“Aeorodinamik bir harika olan kuşla kıyaslandığı zaman, en gelişmiş hava aracı bile sadece kabataslak bir kopyadan öteye geçmez.” (Kusursuz Uçuş Makineleri, Bilim Teknik)

 

 

1903’te Wright kardeşlerle başlayan ve 280 metreyi ancak bulan motorlu uçaklarla ilk uçma deneyimimiz bugün on binlerce kilometreyi buldu. 113 yıl önce pi­lota bile oturacak yer temin etmekte güçlük yaşarken şimdi yüzlerce kişi çayımızı, kahvemizi yudumlayıp sohbet ederek kıtalar aşıyoruz bulutlar üzerinde. İlk uçma deneyiminden bu güne teknoloji çok gelişse de, uçmanın prensibi temelde hiç değişmedi. Uçaklar da kuşların on binlerce yıldır uçtuğu doğa kanunlarıyla uçuyor.

 

Öncelikle uçmanın kabaca tanımını yapalım: Uçma, havadan ağır bir cismin havada havaya nazaran ha­reket ederek belirli bir irtifada tutunabilmesi olayına denir. Bu tanıma göre balonlar ve füzelerin hareketleri uçma tanımı içine girmezler. Çünkü balon havadan hafiftir, füze ise havadaki hareketini havaya tutunarak elde etmez.

 

Peki tonlarca demiri havada tutan sır nedir? Bu soru­ya en uygun cevabı veren şüphesiz Daniel Bernolli’dir (1700-1782). Bernolli’nin adıyla da bilinen yasa bize şunu öğretiyor: “Eğer bir akışkan hareket halindeyse, sahip olduğu potansiyel enerjiye ilaveten hızından doğan kinetik enerjisi de mevcuttur. Bu ilkeye göre bir akışkan akımında bu enerjilerin toplamı değişmez. Buna göre eğer bir akışkanın hızı bir noktada artı­yorsa orada basıncı düşer, hızı azalıyorsa o noktada basıncı artar.” Bernolli’nin akışkanlar üzerinde yaptığı çalışmalarda Enerjinin Korunumu yasasının yanında Leonardo Da Vinci’nin (1452-1519) Süreklilik Yasası ve William Harvey’in (1578-1657) kalp-damar sistemine dair keşifleri oldukça etkili olmuştur. Doğadaki bu ya­sayı, bazı nehirlerde suya attığı küçük talaş ve tohum­ların suyun akışı hakkında verdiği bilgilerle kısmen keşfeden ilk kişi Leonardo Da Vinci’dir. Onun Süreklilik Yasası adı verilen keşfine göre suyun akış hızı boğazın darlığı ile doğru orantılı olarak artıyordu. Yani suyun hızı nehrin daraldığı yerde artıyor, genişlediği yerde azalıyordu. Bu tespitler Harvey’in kalp hareketleri ve atardamarların o hareketler karşısında aldığı durum ile ilgili tespitlerle birleşince ortaya Bernolli Yasası’nın önemli bir kısmı çıkmış oluyordu. Bernolli, Harvey’in kitabında, kalbin büzüldüğü zaman atardamarlardaki kan basıncının da arttığı, gevşedikçe de basıncın azal­dığı şeklindeki tespitini de okuyunca şimşekler çak­mış ve kuşları havada tutan sır ortaya çıkmıştı.

 

Aslında bu kanunun belirtilerini günlük hayatımızda sıklıkla müşahade ederiz. Örneğin otobüsle seyahat ederken yanından geçtiğimiz bir tırın römorkundaki brandanın şiştiğini farketmişizdir. Biz tırın yanından geçmeden önce romörktaki branda sönük ve römork iskeletine yapışık bir vaziyettedir. Fakat biz tırı solla­maya başlayınca brandanın bir balon gibi bir uçtan di­ğer uca şiştiğini görürüz. Aslında burada gerçekleşen olay Bernolli Yasası’na en güzel örneklerden biridir. Çünkü tırın yanına yanaştığımızda iki araç arasında kalan hava akım kanalında kesit daralmış, dolayısıyla havanın hızı artmış ve hızı artan havanın da basıncı azalmıştır. Tırın içindeki hava basıncı daralan kesitteki hava basıncından yüksek olacağından ötürü branda dışa doğru hareket etmiştir. Aynı kanunu, musluktan akan suyun yere yakın yerindeki kesitinin musluktan çıktığı yerdeki kesitinden dar olmasında, arasına üfle­nen iki kağıdın birbirine yapışmaya eğilim gösterme­sinde ve daha sayısız tabiî hadisede gözlemleyebiliriz.

