Uçağın güvenli uçuşunun temelinde, yükleri doğru şekilde taşıyan ve dağıtan görünmez bir yapısal sistem bulunur. Bu bölümde; uçak yapısının temel elemanlarını, maruz kaldığı yükleri ve yorulma ile hasar toleransının yapısal emniyetteki rolünü ele alıyoruz.

Merhabalar,

Ben Ferhat Sırlı. Yaklaşık 8 yıldır B1/Yapısal Teknisyeni olarak havacılık sektöründe çalışıyorum.

Günlük işimizin önemli bir kısmı, uçağın yapısal bütünlüğünü korumak ve uçuş sırasında maruz kaldığı yükleri güvenli bir şekilde taşımasını sağlamaktır. Apronda ya da hangarda gördüğümüz bir çizik, bir göçük, bir deformasyon veya bir çatlak ise bizim için çoğu zaman yalnızca yüzeyde görünen bir hasar değildir. Her birinin, yapının bütünü ve yük taşıma kabiliyeti açısından farklı bir anlamı olabilir.

Uzun zamandır aklımda olan bu seriyle, uçağın yapısına biraz daha yakından bakmak istiyorum.

Yapısal nedir? Uçağın iskeletini oluşturan parçalar ne işe yarar? Uçağa hangi yükler etki eder ve bu yükler yapı içerisinde nasıl aktarılır? Bir hasarı gördüğümüzde neden sadece boyutuna bakmayız?

Bir tamir yapılırken aslında neyi geri kazandırmaya çalışırız?

Bu soruların cevaplarını, mümkün olduğunca teknik doğruluğu koruyarak, aynı zamanda günlük hayattan ve sahadaki deneyimlerimizden örneklerle anlatmaya çalışacağım.

Amacım bir ders kitabı yazmak ya da yapısal bakımın bütün detaylarını tek tek sıralamak değil. Daha çok, uçağa her baktığımızda arkasındaki yapıyı biraz daha iyi görebilmemizi sağlamak.

Çünkü bana göre Yapısal’ı anlamak, uçağa başka bir gözle bakmaya başlamaktır.

Umarım bu seriyi okurken hem yeni şeyler öğrenir hem de zaten bildiğimiz uçaklara biraz farklı bir gözle bakmaya başlarız.

Keyifli okumalar.

UÇAK NASIL DAĞILMIYOR?

Bir yolcu uçağına apron üzerinde baktığınızda gördüğünüz şey aslında oldukça basittir: Bir gövde, iki kanat, bir kuyruk ve birkaç motor.

Fakat aynı uçağı havada, özellikle de türbülans sırasında düşünün.

Kanatlar kaldırma kuvveti üretmeye devam ediyor. Gövde basınçlandırılmış durumda. Motorlar kendi yüklerini yapıya aktarıyor. Uçak manevra yapıyor, rüzgâr değişiyor, iniş takımları açılıyor ve sonunda bütün bu yükler, iniş sırasında tekrar yapı üzerinden yere aktarılıyor.

Üstelik bunlar yalnızca bir uçuşta gerçekleşmiyor. Aynı senaryo, uçağın operasyonel ömrü boyunca binlerce kez tekrarlanıyor.

Peki bütün bunlar olurken uçak nasıl dağılmıyor?

Cevap ilk bakışta düşündüğümüz kadar basit değil. Çünkü uçak yapısının görevi yalnızca “sağlam olmak” değildir. Asıl mesele, üzerine gelen yükleri kontrollü bir şekilde taşımak ve doğru yerlere aktarmaktır.

İşte yapısal sistemin temel hikâyesi burada başlıyor.

YÜK ORTADAN KAYBOLMAZ

Uçağa etki eden bir kuvvetin yapı tarafından “yok edilmesi” gibi bir durum söz konusu değildir.

Bir yük yapıya gelir.

Yapı bu yükü karşılar, farklı yapısal elemanlar arasında dağıtır ve sonunda başka bir yapısal bölgeye aktarır. Bu sürece load path, yani yük yolu diyebiliriz.

Bir örnek üzerinden düşünelim.

Kanat havada kaldırma kuvveti üretir. Bu kuvvet, kanadın farklı bölgelerinde yapısal yükler meydana getirir. Bu yükler tek bir parçanın üzerinde toplanmaz. Kanadın skin, stringer, rib ve spar gibi elemanları, farklı şekillerde bu yüklerin taşınmasına katkıda bulunur.

