derinliği, dinamik hidro kayış için gerekenden çok daha azdır.

B Bölgesinde oluşan basınç bunun yanı sıra A Bölgesinde oluşan basınca nazaran daha fazla yer hızına dayanmaktadır. Viskoz hidro kayış ayrıca, lastik dikey yükleri ve lastik şişirme basıncı gibi faktörlerden de büyük oranda etkilenmez. A Bölgesinin oluşmadığı durumlarda, B Bölgesi, sürat aralığı içinde oldukça sabit kalacaktır. Satıh dokusu sert olan pistlerde, lastik dişleri ve satıh yüzeyi arasında oluşan ince su tabakası kaçabildiğinden, viskoz hidro kayış görülme olasılığı düşüktür. Bu tür durumlarda B Bölgesi göreceli olarak küçüktür veya hiç oluşmayacaktır.

Pürüzsüz mikro dokulu pistlerde viskoz hidro kayış Damp 2 yüzey şartlarında dahi gerçekleşebilir. B Bölgesinde, lastik ve pist yüzeyi arasında oluşan sıvı basınçları, sıvı viskozitesi arttıkça yükselirler. Sıvının viskozitesi arttıkça, hava aracı lastiklerinin, arada sıkışan suyu atması da o kadar zorlaşacağından, yüksek sıvı viskozitesi, viskoz hidro kayış olasılığını artıracaktır.

Tam viskoz hidro kayışın hemen öncesinde tekerleklerin dönüşünde bir azalma meydana gelecektir. B Bölgesinde lastik kapsama alanı altında viskoz su basıncı oluşturan, lastik/pist sathı etkileşimi ile oluşan viskoz su tabakasının atılabilmesi için sert bir mikro doku yapısına ihtiyaç duyulduğu yukarıda ifade edilmişti. Bununla birlikte, B Bölgesinde oluşan ince su tabakasının bir kısmı da lastik diş uçları ve pist sathı arasındaki temas noktalarında yapılan lastik diş tasarımı ile atılabilmektedir.

Bu temas noktalarında, pist satıh mikro dokusunun yaptığı gibi, su tabakasını kıracak ve atacak yoğun temas basınçları üretilmektedir. B Bölgesindeki ince su tabakasını atmada etkili olmak için lastik dişlerinde ince yarıklar veya bıçak kesiği inceliğinde çiziklere gereksinim duyulmaktadır. Bu tür tasarımlar araç lastiklerinde kullanılabilirken, dişli kopma veya tutma problemleri nedeniyle ticari hava aracı lastiklerinde kullanılmamaktadır.

Ticari havayolu işletmeciliğinde kullanılan jet hava araçları üzerindeki lastikler daima düz satıhlara sahiptir ve üzerlerindeki yivler sadece daireseldirler. Hava aracı lastikleri üzerindeki dairesel yivler, B Bölgesinde lastik altında oluşan ince su tabakasını atmakta çok az etkilidirler. Bu etki, sadece dişli yivlerinin kenarlarında söz konusudur. Dairesel yivlerin gerçek derinliklerinin de arada sıkışan ince su tabakasının atılmasında önemli bir rolü bulunmamaktadır.

C Bölgesi, lastik ve pist sathı arasında kuru temasın olduğu bir bölgedir. Bu bölgede lastik üzerindeki sürtünme kuvvetleri frenlere basıldığında elde edilir. C Bölgesinde oluşan sürtünme kuvveti yaklaşık olarak kuru pist sürükleme kuvvetinin temas alanı oranı ile çarpımına eşittir. Bu nedenle C Bölgesi küçüldükçe fren sürtünme kuvveti de küçülecektir. Hava aracı lastiklerinin, ince su tabakası nedeniyle pist sathından temasının tamamen kesildiği durumlarda, hava aracı lastiklerinin fren sürtünme katsayısı, sıvılar büyük miktarda tutunma kuvveti üretmediğinden, oldukça düşük olacaktır.

