Uçaklarda hidrolik sistemler, enerjiyi verimli bir şekilde iletmek amacıyla basınç altındaki sıvıların kullanıldığı sistemlerdir. Bu sistemler, motor gücünü alır ve hidrolik güce dönüştürür. Hidrolik sistem, uçaktaki çeşitli fonksiyonları kontrol etmek için kullanılır; bunlar arasında iniş takımları, frenler, kanatlar, spoilerler ve uçuş kontrol yüzeyleri yer alır.

Hidrolik Sistem Nedir?

Uçak hidroliği, enerjiyi veya gücü bir yerden başka bir yere verimli bir şekilde iletme aracıdır ve bu enerjiyi iletmek için basınç altındaki sıvının kullanıldığı bir sistemdir. Hidrolik sistemler, motor gücünü alır ve bunu bir hidrolik pompa aracılığıyla hidrolik güce dönüştürür. Bu güç, uçağın içinden geçen hidrolik borular vasıtasıyla uçağın her tarafına dağıtılabilir. Hidrolik güç, bir aktüatör veya türbin vasıtasıyla mekanik güce yeniden dönüştürülebilir. Hidrolik sistemler, iniş takımı, frenler, kanatlar, spoilerlar ve uçuş kontrol yüzeyleri gibi çeşitli yapıları kontrol etmek için uçaklarda yaygın olarak kullanılır.

Sisteme temel olarak göz attığınızda, bir hidrolik pompa mekanik gücü hidrolik güce dönüştürür. Bir aktüatör silindiri veya kısaca aktüatör, hidrolik gücü mekanik güce dönüştürür. Hidrolik sistem yerine bir elektrik sistemi kullanılsaydı, pompanın yerini bir jeneratör ve aktüatör silindirinin yerini de bir motor alırdı. Aktüatör, hidrolik gücü doğrusal veya dairesel harekete dönüştürebilir. Dönme hareketini ihtiyaç duyulan miktara düşürmek için içinde bir redüksiyon dişlisi vardır.

Bir uçuş kontrol yüzeyi anında hareket alabilmelidir ve bunu hidrolik sistem kolaylıkla başarır. Elektrikli bir sistemde, dönen armatür tam olarak durmalı ve ardından yönünü tersine çevirmelidir, aksi takdirde armatür yanacaktır. Hidrolik sistemde böyle bir şey olmaz çünkü hidrolik sistemde motora gerek yoktur. Bir iniş takımında, hidrolik motor, hava yükleri sisteme etki etse ve sürtünme kaynaklı hava çarpsa bile iniş takımı sistemini sorunsuz bir şekilde toplamak için yeterli  gücü üretebilir. Önceden sistemler, kontrol mekanizması (pedallar gibi) ile kontrol edilen yüzey (dümen gibi) arasında makaralarla bağlanan çelik kablolar kullanarak hareketi kontrol ederdi. Kablolar, sıcaklık değişimleri nedeniyle kabloların genleşme oranlarından etkileniyordu. Hidrolik sistemler, kablo sistemine kıyasla kapalı bir sistem olduğu için (atmosfere açık değil) sıcaklığın etkisi konusunda endişelenmeden hareketi kontrol edebilir. Bu, uçağın daha iyi kontrol edilmesi ve pilotun uçağı kontrol etmek için yaptığı hareket ile kontrol yüzeyinin verdiği yanıt arasında daha az gecikme süresi anlamına gelir.

Hidrolik Sistemin Avantajları ve Dezavantajları

Avantajları

Uçaklardaki hidrolik sistemler, pnömatik, elektrik ve mekanik sistemler gibi diğer sistemlerle karşılaştırıldığında çeşitli avantajlar sunar. Örneğin, yüksek güç-ağırlık oranına sahiptirler, yani küçük ve hafif bir pompa ve aktüatörle büyük miktarda kuvvet ve tork üretebilirler. Bu, yalnızca sistemin ağırlığını ve boyutunu azaltmakla kalmaz, aynı zamanda uçağın performansını ve yakıt verimliliğini de artırır. Ek olarak, hidrolik sistemler son derece esnek ve uyarlanabilirdir, farklı işlevlere ve gereksinimlere uyacak şekilde kolay yapılandırma ve değişiklik yapılmasına olanak tanır.

