Havacılıkta “stabilite” kavramı, bir uçağın dış etkiler sonucu dengesinin bozulduğunda istikrarlı bir şekilde dengeye geri dönme veya dengesizleşme eğilimini tanımlar. Bu makalede “boylamsal stabilite” (uzunluk ekseni etrafındaki stabilite) iki başlık altında incelenecektir:
1. Boylamsal Statik Stabilite: Uçak dengesinin ilk tepkisi ve bu tepkinin yönü
2. Boylamsal Dinamik Stabilite: Dengeye dönüş süreci ve salınımların zaman içindeki davranışı
I. Boylamsal Statik Stabilite
Boylamsal stabilite, uçağın burun-kuyruk doğrultusundaki (longitudinal axis) hareketlere karşı gösterdiği dirençtir. Burada söz konusu olan, dışarıdan gelen rüzgar, türbülans veya aniden yapılan gaz hareketleri gibi etkiler sonucu uçağın burun yönünün yukarı veya aşağı sapmasıdır. Boylamsal stabilite, bu sapmalara karşı uçağın kendi kendini dengeleme eğilimini ifade eder.
Burun yukarı kalktığında, yani uçuşta hava akışına göre hücum açısı arttığında, eğer uçak stabil ise otomatik olarak burun aşağı doğru döner. Aynı şekilde burun aşağı indikçe tekrar yukarı kaldıracak kuvvetler devreye girer. Bu, uçuş hattının korunması ve aerodinamik verimlilik açısından hayati bir özelliktir.
Statik stabilite, uçağın başlangıçta gösterdiği tepkiye odaklanır. Yani uçak, küçük bir sapma yaptığında bu sapmaya karşı dengeleyici bir moment (düzeltici kuvvet çifti) üretip üretmediği sorusudur. Eğer bu moment sapmayı azaltacak yöndeyse, uçak pozitif statik stabiliteye sahiptir.
1. Tanım ve Temel Kavramlar
· Uzunluk Eksen (Longitudinal Axis): Uçağın burun-kuyruk doğrultusunda uzanan eksen. Bu eksen etrafında gerçekleşen salınımlar, boylamsal (pitch) hareketlerdir.
· Statik Stabilite: Uçak bu eksende bir dış etkiyle dengesinden saptığında, ilk tepkinin uçağı dengeye doğru çevirme veya dengeyi daha da bozma eğilimidir.
o Pozitif statik stabilite: Uçak dengesini düzeltmeye çalışır;
o Negatif statik stabilite: Sapmayı artırır;
o Nötr statik stabilite: Uçak salınımı sürdürür ama sistem hareketi kendi kendine değiştirmez.
2. Pozitif Boylamsal Statik Stabiliteyi Sağlayan Faktörler
· Yatay Stabilizer (Tailplane/Horizontal Stabilizer): Boylamsal stabilitenin temel bileşenidir. Uçağın arka kısmında yer alan yatay stabilizatör, hücum açısındaki değişimlere karşı tepki vererek burun hareketini kontrol eder. Uçak kuyruğundaki yatay yüzey, stationery tail veya stabilizer olarak adlandırılır ve relative airflow’a maruz kaldığında düzeltici bir moment oluşturarak burnu orijinal durumuna geri getirir.
· Stabilizer’ın Kuyrukta Konumu: Bu yüzey ne kadar geride yerleşirse, ağırlık merkezi ile olan moment kolu uzar ve statik stabilite etkisi güçlenir.
· Yüzey Alanı: Stabilizer’ın aerodinamik yüzey alanı büyüdükçe, daha fazla kaldırma kuvveti üretilir ve düzeltici moment artar.
· Ağırlık Merkezi Konumu (CG): CG öne kaydıkça, düzeltme momentinin moment kolu artar ve stabilite kuvveti de artar. Bu nedenle, uçak CG’si uygun bölgeye yerleştirilmelidir.