Hava aracı lastiklerine uygulanan deneylerden elde edilen veriler, fren sürtünme katsayısının 0,10 değerine kadar düşebildiğini göstermiştir. Islak pist üzerindeki A Bölgesinde, lastik-zemin temas alanı yüksek hızlarda o kadar büyük olabilir ki lastik ile pist sathı arasındaki temas kaybolabilir. Yapılan testlerde, dinamik hidro kayış sürati, lastik basıncı ile yükseldiğinden şişirme basıncının artırılmasının bu etkiyi dengeleme eğiliminde olduğu gözlemlenmiştir.

Fren Sürtünme Katsayısı ve Fren Etkileri

Bu gerçek, C Bölgesinde lastik basıncının artırılmasının fren sürtünme kuvvetlerine yaptığı etki ile terstir. Deneysel veriler, kuru pistlerdeki fren sürtünme katsayısının, lastik basıncı artırıldıkça düştüğünü göstermektedir. Bununla beraber bu etki, A Bölgesinde lastik basıncının yarattığı etkiden daha azdır.

Klasik literatürde, kuru pistlerde dikey yük değişimlerinin sürtünme katsayısında yarattığı etki, lastikler elastik bir cisim olarak hareket ettiklerinden ve lastik kapsama alanı, yük ile lastik basıncındaki küçük değişikliklerden az etkilenerek arttığından, ihmal edilebilir olarak kabul edilmektedir.

A380 Airbus tam yüklü durumda 1.265.000 pound ağırlığındadır. Yolcu uçağının gerektiğinde durdurulması maksadıyla fren sistemine ilave olarak her bir kanat üzerinde sekizer adet spoiler bulunmaktadır. Spoiler’ların görevi A380 Airbus mekanik fren sistemine aerodinamik frenleme ile yardım etmektir. Uçak üzerinde bulunan Rolls-Royce turbofan motorlar da ters yönde itki üreterek frenlemeye yardımcı olmaktadır. Foto: Phil Cooke—flightlineimages.com

Bununla beraber yapılan son çalışmalar farklı bir sonuç ortaya çıkarmıştır. Sürtünmenin ilk kanunu; sürtünme kuvvetinin dikey yükle doğru orantılı olduğunu ifade etse de son yapılan analizler; dikey yükün, ağır yüklü bir hava aracı lastiklerindeki fren sürtünmesinin kızaklamasına neden olduğunu ortaya çıkarmıştır.

Hava aracı hafif şekilde yüklendiğinde, dikey yük artarken, gerçek temas alanı da dikey yükle orantılı olarak artacaktır. Bununla birlikte lastik aşırı olarak yüklendiğinde, pürüzler arasındaki boşluklar dolmaya başlayacaktır. Dikey yük artarken gerçek temas alanı artık dikey yükle orantılı olmaktan çıkacaktır. Bütün bu sonuçlar C Bölgesinde üretilen sürtünme kuvvetleri için de geçerlidir.

Frenleme Performansı

Hava aracı konfigürasyonları ve pist şartlarının çoğunluğu için hava aracının frenleri yavaşlamak için en güçlü araçtırlar. Spesifik durumlar için spesifik frenleme teknikleri gerekse de bütün durumlar için geçerli olan çeşitli esaslar bulunmaktadır.

Sürtünme; temasta olan iki yüzey arasındaki göreceli harekete olan dirençtir. Yüzeyler arasında göreceli hareket olduğunda bu göreceli hareketle ilgili dirence kinetik veya kayan sürtünme adı verilmektedir, yüzeyler arasında herhangi bir göreceli hareket olmadığında ise statik sürtünme olarak adlandırılmaktadır.

Temasta olan yüzeyler üzerindeki çok küçük yüzey süreksizlikleri, göreceli hareket olmadığında birbirleri üzerine oldukça iyi otururlar, bu nedenle statik sürtünme genellikle kinetik sürtünmeden fazladır. İki yüzey arasındaki sürtünme kuvvetinin büyüklüğü büyük oranda temasta olan yüzeylerin tipine ve yüzeyleri birbirine bastıran kuvvetin büyüklüğüne bağlıdır.