Ayrıca, sistemin kontrolünü ve geri bildirimini artırmak için elektronik ve bilgisayar sistemleriyle entegre edilebilirler. Dahası, hidrolik sistemler basınç regülatörleri, tahliye valfleri, akümülatörler ve ikili-üçlü pompa yapısı gibi çoklu yedekleme ve arıza emniyetli özellikleri nedeniyle yüksek emniyet ve yedekleme sağlar. Bu özellikler, bir arıza veya acil durum durumunda sistemin emniyetini ve güvenilirliğini sağlarken, gerektiğinde azaltılmış veya kısmi kapasitede çalışmasına da  olanak tanır. Sisteme yönelik ihtiyaç duyulduğunda hızlı bir şekilde yanıt verebilir, pratik olarak sınırsız güç üretir.

Dezavantajları

Pompalar, rezervuarlar, aktüatörler, valfler ve akışkan hatları gerektirir, bu da ağırlığı artırır. Daha fazla bileşen, daha yüksek bakım ve karmaşıklık anlamına gelir. Kaçaklar sistem verimliliğini azaltabilir ve arızalara yol açabilir. Hidrolik sıvılar yüksek basınç altında yanıcıdır ve yangın riskini artırır. Kaçaklar ve basınç kaybını tespit etmek için düzenli kontroller gerektirir. Hidrolik sıvı kirliliği bileşenlerin aşınmasına, korozyona veya arızaya neden olabilir. Hidrolik sıvı dökülmeleri çevre için tehlikelidir ve temizlenmesi zordur. Kullanılmış hidrolik sıvının bertaraf edilmesi için atık yönetimi ve sıkı çevre düzenlemeleri gerektirir.

Hidrolik sıvı sürtünmesi ısı üretir ve soğutma sistemlerine ihtiyaç duyar. Aşırı ısı, akışkan özelliklerini bozabilir ve sistem performansını düşürebilir. Hidrolik pompalar gürültülü olabilir ve kabin gürültüsüne katkıda bulunur. Yüksek basınçlı sıvı akışı titreşime neden olarak konforu ve bileşen aşınmasını etkileyebilir. Hidrolik sistemler sürekli çalışarak kullanılmadıkları zamanlarda bile enerji tüketirler. Contalar, hortumlar ve pompalar zamanla bozulur ve periyodik bakım gerektirir. Yüksek basınçlı sistemler metal bileşenlerde yorulma ve aşınmaya neden olur.

Hidrolik Sistem Komponentleri

Hidrolik sistemler, modern uçaklarda yüksek kuvvet ve hassasiyet gerektiren çeşitli kritik bileşenlerin çalıştırılması için gereklidir. İniş takımlarının açılması ve toplanması, ana ve yardımcı uçuş kumanda yüzeylerine (aileron, elevator, rudder, spoiler ve flaplar) hareket verilmesi, fren sistemleri ve kargo kapıları örnek olarak verilebilir.

Çoğu modern uçakta, akümülatörler, motorlarda bulunan hidrolik pompalar, elektrikle çalışan pompalar, rezervuarlar, filtreler, tahliye valfleri, dolum valfleri ve ilgili ekipmanlar gibi bir dizi ana bileşen, rutin bakım işlemleri için kolayca erişilebilen uçağın hidrolik servis baylarında bir araya gelmiştir.

Temel hidrolik sisteminde bulunan rezervuar, genellikle mineral veya sentetik tabanlı olan hidrolik sıvıyı depolar. Pompa sıvıyı rezervuardan çeker ve yüksek basınç kazandırarak valfe gönderir. Valf, sıvı basıncını mekanik harekete dönüştüren aktüatöre giden sıvı akışını ve yönünü düzenler. Aktüatör, bir motor veya bir servo olabilir. Akışkan daha sonra bir filtre ve bir soğutucu aracılığıyla rezervuara geri döner.

