Uçak Motor Tipleri ve Arasındaki Farklar Nelerdir?
- Furkan Sağlam
- 18 Tem
- 6 dakikada okunur
Bir uçağın uçuşa geçebilmesi için kanatların kaldırma kuvveti oluşturmasına yetecek kadar hava akımı gerekir. Bu da ancak uçağın belirli bir hıza ulaşmasıyla mümkündür. Dikey kalkış yapan araçlarda ise, doğrudan uçağın ağırlığını yenebilecek düzeyde bir yukarı itme kuvveti gereklidir. Ancak sadece kalkışta değil, düz uçuşta da itme kuvveti büyük rol oynar. Çünkü bir uçak havada sabit bir hızla ilerlerken, hava sürtünmesi nedeniyle sürekli olarak yavaşlamaya maruz kalır. Bu sürtünmeyi dengeleyebilmek için, ona eşit büyüklükte ve zıt yönde bir itme kuvveti uygulanması gerekir. İşte bu noktada devreye uçak motorları girer.
İçindekiler
Uçak Motorları Nasıl Çalışır?
Modern uçaklarda kullanılan motorların çoğu, ısı motoru prensibiyle çalışır. Bu motorların temel işlevi, içlerinden geçen bir akışkan (genellikle hava) yardımıyla ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmektir. Çalışma prensibi oldukça basittir: Motor içine alınan hava, yakıtla karıştırılıp yakılır ve ortaya çıkan yüksek sıcaklıktaki gazlar büyük bir hızla dışarı atılır. Bu da uçağı ileriye doğru iter. Bu sistemde itme, doğrudan motorun arkasından çıkan gazların dışarı doğru hareket etmesiyle oluşur. Bu olgu, Newton’un üçüncü hareket yasası ile açıklanır: “Her etkiye karşılık eşit ve zıt bir tepki vardır.” Yani, motor gazları uçağın arkasına doğru büyük bir kuvvetle atıldığında, aynı büyüklükte bir kuvvet de uçağı ileri doğru iter.
Uçak Motoru Tipleri
Uçak motorları öncelikle çalışma çevrimlerine göre sınıflandırılabilir. Temel olarak hepsi, yakıtın yanması sonucu ortaya çıkan ısı enerjisini önce mekanik enerjiye, ardından itme kuvvetine dönüştüren sistemlerdir. Bu özellikleriyle tamamı, birer ısı motoru olarak kabul edilir. Modern uçak motorlarının büyük bir kısmı içten yanmalı yapıdadır. Yani yakıtla hava karışımı, motorun içinde yanarak enerji üretir. Bu yanma süreci doğrudan motor bloğu içinde gerçekleştiği için “içten yanmalı motor” adıyla anılırlar.
Uçak motorları aynı zamanda itme kuvvetini üretme yöntemine göre de sınıflandırılır:
Pistonlu Motorlar: Döner bir pervaneyi çevirerek itme sağlar.
Gaz Türbinli Motorlar: Yüksek hızlı gaz akımıyla doğrudan itme üretir (jet motorları gibi).
Pistonlu Motorlar
Pistonlu uçak motorları, yakıtla havanın motor içinde yanması sonucu ortaya çıkan ısı enerjisini önce mekanik enerjiye, ardından da itme kuvvetine çeviren içten yanmalı ısı motorlarıdır. Bu motorlar; krank mili, silindirler, pistonlar, subap mekanizması ve ateşleme sistemi gibi temel bileşenlerden oluşur.
Çoğu pistonlu motor, yakıtı silindirin içinde yakar ve bu sayede oluşan basınçla pistonu aşağı iter. Bu hareket, krank milini döndürerek pervaneyi çalıştırır ve uçakta ileriye dönük bir itme kuvveti oluşur.
Pistonlu motorlar, çeşitli özelliklerine göre farklı şekillerde sınıflandırılabilir:
Silindir Düzenine Göre Sınıflandırma
Inline (Sıralı) Motorlar
Silindirler, tek bir sırada arka arkaya dizilir. Motor genellikle sıvı veya hava soğutmalı olabilir. Eğer krank mili silindirlerin üstündeyse normal, altındaysa ters çevrilmiş (inverted) tip olarak adlandırılır.
Avantajları: Küçük ön yüzey alanı sayesinde aerodinamik verimlilik. Ters konumlandırıldığında daha kısa iniş takımı ve artırılmış pilot görüşü sağlar.
Dezavantajı: Büyük motorlarda hava soğutma zorlukları nedeniyle sınırlı güç üretimi.
Kullanım Alanı: Eski, düşük güçlü hafif uçaklar.
Opposed (Karşılıklı) ya da O-Tipi Motorlar
İki silindir bankı, yatay düzlemde karşılıklı olarak yerleştirilmiştir ve ortak bir krank miline bağlıdır. Genellikle hava soğutmalıdır.
Avantajları: Düşük titreşim, yatay yerleşimi sayesinde kanat içine kolay entegrasyon, hafif ve kompakt yapı.