Bir pist üzerindeki tekerleklerin sürtünme katsayısı birçok faktörün fonksiyonudur. Pist yüzey durumu, kauçuk bileşimi, tekerlek dişleri, tekerlek doldurma basıncı, yüzey sürtünme kesme mukavemeti ve göreceli kayma hızı, sürtünme katsayısını etkileyen faktörlerdir. Tekerlek pist üzerinde dönerken fren kullanılmadığı anlarda ortaya çıkan sürtünme kuvveti basit olarak dönüş mukavemetidir. Kuru pist yüzeylerinde dönüş sürtünme katsayısı yaklaşık olarak 0.015 ile 0.030 arasındadır.

Modern bir hava aracı frenleme sisteminin ana parçaları.

Modern Hava Aracı Frenleme Sistemi

Frenlerin uygulanması, tekerleklere dönüşü geciktiren bir tork uygulanmasına neden olmaktadır. Bununla birlikte frenlerin başlangıç uygulaması bir frenleme torku yaratırken, bu ilk yavaşlatma torku, sürükleyici ve döndürücü bir tork üreten sürtünme kuvvetindeki artış ile dengelenecektir. Hiç şüphesiz frenleme torku, dönüş torkuna eşit olduğunda tekerlekte bir dönüş ivmelenmesi olmayacak ve sabit bir dönüş hızı muhafaza edilecektir. Böylece, frenlerin uygulanması bir yavaşlatma torku üretecek ve tekerlek ile pist yüzeyi arasındaki sürtünme mukavemetinin artmasına neden olacaktır.

Frenleme tekniğinde sıkça rastlanılan problem; azami olası dönüş torkundan daha büyük bir frenleme torku yaratan aşırı fren basıncı uygulamaktır. Böyle bir durumda tekerlek dönüş hızını kaybederek sabit hale gelene kadar yavaşlayacak ve nihayetinde lastik yüzeyine kilitli tekerlek kaymaya başlayacaktır.

Sıfır kaymanın olduğu durum tekerleğin frenler uygulanmadan döndüğü durumdur. Tam kayma durumu ise kilitli tekerleğin, lastik yüzeyi ile zemin arasındaki göreceli hızın gerçek hıza eşit olduğu durumdur. Frenlerin uygulanmasıyla sürükleme katsayısı artarken küçük gözlenebilir bir kaymaya neden olur.  Sürtünme katsayındaki artış, belirli bir azami noktaya kadar elde edilmeye devam edilir ve sonra kayma artarken düşmeye ve %100 kayış noktasına doğru yaklaşmaya başlar. Aslında, sürtünme katsayısı en üst değeri, yeni başlayan kızak durumunda oluşur ve bu noktadaki göreceli kayış esas olarak lastik yapısının elastik kesme sapmasından ibarettir.

Temizlenmiş beton pist yüzeyi kuru olduğunda, piyasada bulunan birçok hava aracı lastiklerinin sürtünme katsayısı azami değeri 0.6 ile 0.8 arasındadır. Kuru pist yüzeylerinde sürtünme katsayısının bu azami değerine birçok küçük farklılıklar meydana getirebilir. Örneğin, yumuşak sakız kauçuğu bileşimi bir lastik, çok yüksek bir sürtünme katsayısına sadece düşük yüzey kesme gerilimi değerlerinde sahip olabilir.

Yüzey kesme geriliminin arttığı durumlarda, yüksek sürtünme katsayısı değerlerine ulaşılmadan önce yumuşak sakız kauçuğu bileşimi lastik kesilecek veya büyük oranda aşınacaktır. Yüzey kesme ve aşınmalarına daha fazla mukavemet için hava aracı lastiklerinin üretiminde daha dayanıklı bileşimler kullanılmaktadır, fakat daha sert kauçuk da daha düşük asıl sürtünme katsayısına sahiptir.