Bir yangın durumunda kokpitte tüm akışı (yakıt, hidrolik, hava) kesebilen fire-shutoff valf vardır. Bu valfler her uçak tipindeki pompaların besleme hattında bulunabilir. Pressure switch, pompa tarafından sağlanan basıncın çok düşük olması durumunda kokpite uyarı verir, düşük basınç lambasını yakar. Basınç tahliye valfi, basınç çok yüksek olduğunda açılır ve sistemin veya üzerine monte edilmiş bir komponentin hasar görmesini önler. Basınç filtresi, hidrolik sıvısındaki kir veya metal parçacıklarını temizler ve çalışacak sistemlerin arızalanmasını ve hasar görmesini engeller. Check valf, hidrolik sıvının pompalara geri akışını engeller. Bu özellikle motorun durması veya pompalardan birinin uçuş sırasında arızalanması durumunda önemlidir.

Hidrolik sıvısı check valflerden geçtikten sonra bir manifolda gönderilir. Hidrolik manifold, üzerine uçuş kontrol ve iniş takımı sistemlerinin parçalarının monte edildiği bir metal bloktan oluşur. Hidrolik sıvı, manifold dağıtım portları aracılığıyla sistem parçalarına verilir. Genellikle, yüksek basınç tahliye valfleri ve sistem basınç sensörleri ve switchleri bu manifolda monte edilir. Hidrolik sistemdeki basınç yükselmelerini azaltmak veya basınç dalgalanmalarını sönümlemek için nitrojen yüklü akümülatörler kullanılır.

Hidrolik sıvı, bir dönüş hattı ve bir dönüş filtresi aracılığıyla sistemlerden rezervuara geri gönderilir. Bu, ana sistem olarak adlandırılan kapalı bir sistem olduğu anlamına gelir. Case drain bu küçük sabit akışı alır ve genellikle bir filtre ve bazen de bir sıcaklık sensörü aracılığıyla rezervuara geri gönderir. Case drain filtresi sık sık kontrol edilmesi gereken bir noktadır çünkü bu filtreden geçen sıvı yatakların soğutulması amacıyla kullanılır ve bu nedenle oluşabilecek bir yatak arızasının göstergesidir. Case drain sıvısının sıcaklığındaki bir artış, dahili  kaçakların bir göstergesidir. Başka bir deyişle, dahili hidrolik sıvı kaçağı hidrolik sistem sıvısının aşırı ısınmasına neden olur.

Hidrolik Sıvılar

Uçak sistemleri, aşağıdaki özelliklere sahip bitkisel, mineral ve sentetik bazlı yağların hidrolik sıvılarını kullanmaktadır. Bileşenlerin iyi yağlanmasını sağlarlar. Viskoziteleri, borulardaki sürtünmeyi en aza indirmek ve motorlar ile pompaların yüksek hızda çalışmasına izin vermek için yeterince düşük, ancak bileşenlerden sızıntıyı önlemek ve yüksek basınçlı hidrolik sıvının ağırlığını azaltmak için yeterince yüksek olmalıdır. Sistemde iç korozyonu önlerler. Geniş bir çalışma sıcaklığı aralığı vardır. Tanıma amacıyla sıvılar renklendirilmiştir.

AMM aksini belirtmediği müddetçe farklı özelliklere sahip sıvılar asla karıştırılmamalıdır. Hidrolik sisteme servis esnasında güncel AMM sayfalarının takip edilmesi elzemdir. Fosfat ester bazlı sıvı (sentetik), öncelikle ateşe dayanıklılığı ve geniş çalışma sıcaklığı aralığı nedeniyle modern uçaklarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Skydrol ve Hyjet en çok tercih edilen hidrolik sıvılardır.