Kullanım Alanı: Hafif ve orta sınıf uçaklar; özellikle çift motorlu kanat montajlı modellerde.
V-Tipi Motorlar
Silindirler iki eğimli bankta V şekliyle dizilmiştir (genellikle 60° açıyla). Tipik olarak 12 silindir içerir.
Avantajları: Kompakt ve güçlü motor tasarımı, özellikle yüksek performanslı uçaklarda tercih edilir.
Kullanım Alanı: II. Dünya Savaşı döneminde yaygın kullanılmıştır. Günümüzde yalnızca eski model (vintage) uçaklarda görülür.
Radial (Yıldız Tipi) Motorlar
Silindirler, merkezi krank mili etrafında radyal olarak dairesel şekilde dizilmiştir. 3, 5, 7 veya 9 silindirli tek sıra, ya da 2 hatta 4 sıralı daha büyük versiyonları vardır.
Avantajları: Sağlam, dayanıklı ve yüksek tork üretimi, kolay bakım imkânı (tek sıralı modellerde).
Kullanım Alanı: Eski kargo uçakları, tarım uçakları ve "warbird" savaş uçakları.
Özellikle Wright R-3350 gibi büyük çift sıralı motorlar, gelişmiş parçalı krank gövdesine sahiptir. Bu motorlar; ön, orta ve arka ana bölümlerden oluşur. Ayrıca süperşarj bölmeleri gibi yapılar da içerir.
Çalışma Zamanına Göre Sınıflandırma
İki Zamanlı Motorlar
Her iki piston hareketinde bir güç darbesi üretir. Daha basit yapılı ve hafiftir ancak verim düşüktür.
Dört Zamanlı Motorlar
Emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz olmak üzere dört aşamalı çevrime sahiptir. Verimi daha yüksektir ve daha yaygın kullanılır.
Pistonlu uçak motorları, ateşleme türüne göre kıvılcım ateşlemeli (benzinli) ve sıkıştırma ateşlemeli (dizel) olarak ikiye ayrılır; benzinli motorlar yaygınken, dizel motorlar daha verimli olmasına rağmen daha az kullanılır. Soğutma yöntemine göre ise motorlar hava soğutmalı ve sıvı soğutmalı olarak sınıflandırılır; hava soğutmalı sistemler daha hafif ve basit yapılıyken, sıvı soğutmalı sistemler özellikle daha güçlü motorlarda tercih edilir.
İlginizi Çekebilir: Uçaklar Nasıl Uçar, Temel Aerodinamik Kuvvetler Nelerdir?
Jet Motorlar (Gaz Türbinli Motorlar)
Pistonlu motorlarda emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz işlemlerinin tamamı aynı yanma odasında gerçekleşir. Bu nedenle, her işlem yanma çevrimi sırasında odada sırayla ve kesintili olarak yer alır. Gaz türbinli motorlarda ise her işlev için ayrı bölümler bulunur ve bu işlemler aynı anda, kesintiye uğramadan gerçekleşir.
Tipik bir gaz türbinli motor; hava girişi, kompresör bölümü, yanma odası, türbin bölümü, egzoz çıkışı, yardımcı sistemler ve motor aksesuarlarından oluşur. Tüm gaz türbinli motorlar benzer ana parçalardan oluşsa da, üretici firmalara göre terminolojide bazı farklılıklar bulunur. Bu farklılıklar bakım kılavuzlarında görülebilir. Bir gaz türbinli motorun tasarımını en çok etkileyen unsur, kullanılan kompresör tipidir.
Uçaklarda dört ana türde gaz türbinli motor kullanılır: turbojet, turbofan, turboprop ve turboshaft.
Turbofan
Eskiden tüm gaz türbinli uçak motorları “turbojet” olarak adlandırılırdı; ancak bu motor tipi, özellikle ses altı hızlarda (Mach 0.8 civarı) yüksek yakıt tüketimi ve gürültü nedeniyle günümüzde neredeyse terk edilmiştir. Yerine, daha verimli ve sessiz olan turbofan motorlar geliştirilmiştir. Bu motorlar, ön kısımdaki büyük fanları döndürerek itişin yaklaşık %80’ini üretir.
Çoğu turbofan motor, iki milli (two-spool) yapıdadır. Bu, motorun içinde iki ayrı kompresör-mil-türbin seti olduğu anlamına gelir: Düşük basınç sistemi, fanları ve onu döndüren türbinleri içerirken; yüksek basınç sistemi, ana kompresörü, yanma odasını ve onu çalıştıran türbinleri barındırır. Bu yapı, motorun daha verimli ve dengeli çalışmasını sağlar.