 

Kuşların Uçuşu

Uçak ve kuş kanadının kesitleri incelenirse Bernolli Yasası’ndan faydalanacak şekilde bir dizayna sahip oldukları görülür. Bir kanat kesidi, yaklaşık olarak bir su damlasının düşey olarak kesilmesi halinde elde edilecek şekildedir. Uçağa/kuşa burun kısmından kuyruk kısmına doğru yan taraftan bakılırsa kanat kesitinin ön kısmının bombeli olup arka kısma doğru daralan ve en uçta sivrilen bir yapıya sahip olduğu gö­rülür. Kanat havada hareket ederken, etrafında akan hava bu sayede bir taşıma kuvveti oluşturur. Kanadın ön tarafından arka tarafına doğru hareket eden hava, kanadın üstünde-kamburluktan ötürü- uzun bir yolu katederken altında daha kısa bir yolu takip eder. Do­layısıyla kanadın üstünden akan hava hızı altından akan hava hızından yüksektir. Kanadın üstünde artan hız sebebiyle azalan ve kanadın altındaki hızın daha düşük olması sebebiyle yüksek kalan basınç, kanat alt ve üst yüzeyinde bir fark meydana getirir ve bu fark kanadı yukarı yönde kaldırmak ister. İşte bir uçağı havaya kaldıran eleman olan kanatta oluşan taşıma kuvveti bu şekilde elde edilmiş olunur. Uçak, kanadın­da oluşan ağırlığına zıt yöndeki bu taşıma kuvvetinin etkisiyle irtifa kazanmaya başlar.

Uçak kanadına kaplama ile verilen bu şekil, kuşların kanatlarında deri üzerindeki tüylerin özel yapısı ve dizilimiyle sağlanır. Farklı görevler için değişik özellik­teki binlerce tüy, kanatları uçmaya elverişli kılar.

 

Kuşlar ve uçakların benzer ve farklı özellikleri

• Bilindiği gibi havada hareket eden bir uçağa/kuşa etki eden 4 temel kuvvet vardır: Ağırlık, taşıma kuvveti, sürükleme kuvveti, itme (thrust) kuvveti. Ağırlığı karşılayan kuvvet taşıma kuvveti, uçağı/kuşu hareket yönünün tersine doğru iten sürükleme kuvvetini karşılayan kuvvet de itme kuvvetidir. Uçaklarda itme kuvveti güç gruplarıyla (motor) sağlanır. Fakat kuşlarda itme kuvveti de kanatlarla sağlanır. Kuşlar her kanat çırptıkla­rında kanatları altındaki havayı hızla aşağı doğru iterler. Bu hareket onların etki-tepki prensibinden istifade ederek havada yükselmelerini sağlar. Kuşlar bu şekilde irtifa kazanır ve daha sonra kazandıkları irtifayı hıza dönüştürerek yol alırlar.

 

• Uçaklar, kuşlar gibi üç eksende hareket ederler. Uçaklarda yatış hareketi (roll) kanat üzerindeki aileronlarla, dalış-tırmanış hareketi (pitch) yatay kuyruk veya onun üzerindeki irtifa dümeniyle, sağa-sola sapma hareketi (yaw) ise düşey kuy­ruk veya onun üzerindeki istikamet dümeniyle gerçekleştirilir. Kuşlarda uçaklardan farklı olarak düşey kuyruk yoktur. Düşey kuyruğun görevini onlardaki yatay kuyruk görür. Yatay kuyruk üze­rindeki özel tüylere istedikleri pozisyonu vererek pitch ve yaw hareketlerini kolaylıkla gerçekleşti­rirler.