Yüksek performanslı uçaklar aşırı lastik ağırlık ve ebatlarına sahip olamayacağından, hava aracı lastiklerinin çoğunluğu kısmen sert kauçuktan imal edilmekte ve belirli ağırlık kapasitelerinde veya yakın değerlerinde kullanılmaktadırlar. Sonuç olarak, kuru ve sert yüzeyli pistlerde hava aracı lastiklerinin çoğunluğunda sürtünme katsayısı üst değerlerinde çok az fark bulunmaktadır.

 Modern bir hava aracı fren sisteminin parçaları.

 

Kuru pist yüzeylerinde yüksek tutuş kabiliyeti lastik tasarımındaki tek göz önüne alınacak kriter olsaydı sonuç; geniş bir kaplama alanı yaratmak ve yüzey kesme gerilimini azaltmak için çok geniş yumuşak lastikler kullanmak olurdu. Bununla birlikte, böyle bir lastik, yüksek dönüş sürtünmesi, büyüklük ve zayıf yanal kuvvet gibi birçok olumsuz karakteristiklere sahip olurdu.

Pist üzerinde su veya buz olduğu durumlarda azami sürtünme katsayısı değeri kuru pist yüzeylerine nazaran büyük oranda azalmaktadır. Pist üzerinde su olduğunda, kauçuk ve pist arasındaki teması muhafaza etmek ve bir su tabakasının yüzeyleri kayganlaştırmasını engellemek maksadıyla lastik diş tasarımı çok önemli bir hale gelmektedir.

Yağışın hafif olduğu durumlarda, sürtünme katsayısı en üst değeri yaklaşık olarak 0.5 civarındadır. Yağışın ağır olduğu durumlarda ise lastik ve pist yüzeyi arasında ince bir tabaka oluşma riski artacak, böyle durumlarda da sürtünme katsayısı en üst değeri nadiren 0.3’ü aşacaktır. Bazı çok aşırı durumlarda hava aracı lastiği su sathı üzerinde yol alacak ve sürtünme katsayısı 0.3’ten çok daha az olacaktır. Pist üzerinde bulunan pürüzsüz buz ise sürtünme katsayısının aşırı düşük seviyelere düşmesine neden olacaktır. Böyle durumlarda sürtünme katsayısı en üst değeri yaklaşık olarak 0.2 ile 0.15 arasına kadar düşebilir.

Viskoz Kızaklama & Tersine Kauçuk Kızaklama

Özellikle ıslak ve buz kaplı pist yüzeylerinde, kızaklama durumunun başlamasının hemen sonrasında, sürtünme katsayısının artan kayma hızıyla birlikte düşeceği asla akıldan çıkarılmamalıdır. Bu nedenle kızaklama başladığında; sürtünme kuvveti ve dönüş torkundaki bir azalmaya frenleme torkundaki bir azaltma ile karşılık verilmelidir, aksi takdirde tekerlek yavaşlayacak ve kilitlenecektir. Bu, kilitlenen tekerlekteki kızaklayan lastik yüzeyi, sürükleme katsayısının en üst seviyesine ulaştığı kızaklama durumunun başladığı ana nazaran önemli ölçüde daha az yavaşlama kuvveti ürettiğinden frenleme tekniğinde göz önünde bulundurulması gereken önemli bir faktördür.

Sürükleme Katsayısı ve Lastik Kayış Oranları

 

Eğer tekerlek aşırı frenleme nedeniyle kilitlenir ise kayan lastik yüzeyi azami yavaşlama kuvvetinden daha az üretir ve lastikler göreceli olarak önemli oranda yanal kuvvet üretme kabiliyetini yitirirler. Durma mesafesi uzayacak ve tam kayış oluştuğunda, hava aracının kontrolü, imkânsız hale gelmese de zorlaşacaktır. İlave olarak, kuru pist üzerindeki yüksek dönü hızlarında, kızaklayan lastik üzerinde ilk karşılaşılan problem, yavaşlama kuvvetinin kaybından ziyade lastiğin iş görmemeye başlamasıdır.

Pilot, fren uygulamasının, azami dönüş torkundan daha fazla aşırı frenleme torku üretmediğinden emin olmalı ve pist şartlarının daha düşük sürtünme katsayısı sağladığı ve fren yüzeyleri üzerindeki normal kuvvetin küçük olduğu durumlara özellikle dikkat edilmelidir. Kızaklama durumunu algılamak veya ayırt etmek zor olduğunda, kızaklamayı engelleyen veya otomatik frenleme sisteminin değeri çok daha iyi anlaşılacaktır.

Frenleme Tekniği

Minimum durma mesafesi sağlayan fren teknikleri ile lastiklerdeki aşınma ve yırtılmaları en aza indirgemek maksadıyla uygulanan fren tekniklerinin birbirlerinden çok farklı olabileceği net bir şekilde ayırt edilmelidir. Hava aracı konfigürasyonlarının çoğunluğu için frenler, çok ciddi buzla kaplı pistler hariç bütün pist yüzey şartlarında ihtiyaç duyulan yavaşlamayı sağlayan en önemli araçtırlar.

Hiç şüphesiz aerodinamik geri sürükleme kuvveti de oldukça dayanıklıdır ve pistin yeteri kadar uzun olduğu ve geri sürükleme kuvvetinin yeteri kadar yüksek olduğu durumlarda kullanılmalıdır.

Hava aracı flaplar tam aşağı ve spoiler (kaldırma kuvvetini azaltan kanat yüzeyi) tam yukarı durumunda.

Aerodinamik geri sürükleme, sadece tekerlek koyma sonrasında %20 ile 30 arasında hız azaltmada etkilidir. İniş hızından %60 ile 70 daha az olan süratlerde aerodinamik geri sürüklemenin çok az etkisi olacak ve frenler, pist şartları ne olursa olsun, yavaşlamak için temel kaynak haline gelecektir.

Minimum iniş mesafesi gerektiren durumlarda, aerodinamik geri sürükleme sadece iniş rulesinin başlangıç kısmında, yüksek geri sürüklemenin mevcut olduğu ve çok kötü pist şartlarında yavaşlamak için temel araç olacaktır. Böylesi durumlara oldukça nadir rastlandığından, azami etkinlik üretmek maksadıyla dikkat daha çok frenlerin uygun kullanılmasına yönlendirilmelidir.

Mümkün olan azami yavaşlama kuvvetini sağlamak maksadıyla, bütün gayret fren yüzeylerinde azami normal kuvvet oluşturulmasına odaklanmalıdır. Pilot, iniş rulesinin ilk safhalarında henüz dinamik basınç yeteri kadar büyükken ve aerodinamik kuvvetler ve momentler alınabilirken, fren yüzeylerindeki normal kuvveti etkileyebilecektir. İniş rulesinin bu bölümünde pilot, hava aracı kaldırma kuvvetini ve normal kuvvetin iniş takımlarına yayılmasını kontrol edebilir.

Göz önünde bulundurulacak ilk şey, mevcut pozitif kaldırma kuvvetinin hava aracı ağırlığını desteklediği ve iniş takımları üzerine binen normal kuvveti azalttığıdır. Şüphesiz, frenleme sürtünmesi maksadıyla negatif kaldırma kuvveti yaratmak avantaj sağlasa da bu üç tekerlekli hava araçlarının genel kabiliyetleri kapsamında değildir. Hava aracı kaldırma kuvveti inişin hemen sonrasında önemli ölçüde büyük olabileceğinden, tekerlek koymanın hemen sonrasında flapların geri çekilmesi veya spoilerlerin uzatılması kanat kaldırma kuvvetini azaltacak ve iniş takımları üzerine binen yüklerin artmasına neden olacaktır. Flapların çekilmesi ile oluşan azalan geri sürükleme, fren yüzeylerine uygulanan artan normal kuvvetten kaynaklanan yükselen sürtünme kuvveti ile telafi edilecektir.

Hava aracı tekerlekleri üzerine binen yük frenlemeye yardımcı olur, sürüklemeyi artırır.