· Ağırlık Merkezi (Center of Gravity – CG) ve Aerodinamik Merkezi (Center of Pressure – CP) Konumu: CG’nin, yatay stabilizatörün arkasında, yani uçağın önünde bulunması statik stabilite için zorunludur.
3. Statik Stabilitenin İşleyişi
Motor darbeleri, türbülans, rüzgar hamlesinde ki değişiklikler gibi faktörler uçak burnunu yukarı veya aşağı iter. Pozitif boylamsal statik stabiliteye sahip bir uçakta, stabilizer yüzeyindeki aerodinamik değişim düzeltici bir moment üretir:
· Burnu yukarı çeken bir etki varsa, stabilizer’ın angajman açısı artar ve aşağıya doğru bir kaldırma kuvveti üretir.
· Bu moment, burnu eski uçuş hattına getirir.
Dolayısıyla kontrollü hareket yapmadan uçağın kendi kendine dönme yeteneği, güvenli uçuşun temelini oluşturur.
II. Boylamsal Dinamik Stabilite
Statik stabilite, dengenin ilk tepkisini tanımlar yani uçağın sapmaya verdiği tepkinin zaman içerisindeki evrimini ifade eder. Ancak bir uçağın gerçek hayattaki davranışı, bu tepkinin zaman içindeki karakterine bağlıdır. İşte yüksek bir boylamsal statik stabiliteye sahip uçak bile, dinamik karakterlere (salınım türleri) bağlı olarak farklı performans sergileyebilir.
1. Dinamik Stabilite Nedir?
Denge bozulduğunda, sistemin (uçak) bu sapmaya zamanla ne şekilde tepki verdiğini ifade eder.
· Eğer sapma hızla küçülüp limit içinde sönümleniyorsa → Dinamik stabil,
· Sapma artarak büyürse → Dinamik instabil,
· Sapmanın genliği sabit kalıyorsa → Nötr dinamik stabilite.
2. Boylamsal Dinamik Momentler ve Salınımlar
Dinamik stabilite incelenirken temel olarak iki salınım türü analiz edilir:
· Long Period Oscillation (Uzun Periyotlu Salınım)
· Short Period Oscillation (Kısa Periyotlu Salınım)
2.1 Uzun Periyotlu Salınım (Long Period Oscillation)
· Pugo hareketi olarak isimlendirilir.
· Uçak çevresel yüklerin etkisiyle, yükseklik ve potansiyel/kinetik enerji arasında yavaşça salınım yapar.
· Periyodu birkaç dakika sürebilir.
· Hafif salınım amplitüdü; genellikle rahatsızlık vermez ve özel müdahaleye gerek duyulmaz.
2.2 Kısa Periyotlu Salınım (Short Period Oscillation)
· Düşük periyotlu, ama yükleri hızlı ve ani değişen bir salınımdır.
· Genellikle kokpit girişimlerine yanıt olarak ortaya çıkar.
· Zaman periyodu 1–2 saniyedir.
· Pilot tepkisiyle çakışma, kontrol yüzeyleri ile yapılacak müdahalenin salınımı artırması riskine yol açar.
· Bu nedenle:
1. Kısa salınım başladığında kumandalar sabit bırakılmalı (hands-off policy).
2. Uçak tasarımında bu salınımın kendi kendine sönümlenmesi (aerodynamic damping) sağlanmalıdır.
III. Uçuşta Boylamsal Stabiliteyi Etkileyen Faktörler
1. Hava Aracı Tasarım Unsurları
· Yatay Stabilizatörün Boyutu ve Konumu: Daha büyük ve daha arkada konumlanmış yatay stabilizatörler, daha güçlü düzeltici momentler üretir.
· Ağırlık Merkezi Pozisyonu: CG’nin önde olması, düzeltme momentini artırır ve stabiliteyi güçlendirir. CG’nin çok geride olması uçağın statik stabilitesini azaltabilir ve hatta ters stabilite yaratabilir.
