AERODİNAMİK

Gazların hareketlerini ve gazlar içerisinde hareket eden cisimlere etkilerini, hareket eden cisimlerin şekillerini inceleyen bilim dalı. Aerodinamik, mekaniğin bir koludur.

Herhangi bir cisim hava içerisinde hareket ettirildiğinde hareketine tesir eden değişik kuvvetler ortaya çıkar. İşte bu kuvvetlere “Aerodinamik kuvvet” ve planladığımız şekilde hareketini hava içerisinde devam ettirebilen cismin şekline de “Aerodinamik şekil” adı verilir. Hava içinde hareket eden cisimlere, havanın gösterdiği direnç kanunlarına varmak için iki yol vardır: Birinci yol; model cisimler hava içerisinde hareket ettirilir. İkinci yol; durmakta olan model cisimler üzerine hava yollanır. Birçok kolaylıkları olması bakımından laboratuvarlarda ve teknikte daha çok ikinci yol tercih edilir.

Aerodinamik, daha çok deneye bağlı bir ilimdir. Aerodinamik kuralları iki şekilde bulunur. Hesap ve teorilerle iddia edilenler, tecrübelerle hesaplanır veya tecrübelerle elde edilen ölçmeler ve sonuçlar üzerine yeni teoriler bina edilir.

Tecrübi aerodinamiğin en önemli deney aracı “rüzgar tüneli”dir. Denenecek uçak, roket, otomobil, hatta köprü ve bina modelleri önce rüzgar tünelinde denenir. Model, rüzgar tünelinde, deneme hızına göre şiddeti ayarlanan bir hava akımına tutulur. Modelin akım içerisindeki davranışı gözlenerek gerekli düzeltmeler yapılır ve modele aerodinamik bir biçim verilmeye çalışılır. Günümüzde, ses hızının üzerindeki akım hızlarında dahi çalışabilen rüzgar tünelleri inşa edilmiştir.

Aerodinamik denilince akla hemen havacılık ve uzay çalışmaları gelmektedir. Halbuki günümüzde aerodinamik, tahmin edemiyeceğiniz kadar geniş bir sahada kullanılmaktadır. Bunların başlıcaları, otomobil sanayii ve inşaat mühendisliği alanındadır. Yeni geliştirilen bir otomobil modelinin, ekonomiklik şartını sağlayabilmesi az yakıt sarfiyatıyla mümkündür. Bunun için model, rüzgar tünelinde denenerek hava akımına en az direnç gösterecek aerodinamik bir şekil bulunmaya çalışılır. Büyük asma köprüler ve yüksek gökdelenler inşa edilmezden önce, çevrelerindeki hava akımlarının dinamik etkileri model üzerinde incelenir. Ayrıca hava kirliliği meselesinde hava akımlarının rolü anlaşılmış olduğundan, şehir planları gelecekteki hava kirlenmesine karşı aerodinamik kurallarına göre yapılmaktadır.

Aerodinamik bilimi, kullanılış sahalarına ve akım hızlarına göre bölümlere ayrılabilir:

İç ve dış aerodinamik: Hacim itibariyle cismin dış hacminin akıma maruz kaldığı durumları inceleyen kola “dış aerodinamik” denir. Uçaklar, füzeler, mermiler, otomobil ve binalar bu kolun inceleme sahasındadır.

Yine hacim olarak hava akımının cismin içinden geçtiği ve iç hacmin söz konusu olduğu durumları inceleyen kola ise, “iç aerodinamik” denir. Kompresörler, havalandırma sistemleri, uçak motorları, bacalar, yanma odaları ve silah namluları gibi pek çok sahada uygulanmaktadır.

Namlu ve mermiler ile iç ve dış aerodinamik olarak adlandırılabilen ve ayrıca balistik olarak adlandırılan bilim dalında atalarımız öncülük yapmış ve bu bilimin temellerini atmışlardır. Çok uzaklara atılan ağır gülleler ve bunları atan toplar hala müzelerimizde hayranlık uyandırmaya devam etmektedir.