Yük, kanat boyunca ilerler ve sonunda kanat-gövde bağlantıları üzerinden gövdeye aktarılır

Dolayısıyla uçakta aslında sürekli bir “yük trafiği” vardır.

“Bu parçanın taşıdığı yük nereden geliyor ve buradan sonra nereye gidiyor?”

Bu soruyu sormaya başladığınızda uçağa bakışınız değişir.

UÇAĞIN İSKELETİ SANDIĞIMIZDAN BİRAZ DAHA KARMAŞIK

Bir uçağın dış yüzeyine baktığımızda çoğu zaman yalnızca skin’i görürüz.

Ancak skin’in arkasında onu destekleyen ve birlikte çalışan çok sayıda yapısal eleman bulunur.

Skin, uçağın dış yüzeyini oluşturmasının yanında, tasarıma bağlı olarak yapısal yüklerin taşınmasına da katkı sağlar.

Stringer gibi boyuna uzanan yapısal elemanlar, yapının rijitliğine ve yük taşıma kapasitesine katkıda bulunur.

Frame’ler, gövdenin kesit geometrisinin korunmasına ve gövde yapısının yükleri taşımasına katkıda bulunan temel elemanlardandır.

Kanatta ise spar ve rib’ler, kanadın geometrisini ve yük taşıma kabiliyetini oluşturan temel elemanlar arasındadır.

Burada önemli olan, bu parçaların her birini bağımsız düşünmemektir.

Çünkü uçak yapısı bir puzzle gibi çalışır. Bir parçayı yerinden çıkarıp “diğerleri zaten var” diyemezsiniz.

Her parçanın tasarım içerisinde belirli bir görevi ve belirli bir yük yolu üzerindeki yeri vardır.

HER YÜK AYNI YÜK DEĞİLDİR

“Uçak havada ağırlığını taşıyor.”

Bu doğru, ama eksik.

Uçak yapısı yalnızca ağırlığı taşımak zorunda değildir. Uçuş sırasında aerodinamik yükler, manevra ve ani hava hareketlerinden (gust) kaynaklanan yükler, motor ve kontrol yüzeyi kaynaklı yükler gibi farklı yüklerle karşılaşır.

Yerde ise hikâye değişir.

Taxi, braking ve landing sırasında iniş takımı ve gövde yapısı farklı yükleme durumlarıyla karşılaşır.

Bir de yolcu uçağının en önemli özelliklerinden biri olan pressurization, yani basınçlandırma, vardır.

Uçağın içerisinde atmosferik basınçtan daha yüksek bir basınç oluşturduğumuzda gövde yapısı üzerinde çevresel ve boyuna gerilmeler meydana gelir.

Yani uçak her uçuşta yalnızca “havada durmaya” çalışmaz. Aynı zamanda tekrar tekrar farklı yükleme senaryolarından geçer.

Bu nedenle bir uçağın yapısal tasarımını değerlendirirken tek bir uçuş anına bakmak yeterli değildir.

YAPISAL GÖZ | GUST NEDİR?

Gust, atmosferdeki ani hava hareketlerini ifade eder. Uçak böyle bir hava hareketine girdiğinde kanadın karşılaştığı hava akışı değişebilir. Bunun sonucunda kanadın ürettiği aerodinamik kuvvetler ve dolayısıyla yapı üzerindeki yükler de değişebilir. Türbülans ise hava akışının düzensiz ve değişken olduğu daha genel bir atmosferik durumu ifade eder. Bir türbülans bölgesinde uçak, farklı yön ve şiddette hava hareketleriyle karşılaşabilir.

Gust: Ani hava hareketi

Gust load: Bu hareketin uçak yapısında oluşturduğu yük

Peki türbülans?

Türbülans sırasında kanadın hareket ettiğini hepimiz görmüşüzdür. Burada yapının maruz kaldığı yükler de değişir.

Örneğin bir gust, kanadın aerodinamik yüklerini değiştirebilir ve bu da yapıda farklı bir yükleme durumu meydana getirebilir. Bu yüzden uçaklar yalnızca “normal uçuş” için tasarlanmaz.