· Kanat ve Kuyruk Tasarımı: Özgül tasarım özellikleri, aerodinamik merkezlerin ve kaldırma kuvvetlerinin dağılımını etkiler.
2. Uçuş Koşulları ve Dış Etkenler
· Rüzgar ve Türbülans: Dışsal hava koşulları uçağın sapmasına neden olabilir. İyi tasarlanmış boylamsal stabilite, bu sapmaları azaltmada kritik rol oynar.
· Pilot Müdahaleleri: Ani kumanda hareketleri, özellikle kısa periyotlu salınımlarda dinamik stabiliteyi olumsuz etkileyebilir. Pilotun kumandaları aşırı müdahaleden kaçınması, uçuşun daha dengeli olmasını sağlar.
IV. Eğitim Uçakları ile Savaş Uçakları Arasındaki Farklar
· Eğitim uçakları genellikle pozitif boylamsal stabiliteye sahiptir; bu da demek oluyor ki:
o Long period salınımlar hafif,
o Short period salınımları ise kolay kontrol edilebilir (tasarım dahilinde).
· Savaş uçaklarında:
o Bozunum durumundan geriye dönüklük istikrarı genellikle azaltılmıştır (manövrif kabiliyeti artırılmıştır). Bu çoğu zaman nötr veya hafif negatif stabilite ile sağlanır.
o Pilotların bu uçaklarda uçağa müdahale etmeden her salınımı kontrol edebilme yetisi gerekir.
o Ayrıca, fly-by-wire otomatik stabilizasyon sistemleri kısa salınım davranışını bastırmak üzere devreye girer.
V. Tasarım ve Eğitim Açısından Sonuçlar
A. Tasarımcı Perspektifi
1. Statik ve dinamik stabilite parametreleri birlikte değerlendirilir.
2. Uçuş kontrol sistemleri, özellikle modern savaş uçaklarında fly-by-wire sistemleri, kısa salınımları bastırmak üzere tasarlanır.
3. Stabilizer boyutları, CG bölgesi ve moment kolu analizleri, pozitif statik stabilite dengesiyle yapılır.
4. Sert manevralar yapılabilecek uçaklarda neutral/negatif stabilite tercih edilebilir. Ancak bu durumda sistem desteği zorunludur.
B. Öğretmen ve Pilot Gözüyle Uygulama
1. Eğitim uçaklarında stabilize uçuş etkisi, öğrencinin uçuş emniyeti algısını artırır.
2. Uçuş derslerinde:
o Long period salınımlar fark edilmeden uçuş devam etmelidir.
o Short period salınım gözlemlendiğinde kumandalar sabit bırakılarak uçağa müdahale edilmemelidir.
o Öğrenci, uçağın tasarım limitlerini ve sistem güvenlik tamponlarını bilmeli, virtual veya gerçek ortamda bu durumları deneyimlemelidir.
VI. Sonuç ve Öneriler
· Boylamsal statik stabilite, ilk tepki olarak uçağın kendini dengeleme yetisidir.
· Boylamsal dinamik stabilite, bu dengelemenin zaman içinde nasıl gerçekleşeceği, özellikle farklı frekanstaki salınım türleri ile tanımlanır.
o Long Period Oscillation: Doğal, yavaş; pilot tarafından algılanmayan bir salınım.
o Short Period Oscillation: Kısa, hızlı, yüksek yük tepkisi potansiyeline sahip; tasarımda sönümlenmelidir.
· Kısa Salınımda “Hands-Off” yaklaşımı: Pilot, salınımları bastırmak için kumandaları bırakmalı; uçak kendi aerodinamik damping sistemiyle salınımları sönümlendirecektir.
Vasıf Yüceliş
E.Hv.Albay
Antalya Bilim Üniversitesi ATPL Dersleri Öğretmeni
