Ses Üstü Uçuş ve Tipleri Nedir, Nasıl Gerçekleşir?
- Furkan Sağlam
- 18 Tem
- 6 dakikada okunur
Bazen gerçek hayatta, çoğu zaman aksiyon filmlerinde savaş uçaklarından gelen bir gürültü vardır. Bu gürültüyü sadece hava araçları değil, herhangi bir cisim de çıkarabilir. Bir topu çok hızlı şekilde tekmelerseniz o bomba gibi patlayan gürültü hemen ayağınız dibinde de gerçekleşebilir. Tabi bu durum ancak Süperman kadar güçlüyseniz geçerli. Şimdi, bu süpersonik hız nedir, 1 mach kaç km ve konuyla ilgili diğer merak edilenlere bakalım.
İçindekiler
Ses Üstü (Süpersonik) Uçuş Nedir?
Ses üstü uçuş (supersonic flight), bir cismin havada ses hızını aşacak şekilde hareket etmesidir. Ses hızı, ortamın sıcaklığına ve basınca bağlı olarak değişse de, deniz seviyesinde ve 15 °C sıcaklıkta yaklaşık 1.200 km/saat’tir (Mach 1).
Sonik Patlama Nedir, Nasıl Oluşur?
Sonik patlama, gök gürültüsüne benzer, ani ve yüksek bir ses dalgasıdır. Bu ses, bir cismin havada ses hızını (deniz seviyesinde yaklaşık 1.200 km/s veya 750 mil/saat) aştığı durumlarda meydana gelir. Uçak gibi bir nesne, atmosferde ilerlerken tıpkı bir geminin su yüzeyinde dalga oluşturması gibi havada basınç dalgaları üretir. Ancak bu nesne ses hızını geçtiğinde, bu dalgalar birbirine eklenerek güçlü bir şok dalgası oluşturur. Bu şok dalgası ileriye doğru yayılarak yerdeki insanlar tarafından güçlü bir "patlama" sesi olarak algılanır.
Bir uçak ses üstü hızda uçarken sadece bir kez değil, uçuşunun tamamı boyunca ardışık şekilde şok dalgaları üretir. Bu durum, hareket halindeki bir araçtan sürekli bir şeylerin yere düşürülmesine benzetilebilir. Uçaktan bakıldığında, bu şok dalgaları sanki arkaya doğru "süpürülüyormuş" gibi görünür. Ancak uçak ani bir dönüş yaptığında veya ani yükseldiğinde bu patlama sesleri uçağın önünde bir noktada yere ulaşabilir.
Yerde duyulan bu sonik patlama sesi, bir şok dalgasının ani basınç yükselmesiyle başlayıp hızla normal basınca dönmesinden kaynaklanır. Bu ani basınç farkı genellikle birkaç pound/square foot civarındadır ve bir asansörle iki-üç kat aşağı inildiğinde yaşanan basınç değişiminden çok daha kısa sürede gerçekleşir. Örneğin, N-dalgası adı verilen türde bu değişim sadece milisaniyeler içinde olur.
Sonik Patlama Dalgası Tipleri
N-Dalgası: Uçak düz ve sabit hızla uçarken oluşur. Basınç dalgası “N” harfine benzer şekilde; önde ani bir basınç artışı, ardından kademeli azalma ve sonra tekrar ani bir düşüşle normal seviyeye döner.
U-Dalgası: Uçak manevra yaparken (örneğin ani tırmanma veya hızlanma gibi) oluşur. Bu dalga şekli “U” harfine benzer; hem önde hem arkada ani basınç artışları görülür ve N-dalgasına kıyasla daha yoğun bir ses meydana gelir. Ancak bu dalga daha dar bir alanda etkili olur.
N-dalgası için şok dalgalarının yoğunluğu genellikle 1 ila 10 pound/square foot arasında değişir.
U-dalgalarında bu değer 2 ila 5 katına kadar çıkabilir, ancak sadece küçük bir alanda etkilidir.
En güçlü sonik patlama, ses hızını yeni aşan F-4 uçağı tarafından 100 feet (yaklaşık 30 metre) irtifada uçarken üretilmiş ve 144 pound/sq.ft. şiddetinde ölçülmüştür.
Gerçekçi uçuş testlerinde genellikle en yüksek ölçülen patlama 21 pound/sq.ft.’dir.
Sağlam yapılı binalar 16 pound/sq.ft.'e kadar zarar görmez; cam kırılması gibi zararlar ancak bu değerin üzerindeki yoğunluklarda oluşabilir.
Genellikle halka açık alanlarda hissedilen patlamalar 2 pound/sq.ft.'in altındadır.