Sertifikasyon sürecinde farklı flight ve ground load cases dikkate alınır. Uçağın yapısal tasarımındaki amaç, beklenen yük durumlarında gerekli dayanımı ve rijitliği sağlamaktır.

Ancak burada çok önemli iki kavram daha ortaya çıkar: Limit load ve ultimate load.

Limit load, yapının operasyon sırasında karşılaşması beklenen maksimum yük seviyesini ifade eder.

Ultimate load ise yapısal tasarım açısından daha yüksek bir seviyeyi temsil eder ve genel olarak limit load’un üzerine belirli bir emniyet payı eklenerek değerlendirilir.

Yani şu sorular da sorulur:

“Normalde ne kadar yük gelir?”

“Bunun üzerinde ne kadar emniyet payımız var?”

YAPISALIN EN ÖNEMLİ KELİMELERİNDEN BİRİ: STRESS

Burada iş biraz daha ilginç hâle geliyor.

Bir yapıya kuvvet uyguladığınızda yapı içerisinde stress, yani gerilme, oluşur.

Stress’i kabaca, uygulanan kuvvetin yapı içerisindeki dağılımı olarak düşünebiliriz.

Ancak stress her noktada eşit olmak zorunda değildir.

Bir deliğin çevresi, keskin bir geometrik geçiş, bir bağlantı noktası veya yapısal süreksizlik, yük dağılımını değiştirebilir.

Bu bölgelerde stress concentration, yani gerilme yığılması, meydana gelebilir.

İşte bu nedenle yapısal açıdan “küçük bir delik” her zaman sadece küçük bir delik değildir.

Özellikle fastener delikleri, cut-out’lar ve geometrik geçişler mühendislik açısından dikkatle değerlendirilir.

Çünkü yapının geometrisi, yükün nasıl aktığını değiştirir.

İŞTE FATIGUE BURADA DEVREYE GİRİYOR

Şimdi uçağın neden sadece “çok sağlam bir metal parçası” olmadığını daha iyi anlayabiliriz.

Bir uçuşta yapı üzerine gelen yükler tek seferlik değildir.

Uçak kalkar. Yükler değişir. Seyire geçer. Tekrar değişir. Alçalır. İner.

Sonra bir sonraki uçuş başlar.

Bu tekrarlanan yükleme döngüleri, yapısal malzemelerde zaman içerisinde fatigue, yani yorulma, ile ilişkilendirilen hasar mekanizmalarına yol açabilir.

Fatigue’ın önemli tarafı şudur:

Bir parça tek bir yük altında kırılmayabilir.

Fakat yeterince uzun süre boyunca tekrarlanan yüklemeler altında çatlak başlatabilir veya mevcut bir çatlağın ilerlemesine maruz kalabilir.

Bu yüzden bir uçağın yaşı yalnızca takvimle ölçülmez.

Cycle sayısı da önemlidir.

Özellikle pressurized aircraft’larda her pressurization/ depressurization cycle, gövde yapısı açısından tekrarlanan bir yükleme anlamına gelir.

Bu nedenle uçakların yapısal ömrünü konuşurken “kaç yaşında?” sorusu kadar, “kaç cycle yaptı?” sorusu da önem kazanır.

YAPISAL GÖZ | FATIGUE NEDİR?

Fatigue, bir malzemenin tekrarlanan yükleme döngülerine maruz kalması sonucunda zaman içerisinde hasar oluşması ve çatlakların başlayıp ilerleyebilmesiyle ilişkili bir mekanizmadır. 

• Tekrarlanan yükleme döngüleri zamanla çatlak başlatabilir.

• Cycle sayısı önemlidir.

• Pressurization/depressurization, gövde yapısı açısından tekrarlanan bir yükleme döngüsüdür.

• Fatigue hasarı başlangıç aşamasında gözle fark edilemeyebilir.

PEKİ BU YORULMAYI NASIL TAKİP EDİYORUZ?

Bu nedenle uçaklarda yapısal kontroller yalnızca bir hasar görüldüğünde yapılmaz.

Bakım programlarında belirlenmiş scheduled inspections kapsamında yapının belirli bölgeleri, belirli aralıklarla kontrol edilir.

Bu kontrollerin amacı yalnızca mevcut bir hasarı bulmak değil; zaman içerisinde oluşabilecek fatigue crack, corrosion veya diğer yapısal bozulmaları, uçuş emniyetini etkileyebilecek seviyeye gelmeden tespit etmektir.

