(Inset Hinge, Horn Balance, Internal Balance ve CG Ayarlaması)
Uçak tasarımında kontrol yüzeylerinin verimli ve hassas çalışması hem uçuş güvenliği hem de pilot konforu açısından kritik öneme sahiptir. Geleneksel mekanik kontrol sistemlerinde, pilotların kumanda yüzeylerini hareket ettirmek için uygulaması gereken kuvvetler, özellikle yüksek hızlarda önemli derecede artar. Bu durum hem pilot yorgunluğunu artırır hem de uçuş performansını olumsuz etkileyebilir. Bu yüzden havacılık mühendisliği, kontrol yüzeylerinde aerodinamik dengeleme yöntemleri geliştirmiştir. Daha önceki makalemde anlatmış olduğum ve havacılıkta sıkça kullanılan Balance Tab, Anti-Balance Tab, Servo Tab ve Spring Tab sistemleri pilotun lövye’ye uyguladığı kumanda kuvvetini azaltılırken kontrol yüzeylerinin etkinliğini de azaltmaktaydı. Ancak bu makalede anlatacağım Inset Hinge, Horn Balance, Internal Balance ve CG Ayarlaması yöntemleri ile aerodinamik dengeleme sayesinde, kumanda kuvveti azaltılırken kontrol etkinliği de korunur.
Bu makalede, uçaklarda kullanılan dört temel dengeleme (İnset Hinge, Horn Balance, Internal Balance ve Ağırlık Merkezi Ayarlaması) yöntemine analitik bir bakış sunacağım ve her bir yöntemin çalışma prensibi, uygulama alanları ve uçuş üzerindeki etkilerini inceleyeceğim.
1. İnset Hinge (İçe Yerleştirilmiş Menteşe) Yöntemi
İnset Hinge yöntemi, uçaklarda kontrol yüzeylerinin aerodinamik dengesini artırmak için geliştirilen temel tekniklerden biridir. Bu yöntemde, kontrol yüzeyinin menteşe hattı yüzeyin ön kenarından içeriye, yani akış yönüne ters şekilde yerleştirilir. Böylece yüzeye uygulanan aerodinamik kuvvetlerin oluşturduğu moment kolu küçültülür. Moment kolunun kısalması, pilotun hissettiği stick force (kumanda kuvveti) değerinin azalmasına yol açar.
İnset Hinge sisteminin önemli bir avantajı, kontrol yüzeyinin etkinliğini azaltmadan kumanda kuvvetlerinde ciddi bir azalma sağlamasıdır. Bu özellik, özellikle büyük yolcu uçakları ve askeri nakliye uçaklarında pilot iş yükünü azaltmak amacıyla tercih edilmesine neden olmuştur. Ayrıca, yüzeyin aşırı serbest kalmasını önlemek için menteşe yerleşimi hassas biçimde optimize edilir. Uygun bir tasarımla, kontrol yüzeyinin geri bildirimi (feedback) korunurken, aşırı hassasiyet veya gevşeklik gibi olumsuzluklar minimize edilir.
Modern uçaklarda, elevatör, rudder ve aileron gibi temel kontrol yüzeylerinde inset hinge prensibi sıklıkla uygulanmaktadır. Yüksek hızlarda stick force’un fazla artmaması sayesinde, pilotun uçak üzerindeki hakimiyeti daha tutarlı ve konforlu hale gelir. Ayrıca bu yöntem, hidrolik destekli sistemlere ihtiyaç duymadan, mekanik kontrol sistemlerinin etkinliğini artırmaya katkıda bulunur.
2. Horn (Boynuz) Balance Yöntemi
Horn Balance yöntemi, kontrol yüzeylerindeki aerodinamik momentleri dengelemek için kullanılan etkili bir diğer mekanizmadır. Bu yöntemde, kontrol yüzeyinin ön kısmına, ana menteşe hattından ileriye doğru uzanan küçük bir çıkıntı (horn – boynuz) eklenir. Horn, yüzeyin ana hareket yönünün tersine aerodinamik kuvvet üretir. Böylece, pilotun uygulaması gereken stick force önemli ölçüde azalır.
Horn Balance’ın temel çalışma prensibi, hareketli yüzeyin bir kısmını akış hattına karşı maruz bırakarak ters yönde moment oluşturmasıdır. Yani horn kısmı, kontrol yüzeyinin geri kalan kısmının ürettiği momenti kısmen dengeler. Özellikle rudder ve elevator gibi büyük yüzeyli ve yüksek momentli kontrollerde, horn balance etkili bir çözüm sunar.
Bu yöntemin bir diğer avantajı, yapısal karmaşıklığa neden olmadan hafif bir aerodinamik destek sağlamasıdır. Ayrıca, pilotun kontrol hissi kaybolmadan kumanda kuvvetleri azaltılabilir; çünkü horn büyüklüğü ve yerleşimi doğru tasarlandığında, sistem hem stabiliteyi hem de kontrol hassasiyetini korur. Ancak horn yüzeyinin büyüklüğü aşırı artırıldığında, istenmeyen osilasyonlara (flutter) yol açabileceğinden, dikkatli aerodinamik analiz ve testler gereklidir.
Modern küçük ve orta boy uçaklarda horn balance sistemlerine sıkça rastlanır. Ayrıca birçok akrobasi uçağında, hassas ve hızlı kumanda tepkileri için horn dengeleri optimize edilmiştir.