Sonik patlamanın neden olduğu yer sarsıntısı genellikle çok düşüktür ve ABD Maden Dairesi'nin belirlediği yapısal hasar sınırlarının altındadır.
Hava durumu, sıcaklık ve rüzgâr profili sonik patlamanın yere ulaşmasını engelleyebilir ya da yönünü saptırabilir. Örneğin, üst seviyelerdeki soğuk hava katmanı ses dalgalarını yukarı kırabilir.
ABD Hava Kuvvetleri, 1947’den bu yana ses üstü test uçuşları gerçekleştirmektedir. Çoğu savaş uçağı ses üstü uçuş kabiliyetine sahiptir. Eğitim ve tatbikatlar sırasında, sivil yerleşimlere zarar vermemek için şu kurallar uygulanır:
Açık deniz üzerinde ve 10.000 feet’ten yukarıda yapılmalı.
Kıyıya en az 15 mil uzaklıkta gerçekleştirilmelidir.
Karada ise 30.000 feet üzeri uçuşlar tercih edilir veya özel izinli bölgelerde yapılır.
ABD Hava Kuvvetleri, sonik patlamaların insan sağlığı, hayvanlar, yapılar ve çevresel etkileri üzerine araştırmalarını sürdürmektedir. Bu çalışmalar, uçuş rotalarının daha az rahatsızlık verecek şekilde planlanması ve arazi kullanımı ile ilgili stratejiler geliştirilmesini sağlamaktadır.
Sonik patlama, ses üstü hızlarda uçan araçların doğrudan sonucu olan fiziksel bir olaydır. Kısa süreli ve yüksek enerjili bu dalgalar çevre üzerinde etkili olabilir, ancak doğru uçuş planlaması, irtifa yönetimi ve uygun bölgelerin seçimi ile bu etkiler önemli ölçüde azaltılabilir. Özellikle Concorde gibi süpersonik yolcu uçakları yeniden gündeme gelirken, bu tür bilgilendirmeler teknolojinin sürdürülebilirliğini artırmak adına büyük önem taşımaktadır.
Hipersonik Uçuş Nedir?
Önceki başlıklarda bahsedildiği üzere hava aracı 1 Mach ses hızına ulaştığında süpersonik olarak tanımlanmıştı. Bu hızın beş katına (Mach 5) ulaşıldığında ise "hipersonik" uçuş terimi kullanılır. Bu hız, yaklaşık olarak saatte 6.100 km'ye (3.800 mil) denk gelir. Mach terimi, bu ölçüm sistemi için kullanılır ve adını Avusturyalı fizikçi Ernst Mach’tan alır.
NASA’nın deneysel uçağı X-43A, hava soluyan motor kullanan ilk hipersonik araçtır. 16 Kasım 2004’te insansız bir test uçuşunda Mach 10 (yaklaşık 10.600 km/s) hızla uçarak rekor kırdı. Bu, o zamana kadarki en yüksek jet hızıydı. Daha önceki rekor da yine aynı uçak tarafından Mart 2004’te Mach 7 ile kırılmıştı. X-43A’nın başarısı, scramjet (supersonic combustion ramjet) adı verilen ve havadan oksijen alan motor yapısıyla mümkün oldu. Bu motor, taşıtın içinde oksijen bulundurmasına gerek bırakmadığı için, uzaya çıkışta daha hafif ve ekonomik bir sistem sunar.
İlginizi Çekebilir: Jet Motoru Nedir, Nasıl Çalışır ve Faydaları Nelerdir?
Geleneksel roket motorları, yakıtla birlikte büyük miktarda sıvı oksijen taşır. Örneğin uzay mekiği yaklaşık 616 ton sıvı oksijen taşır. Ancak X-43A’nın motoru, gerekli oksijeni doğrudan atmosferden alır.
Motorun içinde hareketli parça yoktur.
Uçağın ön kısmı hava girişi, arka kısmı ise egzoz çıkışıdır.
Yüksek hızla gelen hava, motorun içinde sıkışır ve hidrojen yakıtıyla birleşip yanarak itki üretir.
Bu teknoloji sayesinde daha basit, hafif ve verimli bir motor yapısı ortaya çıkar.
Scramjet motorları yere yakın hızlarda çalışamaz çünkü yanma için çok yüksek hız gerekir. Bu nedenle X-43A’nın uçuşu şu şekilde gerçekleşir:
X-43A, Pegasus roketine monte edilir.
Bu roket, özel bir B-52 bombardıman uçağı ile 20.000 feet (6.000 m) yüksekliğe taşınır.
B-52 uçağı, roketi havada bırakır. Roket, X-43A’yı Mach 5 hızına ve yaklaşık 100.000 feet (30.500 m) irtifaya çıkarır.
