Bu yazı iki bölümden oluşmaktadır. Öncelikle, helikopterlerde ve dikey iniş kalkış yapabilen hava araçlarındaki rotorlardan bahsedilmektedir. Sonrasında, sabit kanatlı hava araçlarındaki kalkış mekanizmaları incelenmektedir.
ROTOR ÇEŞİTLERİ: Rotor, genellikle makinelerin dönen bölümünü tanımlamak için kullanılır. Hava araçlarında ise rotor, bir döner kanat aracın ağırlığını destekleyen aerodinamik taşıma kuvvetini ve ileri uçuşta aerodinamik sürtünmeye karşı itki kuvvetini üreten bir sistemdir. Rulmanla veya mafsalla mile bağlanır ve eğilebilen plaka sayesinde takılan paller kontrol edilir. Paller farklı yöntemlerle ana rotor başına bağlanır. Bağlanma şekline ve pallerin hareketine göre ana rotor sistemleri üç sınıfa ayrılır.
1- Rijit Rotor Sistemleri
2- Yarı Rijit Rotor Sistemleri
3- Tam Mafsallı Rotor Sistemleri
Rijit Rotorlar: Mekanik olarak basit bir sistemdir. Bu tasarımda, paller rotor göbeğine sıkıca tutturulmuştur. Bu şekilde bağlanan paller sadece yunuslama (yanlamasına ekseni etrafında dönme) hareketi yapar. Bu sayede, diğer sistemlere kıyasla daha güvenlidir. Dezavantajları ise türbülanslı akışlara elverişli olmaması ve rotorda yüksek titreşim oluşturmasıdır.
Yarı Rijit Rotorlar: Yarı rijit rotor sistemi, pallerin yunuslama ve aşağı-yukarı kanat çırpma olmak üzere iki farklı hareketini sağlar. Bir pal aşağıya doğru sallanırken, diğeri yukarı doğru kıvrılır. Mekanik olarak basittirler fakat çok hızlı bir kontrol mekanizmasına sahip değildirler.
Tam Mafsallı Rotorlar: Paller rotor başına mafsalla bağlanmıştır. Bu sayede paller, aşağı-yukarı kanat hareketi, ileri-geri hareket ve yunuslama hareketi yapabilir. Dolayısıyla, hava aracı yüksek manevra kabiliyetine ve iyi bir kontrol cevabına sahip olur. Dezavantajları ise, yüksek sürükleme katsayısı, karmaşık mekanik sistem ve maliyettir.
Rotorlar tasarımı ve konfigürasyonuna göre ayrıca şöyle sınıflandırılabilirler;
1- Tek Ana Rotor Sistemi
2- Tandem (Ardışık) Rotor Sistemi
3- Koaksiyel Rotor Sistemi
4- Tilt (Eğilen) Rotor Sistemi
5- Intermeshing (Eşzamanlayıcı) Rotor Sistemi
Tek Ana Rotor Sistemi: Helikopterlerde en yaygın kullanılan rotor türüdür. İtki ana rotorlara bağlı pallerle sağlanır. Ana rotorun sadece bir yönde oluşturduğu torku dengelemek için kuyruk rotoruna ihtiyaç duyulur. Kuyruk rotorunun konumu ve ağırlık merkezinden uzaklığı, ana rotor tarafından oluşturulan tork etkisine karşı koymak için ana rotorun dönüşünün tersi yönde itki geliştirmesine izin verir. Bu rotor tipine örnek olarak TUSAŞ’ ın T129 Atak helikopteri örnek verilebilir.
Tandem (Ardışık) Rotor Sistemi: Bir tandem rotor helikopterinin, iki ana rotor sistemi vardır ve kuyruk rotoru yoktur. Genellikle arka rotor, ön rotordan daha yüksek bir konuma monte edilir ve bu sayede pallerin çarpışması önlenir. İki rotor birbirinin aksi yönünde döner dolayısıyla oluşturdukları tork dengelenmiş olur. Dengeleme için ek bir rotor olmadığından motorların tüm gücü taşıma kuvveti için kullanılır. Faydalı yük kapasitesi yüksektir. Bu rotorun olumsuz yanları ise ters dönen pallerden dolayı helikopterin ortasında aşağı yönlü bir kuvvet olması ve mekanik karmaşadır. Bu rotor sistemini kullanan helikopterlere Boeing CH-47 Chinook örnek verilebilir.