Turbofan motorlar, düşük bypass oranlı veya yüksek bypass oranlı olabilir. Bypass oranı, motorun çekirdek kısmından geçmeyip fan tarafından etrafından yönlendirilen hava miktarına göre belirlenir. Örneğin, fan 100 lb/sn hava geçiriyor ve motor çekirdeğinden 20 lb/sn hava geçiyorsa bypass oranı 5:1 olur. Yüksek bypass oranlı motorlar genellikle sivil yolcu uçaklarında kullanılırken, düşük bypass oranlı turbofanlar Mach 0.8 üzerindeki hızlar için uygundur ve genellikle askeri jetlerde yer alır. Bu motorlar, art yakıcı (afterburner) sistemleriyle ek yakıt püskürtüp egzozda yeniden yakarak kısa süreli yüksek itki artışı sağlar.
Turbojet
Günümüzde modern yolcu ve askeri uçakların büyük çoğunluğu, gaz türbinli motorlar ile, yani yaygın adıyla jet motorları ile çalışır. Bu motorların en basit ve ilk geliştirilen tipi turbojet motorudur. Turbojet motorunda çevredeki hava, motor girişinden (inlet) içeri çekilir ve ilk olarak kompresör bölümüne girer. Kompresör, çok kademeli bir fan gibi çalışarak havayı sıkıştırır ve basıncını artırır. Ardından hava, yanma odasına yönlendirilir; burada az miktarda yakıtla karıştırılıp tutuşturulur. Tipik bir turbojet motorunda, saniyede yaklaşık 100 pound hava ile sadece 2 pound yakıt karıştırılır; yani yanma gazlarının çoğu havadan kaynaklanır. Elde edilen sıcak ve yüksek basınçlı gazlar, türbin bölümüne girer. Türbin, bu gaz akışından enerji alarak döner ve aynı mil üzerinden kompresörü çalıştırır. Türbinin çektiği enerjiye rağmen egzozda hâlâ yüksek hızda gaz çıkışı olur. Bu gaz, nozulu terk ederken hız kazanır ve böylece itki kuvveti oluşur. Giriş ve çıkış kütle debileri neredeyse eşit olduğu için, çıkıştaki hız farkı sayesinde Newton’un üçüncü yasasına uygun olarak motor ileri doğru hareket eder.
İlginizi Çekebilir:Jet Motoru Nedir, Nasıl Çalışır ve Faydaları Nelerdir?
2.3-Turboprop
Turboprop motorlar ise bir gaz türbininin, dişli sistemi aracılığıyla bir pervaneyi döndürdüğü motorlardır. Yaklaşık saatte 300–400 mil hız aralığında verimli çalışır ve kısa pistlerde kalkış yapabilir. Bu motorlardaki enerjinin %80–85’i pervaneye aktarılırken, kalan kısım egzozdan çıkan itki olarak kullanılır. Bu iki güç birleşimi "eşdeğer şaft beygir gücü" (equivalent shaft horsepower) olarak adlandırılır. Turboshaft motorlar ise helikopter rotorlarını veya uçaklardaki yardımcı güç ünitelerini (APU) çalıştırmak için tasarlanmış gaz türbini motorlarıdır. APU'lar, yerde elektrik üretmek, basınçlı hava sağlamak ve uçuş sırasında yedek güç kaynağı olarak görev yapar. Turboshaft motorlar farklı şekil, boyut ve güç değerlerine sahip olabilir.
2.4-Turboshaft
Turboshaf motoru, jet motorunun bir türüdür ancak itme kuvveti üretmekten ziyade, mil gücü üreterek başka sistemleri çalıştırmak amacıyla tasarlanmıştır. Bu motor tipi genellikle hafif ama güçlü motorlara ihtiyaç duyulan yerlerde, özellikle helikopterlerde ve yardımcı güç ünitelerinde (APU) kullanılır.
Turboshaf motorları, enerji üretiminde turbojet motorlarla aynı temel prensipleri kullanır; yani bir kompresör, yanma odası ve türbin içeren bir gaz üreteci sistemiyle çalışır. Ancak turboshaf motorunu turbojetten ayıran temel fark, motorun tasarımına eklenmiş olan güç bölümüdür. Bu bölümde, bir veya daha fazla türbin ile bir çıkış mili yer alır. Çoğu durumda, bu güç türbini gaz üreteci ile mekanik olarak bağlantılı değildir. "Serbest güç türbini" olarak adlandırılan bu yapı sayesinde, çıkış miline bağlı ekipmanlar için en uygun devir sayısı sağlanabilir ve motor içinde ek bir dişli sistemi gerekmez. Güç türbini, egzoz gazındaki enerjinin neredeyse tamamını alarak bunu mil aracılığıyla harici sistemlere aktarır.
Turboshaf motorları, turbo-prop motorlara oldukça benzerdir ve bazı motorlar her iki formda da üretilebilir. Aralarındaki temel fark, turbo-prop motorların pervane yüklerini taşıyacak şekilde sağlamlaştırılmış olmasıdır. Turboshaf motorlar ise genellikle doğrudan bir şanzımana bağlanır ve bu şanzıman aracın gövdesi tarafından taşındığı için motorun yapısal olarak daha az dayanıklı olması yeterlidir.
Comments