3. Internal (Dahili) Balance Yöntemi
Internal Balance yöntemi, kontrol yüzeylerinin aerodinamik kuvvetlerini dengelemek için daha sofistike bir yaklaşım sunar. Bu sistemde, kontrol yüzeyinin bir kısmı sabit yüzeyin içine doğru gömülür ve üst ile alt yüzeyler arasında hava akışı sağlanarak basınç farklılıklarından yararlanılır. Böylece, hareketli yüzey üzerinde oluşan aerodinamik kuvvetlerin etkisi dengelenir ve pilotun hissettiği stick force azaltılır.
Internal Balance yönteminin en dikkat çekici özelliği, kontrol yüzeyinin dış kısmında herhangi bir ek çıkıntıya ihtiyaç duyulmamasıdır. Bu sayede, dış akışta ilave sürükleme (drag) yaratılmadan aerodinamik dengeleme elde edilir. Ayrıca, yüzeyin yapısal bütünlüğü korunur ve uçak genel aerodinamik performansı iyileştirilir.
Bu sistemde, hareketli yüzeyin içine açılan kanallar aracılığıyla üst ve alt basınç bölgeleri arasında kontrollü bir hava akışı sağlanır. Kanalların tasarımı, yüzeyin açısına ve uçuş hızına bağlı olarak optimize edilir. Böylece, kontrol yüzeyi istenen oranda desteklenir; pilotun kumanda hissi ise belirli bir seviyede tutulur.
Internal Balance sistemi genellikle yüksek hızlı askeri uçaklarda ve bazı modern yolcu uçaklarının kanatçıklarında (aileron) kullanılır. Özellikle yüksek Mach sayılarında, kontrol yüzeyleri üzerinde oluşan aşırı kuvvetleri dengelemek için etkili bir çözüm sunar. Ancak bu sistemin karmaşık bir mühendislik ve bakım gerektirdiği de unutulmamalıdır.
4. CG (Ağırlık Merkezi) Ayarlaması
Ağırlık Merkezi (Center of Gravity – CG) ayarlaması, uçuş sırasında kontrol yüzeylerine olan ihtiyacı azaltarak aerodinamik denge sağlamanın etkili bir yoludur. Bu yöntemde, uçağın içindeki yakıtın ön ve arka tanklar arasında aktarılmasıyla ağırlık merkezi ileriye veya geriye kaydırılır. Böylece uçağın doğal denge noktası değiştirilir ve kontrol yüzeyleri kullanılarak yaratılması gereken pitch up veya pitch down (burun yukarı veya burun aşağı) kuvvetleri minimize edilir.
Özellikle süpersonik yolcu uçağı Concorde’da, CG ayarlaması aktif bir sistem olarak kullanılmıştır. Concorde’un yakıt sistemi, hız değişimlerine ve irtifa ayarlarına uyum sağlamak amacıyla yakıtı sürekli olarak tanklar arasında taşımıştır. Bu yöntem sayesinde, özellikle yüksek hızlı yatay uçuşlarda burun yukarıya doğru kalkma eğilimi kontrol altına alınmış ve sürükleme azaltılmıştır.
Modern geniş gövdeli yolcu uçaklarında (örneğin Airbus A340 ve Boeing 777 modellerinde) de benzer sistemler, yakıt tüketimi sırasında ağırlık merkezini optimize etmek amacıyla kullanılmaktadır. Uçaklar, kalkışta veya inişte farklı CG konumlarına ihtiyaç duyabileceğinden, uçuş süresince yapılan bu düzenlemeler hem aerodinamik verimliliği artırır hem de yakıt tüketimini azaltır.
CG ayarlaması doğrudan bir kontrol yüzeyi mekanizması olmamakla birlikte, uçağın trim ayarlarını iyileştirerek dolaylı şekilde kontrol yüzeylerine olan yükü azaltır. Böylece hem pilotun kontrol ihtiyacı azalır hem de sistemdeki mekanik aşınma ve enerji tüketimi minimize edilir.
Sonuç
Uçaklarda kontrol yüzeylerinin aerodinamik dengelemesi hem pilot kontrolünü kolaylaştırmak hem de uçuş performansını optimize etmek açısından kritik bir öneme sahiptir. İnset Hinge, Horn Balance, Internal Balance ve CG Ayarlaması gibi yöntemler, farklı mekanizmalarla aynı hedefe hizmet eder: Kumanda kuvvetlerini azaltırken kontrol etkinliğini ve güvenliğini korumak.
İnset Hinge ve Horn Balance yöntemleri, doğrudan yüzey yapısına müdahale ederek pilotun hissettiği kuvvetleri azaltırken, Internal Balance daha sofistike bir aerodinamik çözüm sunarak yüzey içi hava basıncı farklarından yararlanır. CG Ayarlaması ise, kontrol yüzeylerini kullanmaya gerek kalmadan uçağın doğal dengesini değiştirerek uçuş sırasında gereken trim kuvvetlerini minimize eder.
Bu yöntemlerin her biri, uçak tasarımında aerodinamik etkinlik, yakıt verimliliği ve yapısal dayanıklılık gibi hedeflerle uyumlu olarak geliştirilmiştir. Özellikle yüksek hızlı uçaklarda ve uzun menzilli seferlerde, bu teknikler uçuş güvenliğini artırmak ve pilot iş yükünü azaltmak için vazgeçilmez araçlar haline gelmiştir.
Gelecekte, aktif aerodinamik dengeleme sistemlerinin, yapay zeka destekli kontrol algoritmaları ile birleşerek bu yöntemlerin yerini alabileceği öngörülmektedir. Ancak, temel prensipler aynı kalacak: Daha az kuvvetle daha etkili kontrol sağlamak ve uçuş güvenliğini en üst düzeye çıkarmak.
Vasıf Yüceliş
E.Hv.Albay
Antalya Bilim Üniversitesi ATPL Dersleri Öğretmeni