Frenleme etkinliğinin kontrolünde ikinci olası faktör, normal kuvvetin iniş takımı yüzeylerine dağıtılmasıdır. Üç tekerlekli hava araçlarında, burun iniş tekerleğinde genellikle fren yoktur ve burun tekerleği üzerine yapılacak herhangi bir uygulaması sadece hava aracını kontrol maksadıyla ihtiyaç duyulan yanal kuvvet oluşturulmasını sağlayacaktır. Yavaşlama durumlarında, sürtünme kuvveti ve atalet kuvveti tarafından yaratılan burun aşağı oluşan moment, önemli oranda normal kuvveti, sürükleme kuvveti yaratılmayan burun tekerlekleri üzerine aktarma eğilimindedir. İnişte tekerlek koyma anında pilot, bu durumu belirli bir dereceye kadar kontrol edebilir ve ana tekerlekler üzerine uygulanan normal kuvveti yeniden kazanabilir veya artırabilir.

Tekerlek koyma sonrasında hava aracının burnu, burun tekerlekleri piste temas edene kadar alçaltılır, burun tekerleğinin pist yüzeyi ile teması kesilmeyecek şekilde kumanda levyesi geriye doğru tok tutulurken frenleme uygulanır. Burada elde edilmek istenen etki, burun tekerlekleri üzerine uygulanan normal kuvveti minimize etmek ve fren yüzeylerindeki normal kuvveti artırmaktır. Temel etki normal kuvveti ana iniş tekerleklerine transfer ederken, hava aracı net kaldırma kuvvetindeki azalmaya bağlı olarak normal kuvvette önemli bir artış görülebilir. Hava aracı net kaldırma kuvvetindeki bu azalma, özellikle kuyruksuz veya kanat ile kuyruk arasındaki mesafe kısa olan hava araç konfigürasyonlarında görülme eğilimindedir.

Flapların geri çekilmesi ve kumanda levyesinin geriye doğru tok tutulmasının birleşmiş etkisi fren sürtünme kuvvetinde önemli bir artış sağlamaktadır. Şüphesiz flaplar hava aracı henüz havada iken kesinlikle geri çekilmemeli ve kumanda levyesinin geriye doğru uygulanması, hava aracının burnunu pist üzerinden kaldırmayacak şekilde uygulanmalıdır. Bu teknikler, frenler hava aracının durdurulması için gereken azami sürtünme katsayısını üretmek maksadıyla uygun kullanılmadığı sürece hiçbir işe yaramazlar. Henüz başlayan kızaklama durumu azami bir sürtünme katsayısı üretecektir fakat bu noktanın farkına varmak ve muhafaza edebilmek hava aracı üzerinde kızaklamayı engelleyen (Antiskid) sistem olmaksızın oldukça zordur. Sürtünme katsayısının en üst seviyesini elde etmek ve fakat bir kızaklama veya arıza, kontrolün kaybı veya sürtünme katsayısında önemli bir düşüşe neden olan tekerlek kilitlenmesini önlemek maksadıyla, frenlerin akıllıca kullanılması gerekmektedir.

Frenlerin kapasitesi yeterli frenleme torku yaratacak ve yüksek sürtünme katsayısı olacak şekilde olmalıdır. İlave olarak frenler, etki ve performanslarını kaybetmeden ortaya çıkan ısı etkisine de dayanma kabiliyetinde olmalıdırlar. Frenlere duyulan en kritik gereksinim, müsaade edilebilir azami yükle gerçekleştirilen inişler esnasındadır.

Frenleme Tekniğinde Sık Rastlanan Hatalar

Frenleme tekniğindeki hatalar genellikle diğer hatalar ile çakışmaktadır. Örneğin pilot hava aracını aşırı süratle indirdiğinde, uygulayacağı yanlış frenleme tekniği baştaki hatasına eşlik edebilir ve emniyetsiz bir durum yaratabilir. Frenleme tekniğinde yaygın ve herkes tarafından yapılan bir hata; azami muhtemel dönüş torkundan daha fazla frenleme torku oluşturmaktır. Sonuç, tekerleğin yavaşlayarak kilitlenmesi ve meydana gelen kızaklama durumunun sürtünme katsayısını azaltması, yanal kuvvet kabiliyetini düşürmesi ve lastik arızası olasılığını artırmasıdır.