 

• Uçaklarda kanat pozisyonlandırması çok önem­lidir. Yolcu uçaklarına önden bakıldığında kanadın gövdeye karın kısmından monte edildiği görülür. Aslında bu şekilde montaj hem kanadın verimini düşürür, hem de uçağın yalpa kararlılığını kötü yönde etkiler. Fakat iniş takımlarının kanada monte edilmesi ve boylarının da mukavemet için kısa olması gerektiğinden kanat gövdeye alttan tutturulur. Kuşlarda ise iniş takımının yerini alan ayaklar gövdededir. Bu sebeple kanatların gövdenin alt kısmından bağlı olması gerekmez. Kuşlarda kanatlar gövdeye üst kısmından bağlı­dır. Bu sayede kuşların yalpa kararlılığı ve kanat verimi değerleri çok iyidir. Kuşların bu özellikleri, daha büyük kanat taşımamaları dolayısıyla kanat çırpmada daha az enerjiye ihtiyaç duymaları ve havada daha kararlı uçuş yapmalarını sağlar.

 

• Uçaklarda en kritik hareket iniştir. İniş esnasında uçağın yavaşlaması havadayken flaplarla, yer­deyken de kanadın sırt kısmında yer alan spoiler, tekerlek frenleri ve thrust reverser (motorun ar­kasından çıkan ve itici gücü oluşturan havanın yö­nünü ön tarafa doğru çevriren sistem) ile gerçek­leştirilir. Uçağın güvenli bir şekilde inmesi içinse kilometrelerce pistler inşa edilmiştir. Kuşlarda ise bu işlem kanatların hücum açısını değiştirmesi ve kuyruktaki tüylerin bir yelpaze gibi açılıp hava akımını göğüslemesiyle gerçekleştirilir. Bu sayede kuşlar incecik bir dala bile konabilirler.

• Uçakların kanatları, belirli bir yükseklik, hız ve yüke göre en uygun şekilde üretilir. Ancak şartlar değiştiğinde kanat şekillerinin de değişmesi ge­rekir. Uçağa kuşbakışı bakıldığında kanadın göv­deye belli bir açı (ok açısı) değeriyle tespit edildiği görülür. Ok açısı, uçakların her hız değerine uygun olarak tespit edilemez. Uçağın hızı düşük değerlerdeyken ok açısının da düşük değerde olması, yüksek hızdayken ok açısının da yüksek değerde olması kanat verimine ve hız artışına oldukça önemli katkılar sağlar. Fakat bazı uçak­lar dışında değişken ok açılı kanat kullanılamaz. Çünkü bu çok yüksek ve pahalı bir teknolojidir. Kuşlarda kanatlar gövdeye her yönde hareket edebilen bir mafsalla bağlı olduğundan kanada istenen ok açısı rahatlıkla verilebilir. Örneğin bir şahin avını yakalamak üzere dalışa geçtiğinde kanatlarını geriye doğru çekerek ok açısını artırır ve bu sayede 300 km/h hıza ulaşabilir. Avına yaklaştığında ise ok açısını düşürür, hücum açısı­nı artırır ve birkaç metre içinde aniden yavaşlayıp avını rahatlıkla kaparak yoluna devam edebilir.

 

• Uçaklardaki hareketli mekanizmalar ısınıp aşına­cağından ısıyı emen ve mekanizmanın kayganlı­ğını artıran yağlar kullanılır. Bu sayede hareketli parçanın daha sağlıklı ve uzun ömürlü çalışması sağlanır. Kuşların, bir tanesi yaklaşık bir milyon adet parçadan oluşan tüyleri de uçuş esnasında sürekli hareket edip sürtünür. Bu da tüylerin ısınması ve aşınmasına sebep olur. Bu durum tüylerin en ince ayrıntısına kadar yağlanmasını gerektirir. Kuşlar ise, bunu yapabilmek için, kafa­sını boynunun etrafında 180° çevirir ve gagasını omurgasının arkasında aşağıda bulunan küçük yağ bezlerine bastırır. Sonra da tüylerini tarar. Bu yağı tüylerinin üstüne sürer, böylece tüyler mükemmel şekilde birleşirler ve bu hareketli bağlantılar yağlanmış olur.

 

Görünen o ki; kuşları taklit etmekle başlayan uçma sürecimizde hayli yol katettik. Ama Leonardo Da Vin­ci’den şu an yaşayan bilim adamlarına kadar geçen asırlarca zamanlık çalışmalar, bizleri hala onların kötü birer taklitçileri hükmünden kurtarabilmiş değil.

 

Kaynaklar:

1.Dünyayı Değiştiren Beş Denklem, Michael Guillen

2.Bilim Teknik Dergisi

3.www.wikipedia.org