Hidrolik Sistem Pompaları

Pompalar, hidrolik sıvıyı basınçlandırır. Genel olarak hidrolik sistemde üç tip pompa vardır: motor tahrikli pompalar (EDP – Engine Driven Pump), elektrikli pompalar (EMP – Electric Motor Pump) ve el pompalarıdır (Hand Pump).

Motor Tahrikli Pompalar

Bir uçak iki motorla donatıldığında, hidrolik güç sistemine basınç ve akış sağlamak için her motorda bir pompa bulunur. Bunlara ana pompalar veya motor tahrikli pompalar denir. Bu pompalar genellikle değişken pompalardır, yani akışı ve dolayısıyla sistem basıncını düzenlerler. Bu durumda, basınç ayar valfine gerek yoktur. Pompalar bir besleme hattı üzerinden hidrolik sıvı ile beslenir. Pompalara iyi bir besleme sağlamak için nispeten büyük çaplı bir besleme hattı, rezervuardaki hidrolik sıvıyı basınçlandırmak ve fire-shutoff valf hariç olmak üzere besleme hattına komponent takmamak gibi bir dizi gereksinimin karşılanması gerekir.

Motor tahrikli pompa normalde hidrolik sistemin ana kaynağıdır. Pompa motor dişli kutusuna (Accessory Gear Box) monte edilir ve motor tarafından tahrik edilir. Pompanın devri motorun devrine göre değişir. Motor devri artarsa, pompanın devri de artar ve bunun tersi de geçerlidir. Pompanın akışı dakikadaki devir sayısına (RPM – Revolution Per Minute) bağlı olduğundan, çoğu uçak el kitabında iki akış değerinden bahsedilir. Bunlar minimum devirdeki (motor rölantide) ve maksimum devirdeki (motor maksimum itiş gücünde) akıştır.

Modern uçakların (A320, B737NG/MAX gibi) çoğu 3.000 psi (pounds per square inch) hidrolik basınçla çalışır. Bununla birlikte, Boeing 787 gibi bazı gelişmiş uçaklar, ağırlığı azaltmak ve verimliliği artırmak için 5.000 psi basınç üreten sistemler kullanmaktadır.

Elektrikli Pompalar

Elektrikle çalışan pompalar, esas olarak kargo kapılarını açmak gibi bakım operasyonları ve yer hizmetleri için kullanılır. Dişli tipi veya değişken piston tipi olabilirler. Ancak bazı uçaklarda ana pompalar veya ana pompalara yardımcı pompalar olarak kullanılırlar. Bu durumda, pompa her zaman çalışır, kendi hidrolik sistemine besleme yapar. Bu pompalar, uçağın elektrik sistemi tarafından beslenen 3 fazlı bir elektrik motoru ile çalıştırılır. Elektrikli pompalar genellikle iniş takımı kompartımanına yakın bir yerde veya iniş takımları içinde bulunur. Çoğu uçakta iki elektrikli pompa vardır. Soğutma fanına gereksinim duyarlar.

El Pompaları

Bazı uçaklarda acil durum kullanımı ve yer hizmetleri operasyonları için bir el pompası bulunmaktadır. Bu, çift yönlü bir el pompasını (yani her bir vuruşta sıvı veren bir pompa) göstermektedir. Piston silindirin içinde yukarı hareket ederken, sıvı giriş bağlantısındaki tek yönlü akışa izin veren valf (NRV – Non Return Valve veya Check Valve) aracılığıyla silindire çekilir; aynı anda pistonun üzerindeki sıvı, çıkış bağlantısındaki check valf aracılığıyla boşaltılır. Piston aşağı doğru hareket ettiğinde, giriş valfi kapanır ve transfer valfi açılır, böylece sıvının pistondan geçmesine izin verilir; çünkü pistonun altındaki alan, pistonun üstündeki alandan daha büyük olduğundan, bu sıvının bir kısmı çıkış portu aracılığıyla boşaltılır. Çıkış hattındaki basınç, emniyet valf ayarını aştığında, boşaltılan sıvı pompa girişine geri yönlendirilir.