Kanat Ucundaki Sır: Uçaklar Neden Winglet Kullanır?

Times of Defence Konuk Yazarlar:

Özgür SULHAN- İstinye Üniversitesi Uçak Teknolojisi Önlisans Öğrencileri

Faruk TOY- İstinye Üniversitesi Uçak Teknolojisi Önlisans Öğrencileri

Erdem ÇELİK- İstinye Üniversitesi Uçak Teknolojisi Önlisans Öğrencileri

Bir uçağın penceresinden dışarı baktığınızda kanadın ucunun yukarıya doğru kıvrıldığını görürsünüz. Bu sadece estetik bir tasarım mı, yoksa arkasında yatan bir mühendislik dehası mı var?

Modern havacılıkta verimlilik, hızdan bile daha önemli bir hale gelmiştir. Bir yolcu uçağına bindiğinizde kanat uçlarında gördüğünüz o yukarı doğru kıvrık yapılar, yani Winglet (Kanatçık), havacılık endüstrisinin en zekice tasarımlarından biridir. Peki, bu küçük kıvrımlar devasa uçaklar için neden bu kadar hayati?

Şekil 1. Winglet

Görünmez Düşman ile Savaş

Uçaklar havada tutunabilmek için kanatlarının altında yüksek basınç, üstünde ise alçak basınç oluştururlar. Bu basınç farkı uçağı yukarı iter. Ancak fizik kuralları gereği, kanadın altındaki yüksek basınçlı hava, her zaman üstteki alçak basınçlı alana kaçmak ister.

Havanın kaçabileceği en kolay yer neresidir? Kanat uçları.

Kanat ucunda buluşan bu iki hava akımı, birbirine karışarak şiddetli bir girdap (vortex) oluşturur. Tıpkı bir teknenin arkasında bıraktığı köpüklü su izi gibi, uçaklar da arkalarında görünmez bir hava burgusu bırakır. Bu burgu, uçağı geriye doğru çeken ve Endüklenmiş Sürükleme (Induced Drag) adı verilen istenmeyen bir kuvvet yaratır. Yani uçak ileri gitmeye çalışırken, kendi yarattığı rüzgar onu geriye çeker.

Winglet (Kanatçık) Ne İşe Yarar?

İşte Winglet tam bu noktada devreye girer. Winglet, kanat uçlarında oluşan bu girdapları (vortex) azaltmak için tasarlanmış aerodinamik bir yapıdır.

Winglet, kanat ucuna bir duvar örerek alttan gelen havanın hemen üste kaçmasını engeller. Akışı yumuşatır, yönünü değiştirir ve oluşan girdabın şiddetini kırar. Basit bir benzetmeyle hortumun ucunu sıktığınızda suyun daha uzağa gitmesi gibi, Winglet de kanadın verimini artırarak uçağın havayı daha verimli kesmesini sağlar.

Rakamlarla Konuşalım: Neden Kullanılıyor?

  • Yakıt Tasarrufu: Sürüklemenin azalması, motorların uçağı itmek için daha az güç harcaması demektir. Bu da %3 ila %6 arasında yakıt tasarrufu sağlar. Küresel havacılıkta bu oran, yılda milyarlarca dolar ve tonlarca daha az CO2 salınımı demektir.
  • Daha Fazla Performans: Endüklenmiş sürüklemeyi %5-10 oranında azaltır. Bu sayede uçaklar daha dik açıyla tırmanabilir ve daha kısa pistlerden kalkış yapabilir.
  • Sessizlik ve Güvenlik: Arkada bırakılan girdaplar (Wake Turbulence) azaldığı için, arkadan gelen diğer uçaklar için hava sahası daha güvenli hale gelir. Ayrıca motorlar daha az zorlandığı için ses seviyesi düşer.

Sahadan Örnekler: Teorinin Pratiğe Dönüştüğü Nokta

Ticari Havacılıkta Tasarım Savaşları

Mühendisler, her uçak tipi için tek tip bir çözüm yerine, uçağın menziline ve operasyon yaptığı havaalanlarının yapısına (kapı genişlikleri) göre farklı çözümler geliştirmiştir. İşte gökyüzünde en sık karşılaştığımız 5 winglet tipi ve kullanım farkları:

1. Wingtip Fence (Kanat Ucu Çiti)

Kullanıcı: Airbus A300-600, A310, A320 (Klasik/Ceo seri), A380.

Tasarım Farkı: Kanat ucundan hem yukarı hem de aşağı doğru uzanan, genellikle ok ucu şeklinde küçük dikey plakalardır. Çok eski bir tasarım olmasına rağmen, girdapların kanat ucunun etrafından dolaşmasını fiziksel bir bariyerle engeller. Ancak yüzey alanı küçük olduğu için modern motorların ihtiyaç duyduğu yüksek yakıt tasarrufu oranlarını karşılamakta yetersiz kalmış ve yerini Sharklet’e bırakmıştır.

Şekil 2. A380 Wingtip Fence

2. Blended Winglet (Kıvrık/Harmanlanmış Kanatçık)

Kullanıcı: Boeing 737 NG serisi, Boeing 757 ve 767.

Tasarım Farkı: Kanat ile yumuşak bir eğri çizerek yukarı kıvrılır. Keskin bir köşe olmaması, birleşim noktasındaki parazit sürüklemeyi (interference drag) yok eder. Özellikle sık sık tırmanma ve alçalma yapan kısa/orta menzilli uçuşlarda çok verimlidir.