Akım hızlarına göre aerodinamik: Havaya göre hareket halinde olan cismin etrafındaki bu izafi hava akımının, ses hızının altında ve üstünde olmasına göre, aerodinamik değişik kısımlara ayrılmıştır. Ses hızının altındaki akımlara “Subsonik akımlar”, ses hızı civarındaki akımlara “Transonik akımlar” denilmekte ve ses üstü akımlar da “Süpersonik” ve “Hipersonik” akımlar olarak iki kısımda incelenmektedir.

Bu arada “şok dalgası”ndan da bahsetmek gerekir. Suya atılan bir taşın meydana getirdiği dalgalar genişleyen halkalar şeklinde yayıldığı gibi, ses dalgaları da hava içinde, merkezi ses kaynağı olan ve yarıçapı ses hızına eşit bir hızla büyüyen küresel yüzeyler boyunca yayılır. Hava içerisinde hareket eden bir uçağın hızı ses hızına yaklaştıkça yayılma hızı sabit olan ses dalgaları üst üste binmeye başlar ve tek bir dalga yüzeyinde birleşirler. “Sıkışma dalgası” yahut “Şok dalgası” denilen bu dalga, uçağın uçuş yoluna yakın bölgelerde ciddi hasarlara yol açacak kadar yüksek enerjiye sahib olur. Bundan dolayı süpersonik uçuşlar köy, kasaba gibi meskun bölgeler üzerinden, ancak yüksek irtifalardan geçmek şartı ile yapılabilir. Sesten hızlı uçuş ile meydana gelen şok dalgası, yer yüzeyinde bir patlama sesi olarak duyulur. Uçak, ses hızının çok üstünde uçuyorsa, bu ses bize ulaştığında uçak sesin geldiği yerden çok daha uzak, daha ileride bir yerde olacaktır.

Levha üzerindeki akım: Bir yüzey üzerindeki hava akımı, bir alçak basınç bölgesi meydana gelmesine sebeb olur. Akımın hızının artışı ile, alçak basınç bölgesindeki basınç düşüşü doğru orantılıdır. İşte uçağı havada tutan, kanatlar üzerindeki bu alçak basınç bölgesidir.

Aerodinamik profil: Hava akımının yüzey üzerinde bir alçak basınç alanı hasıl edeceği belirtilmişti. Eğer bu alan, cismin üst yüzeyinde daha şiddetli ise, alt yüzeydeki basınç üsttekine galip gelerek cismin yükselmesini sağlar. Biz aynı hava kütlesini üst yüzde daha uzun bir yoldan, alt yüzde de kısa bir yoldan geçirirsek üst yüzde havanın izafi hızı daha fazla olacak ve basınç düşüşü de daha fazla olacaktır. Bu maksada, levhanın üst yüzünü bombeli yaparak ulaşabiliriz.

Aerodinamik profilin sahib olduğu kaldırma kuvvetini arttıran değişik açıklamalar mevcuttur. Bunlardan birisi profil ile akım arasındaki “hücum açısı” denilen açıdır. Kaldırma kuvveti bu açının kritik bir değerine kadar açı ile birlikte artar. Kanat sathının genişletilmesi de kaldırmayı arttırıcı tesir yapar. Bunun için “flap ve slat” adı verilen kanat yüzeyleri geliştirilmiştir. Bunlar kanat üzerindeki hareketli parçalardır.

Fizik, astronomi ve matematik ilimlerinde büyük araştırma ve keşifler yapmış olan İslam alimi Hazini (1118-1155) “Akışkanlar mekaniği” ilminin kurucularındandır. Biruni’nin (973-1049) kullandığı altı geniş, üstü dar konik bir kap biçimindeki alet ile, cisimlerin akışkanlar içindeki hareketini ve akışkanların sürükleme kuvvetlerini inceledi. Böylece mekaniğin bir kolu olan “Aerodinamik” biliminin gelişmesine de öncülük etti.