Koaksiyel Rotor Sistemi: Koaksiyel rotorlar, bir mil üzerine monte edilen, aynı dönme eksenine sahip ancak biri diğerinin üstünde olmak üzere zıt yönlerde dönen iki ana rotordur. Zıt yönde döndükleri için birbirinin torkunu dengelerler. Dikey eksen boyunca kontrol şu şekildedir; iki rotor diski farklı taşıma kuvvetleri üretilir. Saat yönünde dönen rotor daha fazla taşıma kuvveti üretiyorsa helikopter sola yalpalayacak, saat yönünün tersine dönen rotor tarafından daha fazla taşıma kuvveti üretiliyorsa sağa yalpalayacaktır. Koaksiyel rotorların ürettiği itki tek ana rotorlu sistemlere göre daha fazladır. Bu rotor sisteminin dezavantajı, pallerin sürtünmeye normalden daha fazla maruz kalmasıdır. Bu nedenle, bu yapıdaki helikopterlerin normalde yüksek bir seyir hızı yoktur. Koaksiyel rotor sistemi kullanan helikopterlere Kamov Ka-52 örnek verilebilir.
Tilt (Eğilen) Rotor Sistemi: Tiltrotor sistemi sabit kanadın uçlarına yerleştirilen ve 90° eğilebilen bir mekanizmadır. Bu rotorların bulunduğu araç döner kanat ve sabit kanat araçların bir karışımı şeklindedir. Dikey konumda bulunan rotorlar yardımıyla bir helikopter gibi kalkış ve iniş yapabilir. Araç hız kazandıkça, rotorlar kademeli olarak öne doğru eğilir ve sonunda yatay konuma gelir. Rotorlar bu şekildeyken aracın itkisi artar ve hız kazanır. Tiltrotorların kötü yanı ise, kompleks mekanik yapıda olmalarıdır. Bu rotor sistemine sahip hava araçlarına örnek, Bell Boeing V-22 Osprey verilebilir.
Intermeshing (Eşzamanlayıcı) Rotor Sistemi: İki ayrı rotor şaftına birbirine hafifçe eğimli olacak şekilde monte edilmiş rotor sistemidir. Paller zıt yönde ve birbirine çarpmayacak şekilde döner. İki rotor, bir dişli çark gibi birbirine bağlanır. Bu konfigürasyon bir kuyruk rotoru gerektirmez, rotorlar birbirinin torklarını dengelerler. Eşzamanlı rotorlar yüksek stabiliteye ve taşıma kuvveti oluşturma özelliklerine sahiptir fakat hızları düşüktür ve mekanik olarak karmaşık yapıdadır. Bu rotor sistemine sahip Kaman K-Max helikopteri örnek verilebilir.
Farklı konfigürasyonlar ve tasarımlar çok yaygın olmasa da sabit kanatlı hava araçlarında da kullanılırlar. Bu sistemleri şu şekilde sıralayabiliriz.
1- Sabit Kanat (HTOL)
2- Tilt (Eğilen) Kanat Sistemi
3- Tilt (Eğilen) Gövde Sistemi
4- Ornithopter Sistemi
5- Yönlendirilmiş Jet İtkili Sistemler
6- Yönlendirilmiş Fan İtkili Sistemler
7- Tilt (Eğilen) Jet Sistemi
8- Tailsitter (Kuyruğa Oturtulan) Kalkış Sistemi
Sabit Kanat (HTOL): Uçak belli bir hıza eriştiğinde tasarımı sayesinde taşıma kuvveti üreterek aracın havalanmasını sağlayan sistemdir. Sabit kanatlı hava araçları dikey iniş kalkış özelliği olmamasına rağmen en yaygın hava aracı kanat konfigürasyonlarından birdir. Yüksek irtifaya çıkabilirler, menzilleri uzundur ve havada süzülebilirler. Uçakların uçuş mekaniğiyle ilgili yazımda kanatlar ve yönlendirme sistemleri ile ilgili detaylı bilgi verilmiştir. Örnek olarak, TUŞAS ‘ın HÜRJET uçağı verilebilir.
Tilt (Eğilen) Kanat Sistemi: Tiltrotor sistemine benzer bir sistemdir. Sabit kanadın uçlarına rotorlar yerleştirilir. Tiltrotor sistemlerindeki gibi rotor değil tamamen kanat eğilir. Dikey konumda bulunan rotorlar ve kanatlar sayesinde dikey kalkış gerçekleşir. Sonrasında uçağın hızı arttıkça kanat kademeli olarak öne doğru 90° olacak şekilde eğilir. Sabit ve döner kanatın özelliklerini taşır fakat karmaşık bir sistemdir. Tiltkanat sistemi kullanan uçaklara, Airbus Acubed Vahana örnek verilebilir.