Bazı bölgeler için gözle kontrol yeterliyken, bazı durumlarda NDT (Non-Destructive Testing) yöntemleri kullanılarak gözle görülemeyen çatlakların veya diğer süreksizliklerin tespit edilmesi gerekebilir.

Yani hangarda yapılan yapısal inspection’ların arkasında aslında şu fikir vardır:

“Hasar oluştu mu?” kadar, “oluşabilecek hasarı zamanında yakalayabiliyor muyuz?”

İşte fatigue ve damage tolerance kavramları, bakım tarafında tam olarak burada karşımıza çıkar.

PEKİ UÇAKTA BİR HASAR OLUŞURSA?

İşte burada modern uçak yapısı tasarımının belki de en önemli fikirlerinden biriyle karşılaşıyoruz:

DAMAGE TOLERANCE

İdeal dünyada uçakta hiçbir hasar oluşmazdı.

Gerçek dünyada ise işler böyle değil.

Uçaklar operasyon sırasında accidental damage, fatigue damage, corrosion veya başka hasar mekanizmalarıyla karşılaşabilir.

Bu nedenle modern transport aircraft yapılarında tasarımın önemli amaçlarından biri, belirli bir hasarın oluşması durumunda yapının gerekli dayanımı belirli bir süre boyunca koruyabilmesini ve hasarın uygun inspection yöntemleriyle tespit edilerek gerekli bakımın yapılabilmesini sağlamaktır.

Yani iyi bir uçak yapısı yalnızca hasar almamak üzere tasarlanmaz. Hasarın meydana gelebileceği gerçeği de tasarımın bir parçasıdır.

Bu düşünce, yapısal bakımın neden bu kadar önemli olduğunu anlamamızı sağlar.

“AMA UÇAK SAĞLAM DEĞİL Mİ?”

Elbette sağlam.

Fakat yapısal açıdan “sağlam” kelimesi biraz yanıltıcı olabilir.

Çünkü bir parçanın kalın olması veya dışarıdan güçlü görünmesi, tek başına onun yapısal olarak yeterli olduğunu göstermez.

Önemli olan;

• Hangi yükü taşıdığı,

• Yükün nereden geldiği,

• Nereye aktarıldığı,

• Hangi diğer elemanlarla birlikte çalıştığı,

• Hangi malzemenin kullanıldığı,

• Geometrisinin nasıl olduğu,

• Zaman içerisinde hangi yükleme döngülerine maruz kaldığıdır.

Bu yüzden yapısal teknisyeninin bir hasara bakarken gördüğü şey, çoğu zaman dışarıdan bakıldığında görünen şeyden çok daha fazlasıdır.

Apronda gördüğünüz küçük bir dent, yalnızca bir dent değildir.

Bir scratch, yalnızca bir çizik değildir.

Bir fastener hole, yalnızca bir delik değildir.

Çünkü yapısalın baktığı asıl şey yük yoludur.

BİR DAHAKİ SEFERE UÇAĞA BİRAZ FARKLI BAKIN

Bir sonraki uçuşunuzda veya apron üzerinde bir uçağın yanından geçerken gövdeye bakın.

Skin’i görün.

Sonra onun arkasındaki frame’leri düşünün.

Stringer’ları düşünün.

Kanada baktığınızda spar’ları ve rib’leri hayal edin.

Ve kendinize şu soruyu sorun:

“Şu anda uçağın üzerinde hangi yükler var ve bu yükler nereye gidiyor?”

İşte yapısal düşünmeye başladığınız nokta tam olarak burasıdır.

Çünkü uçak yapısını anlamak, parçaların isimlerini ezberlemekten çok daha fazlasıdır.

Uçağın yük altında nasıl davrandığını anlamaktır.

Ve şimdi uçağın nasıl dağılmadığına dair ilk cevabımızı verebiliriz:

Çünkü uçak, üzerine gelen yükleri taşıyabilecek ve onları kontrollü şekilde aktarabilecek bir yapısal sistem olarak tasarlanmıştır.

Ama bu cevabın arkasında onlarca farklı parça var.

Peki bu parçalar tam olarak ne yapıyor?

Bir sonraki bölümde uçağın iskeletini açıyoruz.

YAPISAL – Uçağın Görünmeyen İskeleti

Bölüm 1’in sonu.