Eğer azami fren gerekiyor ise tekerleğin kilitlenmesini ve kızaklamayı önlemek maksadıyla fren torkunun ayarlanmasına dikkat edilmelidir. Öte yandan, azami sürtünme katsayısı da kızaklama durumunun hemen başında elde edildiğinden, azami sürtünme kuvveti üretmek maksadıyla yeterli fren torku uygulanmalıdır. Azami yavaşlamanın gerektiği durumlarda, fren uygulamaları arasındaki dönemler sadece çok küçük ve ihmal edilebilir bir soğutma sağlayacağından, aralıklı fren uygulaması hiçbir işe yaramayacaktır. Frenler yumuşak bir şekilde uygulanmalı ve kızaklama durumunun meydana gelmemesi için en üst veya yakın tork değerlerinde frenleme torku ayarlanmalıdır.

İniş rulesi mesafesini etkileyen önemli faktörlerden bir tanesi tekerlek koyma süratidir. Tekerlek koyma esnasındaki fazla sürat minimum durma mesafesinde büyük bir artışa neden olacağından, pilotun uygun süratte tekerlek koymak maksadıyla inişi hassas bir şekilde kontrolü gerekmektedir. Kuru ve sert yüzeyli yeterli uzunluktaki pistlere inerken pilotların genel eğilimi pist uzunluğundan azami şekilde faydalanmak ve fazla süratle tekerlek koymaktır.

Hiç şüphesiz inişler esnasındaki bu tür hatalar asla hoşgörü ile karşılanmamalı ve pilotlar bütün inişlerini mükemmel şekilde yapmak için çaba sarf etmelidirler. Tekerlek koyduktan hemen sonra hava aracı kaldırma kuvveti fazla ve frenleme yüzeylerindeki normal kuvvetler oldukça az olabilir. Bu nedenle, eğer aşırı frenleme torku uygulanır ise tekerlek yüksek süratte kolayca kilitlenebilir ve aniden lastik arızaları meydana gelebilir.

İniş Mesafesi (Ölçeksizdir), soldan sağa açıklamalar: Eşik üzerinde 50 feet. Tekerlek Koyma Noktası. İdeal Şartlarda Hava Aracı Durma Noktası. Gereken İnme Mesafesi Sonu. Pist Sonu. Calculated Landing Distance: Hesaplanan İnme Mesafesi. Safety Factor: Emniyet Faktörü. LDR-Gereken İnme Mesafesi. LDA-Mevcut İnme Mesafesi

Islak veya buzlu bir piste inmek, azami sürtünme katsayısındaki azalma nedeniyle frenlerin akıllıca kullanılmasını gerektirmektedir. Elde edilebilir azami sürtünme katsayısı değerindeki azalma nedeniyle pilot, kuru pist şartlarında uygulananın üzerinde, minimum inme mesafesinde bir artışa karşı hazırlıklı olmalıdır.

Pist yüzeyinde önemli ölçüde su veya buz olduğu durumlarda, aynı gros ağırlık, yoğunluk irtifası ve rüzgâr şartlarında iniş mesafesinde %40 ile 100 arasında bir artış beklenmelidir. Ne yazık ki zayıf frenlemeye neden olan bu tür durumlar, aynı zamanda turbo jet motorların rölanti durumunda yüksek itme kuvveti oluşturmasına da neden olduğundan, çok aşırı durumlar (pürüzsüz, cam gibi buz ve ağır yağmur), makul durma mesafesini etkilemek maksadıyla, motorların susturulmasını dahi gerektirebilir.

 

Bütün uçuculara emniyetli uçuşlar ve inişler 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