Tilt (Eğilen) Gövde Sistemi: Farklı ve nadir kullanılan bir sistemdir. Gövde bir mafsalla montajlanır dolayısıyla serbest bir şekilde yunuslama hareketi yapabilir. Kısa mesafeli kalkışlarda gövde yukarı yönde eğilerek kalkışa destek sağlar. Güvensiz ve karmaşık sistemlerdir.
Ornithopter Sistemi: Kuşların kanat çırpma hareketinden esinlenerek yapılmış sistemdir. Uçuş esnasında kanatlar sürekli yukarı ve aşağı yönde salınım yapar. Kanatlar hem taşıma hem de itki kuvveti oluşturur. Düşük hızlarda manevra kabiliyeti yüksektir fakat aerodinamik olarak verimsiz bir sistemdir.
Yönlendirilmiş Jet İtkili Sistemler: Sabit kanatlı hava aracının alt kısmında bulunan taşıma jetleri, dikey itki kuvveti üreterek aracın dikey kalkış ve iniş yapmasına imkan sağlar. Yardımcı taşıma jetlerinin olumsuz yanları, yüksek yakıt tüketimi, ekstra ağırlık ve motordan dolayı gövde hacminin azaltılmasıdır. Örnek olarak, Harrier Jet uçağı verilebilir.
Yönlendirilmiş Fan İtkili Sistemler: Taşıma fanları,gövdedeki büyük deliklere yerleştirilen, jet itkili sistemlere çok benzer bir uçak konfigürasyonudur. Uçak taşıma kuvveti sağlamak için fanları kullanır ve dikey iniş kalkış yapabilir. Jet itkili sistemlere göre daha dengeli ve daha az yakıta ihtiyaç duyan sistemlerdir. Fan itkili sistemlere sahip uçaklara, F-35 Lightning II örnek verilebilir.
Tilt (Eğilen) Jet Sistemi: Tiltjet sistemi kavram olarak tiltrotor tasarımına benzer. Tiltjet sistemine sahip uçaklar dikey kalkış yapabilmek için dik konumdaki jet motorlarını kullanır. Sonrasında, motorları öne eğerek uçuşa devam ederler. Mekanik olarak karmaşık, aerodinamik olarak verimsiz bir sistemdir. EWR VJ 101 uçağı örnek verilebilir.
Tailsitter (Kuyruğa Oturtulan) Kalkış Sistemi: Tailsitter sistemine sahip uçaklar dikey kalkış için kuyruğunun üzerine oturtulur. Uçak havalandığında gövdesini düzelterek yatay uçuşa devam eder. Birçok açıdan güvensiz ve tehlikeli bir sistemdir. Convair XFY aracı örnek gösterilebilir.
Referanslar
1. Anonim, 2012. Helicopter Flying Handbook.
FAA-Federal Aviation Administration,
Yayın No: FAA-H-8083-21A, Oklahoma City, USA.
2. ARIOL TAYMAZ, H. 2019 HELİKOPTER ROTOR PALİNİN PERFORMANS OPTİMİZASYONU
3. Seddon, John; Newman, Simon (2011). Basic Helicopter Aerodynamics. John Wiley and Sons. p. 216. ISBN1-119-99410-1. The rotor is best served by rotating at a constant rotor speed.
4. Laskowitz, I.B. “Vertical Take-Off and Landing (VTOL) Aircraft.” Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 107, Art.1, 25 March 1963.
6.https://www.boeing.com.tr/urunler-ve-hizmetler/savunma-uzay-ve-guvenlik/ch-47-chinook.page
7. https://www.russianhelicopters.aero/en/
8.https://www.boeing.com.tr/urunler-ve-hizmetler/savunma-uzay-ve-guvenlik/v-22-osprey.page
9. https://www.kaman.com/aerosystems/solutions/air-vehicles-mro/k-max
10. https://acubed.airbus.com/projects/vahana/
11. PH1 Anibal Rivera, Norden 2006, p. 49.
12. https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/f-35.html
13. http://www.diseno-art.com/encyclopedia/strange_vehicles/ewr_vj_101.html
14. UNited States Navy Centennial Newsletter, Fall 2009, p. 12