Bu noktada X-43A roketten ayrılır, kendi scramjet motoruyla uçar ve birkaç dakika sonra okyanusa iniş yapar.
Hipersonik Uçuş ve Geleceği
Hipersonik hava araçları henüz insan ya da yük taşımamış olsa da, bu teknoloji askeri alanda büyük bir rekabetin konusu olmuştur. İki temel hipersonik silah türü vardır:
HGV (Hipersonik Kayan Araç): Roketle yükseldikten sonra hedefine doğru süzülür. Tıpkı duvara tekme atıp havuzda kayan bir yüzücü gibidir.
HCM (Hipersonik Seyir Füzesi): Yol boyunca hava soluyan motorla sürekli itki sağlar.
ABD'nin geliştirdiği HTV-2 aracı, 22 Nisan 2010’da Mach 22 hızına ulaştı fakat sadece 9 dakika uçabildi. Şubat 2023’te, ABD Ordusu “Uzun Menzilli Hipersonik Silah”ını (LRHW) başarıyla test etti. Bu sistemde glide teknolojisi (kayma tekniği) kullanıldı.
Hipersonik uçuşun geleceğine baktığımızda: Scramjet motorları sayesinde yakıt verimliliği artarken, atmosfer içi uçuşlar daha kısa sürede yapılabilir hale gelebilir. Gelecekte, düşük maliyetli yörüngeye çıkış sistemleri ve hiper hızlı ulaşım araçları bu teknolojilere dayanacaktır
Ses Üstü Uçuşun Tarihçesi
Dünyanın ses hızını aşan ilk uçağı, 14 Ekim 1947’de Amerikan Hava Kuvvetleri'nden Charles E. Yeager tarafından kullanılan Bell X-1 adlı roket motorlu deneysel uçaktı. Boeing B-29 uçağından bırakıldıktan sonra 1.066 km/s hıza ulaştı ve ses duvarını geçti. Uçağın maksimum hızı 1.126 km/s (Mach 1.06) oldu. Bu tarihten sonra birçok askeri ses üstü uçak üretildi, ancak gövde yüzeyinde oluşan ısıl yük nedeniyle bu uçakların hızı genellikle Mach 2.5 ile sınırlı kaldı.
İlk ses üstü yolcu uçağı Sovyetler Birliği'nin geliştirdiği Tupolev Tu-144 idi. 1969’da ilk ses üstü uçuşunu yaptı ve 1975’te Moskova-Almatı arasında posta taşımacılığına başladı. Avrupa’nın ortak girişimiyle geliştirilen Concorde, ses üstü hızda yolcu taşıyan ilk ticari uçak oldu. İngiltere (British Aircraft Corporation) ve Fransa (Aérospatiale) tarafından geliştirilen bu uçak, ilk Atlantik geçişini 26 Eylül 1973’te gerçekleştirdi ve 1976’da düzenli seferlere başladı. Londra-Bahreyn ve Paris-Rio de Janeiro hatlarında hizmete giren Concorde, daha sonra New York ve Washington gibi şehirlere de uçtu. Uçağın seyir hızı Mach 2.04 (yaklaşık 2.179 km/s) idi ve Londra-New York uçuş süresi yaklaşık 3 saate inmişti.
Concorde teknolojik bir başyapıt olsa da, yüksek işletme maliyeti ve gürültü problemi nedeniyle hiçbir zaman ekonomik başarı sağlayamadı. 30 yıl boyunca hizmette kaldıktan sonra Air France 2003 Mayıs'ta, British Airways ise Ekim 2003'te Concorde uçuşlarını tamamen durdurdu. Toplamda sadece 14 Concorde aktif hizmette kullanıldı.
25 Temmuz 2000’de Paris’ten New York’a gitmekte olan Air France 4590 sefer sayılı Concorde, kalkıştan hemen sonra lastiğinin patlaması sonucu yakıt deposunun zarar görmesiyle motor yangını yaşadı. Uçak kısa süre sonra yere çakıldı; uçaktaki 109 kişi (100 yolcu, 9 mürettebat) ve yerdeki 4 kişi hayatını kaybetti. Bu olay, Concorde’un ticari kariyerinde önemli bir dönüm noktası oldu.
Concorde, Avrupa'nın havacılıkta ortak çalışmasının simgesi haline geldi. Ticari anlamda başarılı olamasa da, mühendislik açısından önemli bir kilometre taşıdır. Günümüzde ses üstü yolcu uçuşları yeniden gündemde olsa da, bu teknolojilerin sürdürülebilirliği hâlâ tartışmalıdır.
Referanslar
Yorumlar