Şekil 3. Boeing 757 Blended Winglet

3. Raked Wingtip (Geriye Yatık Kanat Ucu)

Kullanıcı: Boeing 787 Dreamliner, 777 (-200LR/-300ER) ve 747-8.

Tasarım Farkı: Kanat ucu yukarı kıvrılmaz! Bunun yerine kanadın ucu geriye doğru kılıç gibi uzar ve sivriler.

Neden Kıvrık Değil? Uzun menzilli uçuşlarda en verimli tasarım, kanat açıklığını (wingspan) artırmaktır. Dikey bir winglet yapısal ağırlığı artırır, oysa Raked tasarım ağırlığı minimumda tutarak kanadı uzatır ve indüklenmiş sürüklemeyi azaltır.

Dezavantajı: Kanadı fiziksel olarak uzattığı için, dar kapı yapısına sahip iç hat terminallerine yanaşan Boeing 737 veya A320 gibi uçaklarda kullanılamaz. Sadece geniş gövdeli uçaklar için uygundur.

Şekil 4. Boeing 787 Dreamliner Raked Wingtip

4. Sharklet (Köpekbalığı Yüzgeci)

Kullanıcı: Airbus A320neo ailesi ve A350 XWB.

Tasarım Farkı: Blended Winglet’e benzer ancak daha dik ve daha yüksektir (yaklaşık 2.4 metre). Airbus’ın, Boeing patentlerine takılmadan geliştirdiği (ve davalık oldukları) bu tasarım, A320neo serisinde %4 yakıt tasarrufu sağlar. Özellikle tırmanma performansını artırarak gürültü kısıtlaması olan şehir içi havalimanlarında avantaj sağlar.

Şekil 5. A350 XWB Sharklet

5. Split Scimitar & Advanced Technology Winglet (Ayrık Pala)

Kullanıcı: Boeing 737 MAX (AT Winglet) ve modifiye edilmiş 737-800’ler (Split Scimitar). Aerodinamiğin son noktasıdır.

Tasarım Farkı: Kanat ucunda biri yukarı, diğeri aşağı (ventral strake) bakan iki parça bulunur. Mühendisler girdabın tek bir noktada değil, kanat ucunun tamamında karmaşık bir yapıda olduğunu fark etmiştir. Yukarıdaki parça ana girdabı, aşağıdaki küçük parça ise kanat altındaki akımı kontrol eder. Standart kıvrık kanatçığa göre %2 ekstra yakıt tasarrufu sağlar. Bu küçük fark, binlerce uçuş yapan havayolları için devasa bir kârdır.

Şekil 6. Boeing 737 MAX Advanced Technology Winglet

Yerli Gururumuz: İHA Sistemlerinde Winglet Kullanımı

  1. Bayraktar TB2T-AI

Dünyanın en çok ihraç edilen SİHA platformunun gelişmiş versiyonu olan Bayraktar TB2T-AI, winglet teknolojisinin Endurance (Havada Kalış Süresi) üzerindeki etkisinin en somut kanıtıdır. TB2T-AI, motoru durduğunda dahi süzülmeye devam edebilen, planör benzeri yüksek açıklıklı bir kanat yapısına sahiptir.

Kanat uçlarındaki özel tasarımlı wingletler, platformun düşük hızlarda loiter (hedef bölge üzerinde dönerek bekleme) yaparken oluşan indüklenmiş sürüklemeyi minimuma indirir. Bu aerodinamik verimlilik, TB2’nin 27 saati aşan görev sürelerine ulaşmasını ve amiyane tabirle yakıtı koklayarak kullanmasını sağlayan temel faktörlerden biridir.

Şekil 7. Bayraktar TB2T-AI

  1. Bayraktar Akıncı TİHA

Yüksek irtifa ve ağır yük taşıma kapasitesine sahip Akıncı, kendine has martı kanat yapısının ucunda yukarı kıvrık wingletler barındırır. Bu kanatçıklar, tonlarca mühimmatla kalkış yapan Akıncı’nın tırmanma performansını artırır ve 40.000 feet irtifada havanın yoğunluğunun az olduğu ortamlarda tutunmayı kolaylaştırır.

Şekil 8. Bayraktar Akıncı TİHA

Doğadan İlham: Kuşların Sırrı

Havacılık tarihi aslında doğayı taklit etme sanatıdır. Dikkatli bakarsanız, kartal ve şahin gibi yırtıcı kuşların süzülürken kanat uçlarındaki tüylerini yukarı doğru kıvırdıklarını görürsünüz. İnsanoğlu, kuşların milyonlarca yıldır enerji tasarrufu için kullandığı bu biyolojik yapıyı, 1970’lerde Richard Whitcomb (NASA) öncülüğünde metale ve kompozite dökmüştür.

Sonuç

Wingletler, kanat açıklığını (uçağın kapladığı yeri) artırmadan verimi yükseltmenin en etkili yoludur. Bugün Boeing’den Airbus’a, hatta Baykar’ın geliştirdiği İHA sistemlerine(Bayraktar TB2T-AI, Bayraktar Akıncı) kadar pek çok hava aracında farklı varyasyonlarını gördüğümüz bu sistemler, gökyüzüne açılan en akılcı kapılardan biridir.

Şekil 9. Poster Sunumumuz

Kaynakça

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir