Kanat profili (airfoil); kanat, pervane, dümen ve yelken gibi bir akışkan içinde hareket eden nesnelerin, 2 boyutlu kesitidir. Hava, su gibi herhangi bir akışkan içinde hareket eden taşıta en uygun kaldırma/sürükleme (lift/drag) oranını vermek için dizayn edilmiş, kıvrımlı veya düz, çoğunlukla damla şeklindeki kesitlerdir. Genellikle kanat profilleri Bernoulli prensibine göre hızı artan havanın basıncı azalacağından cismin iki zıt yüzeyinde basınç farkı meydana getirir. Bu sayede aerodinamik kuvvetler oluşarak uçakların havada kalması sağlanır.
Uçak kanadı
Airfoil geometrisi, havanın kanat etrafında nasıl hareket edeceğini belirler ve bu, uçakların uçmasını sağlayan en önemli faktörlerden biridir. Kanat profilinde iki temel yüzey bulunur:
- Üst Yüzey (Upper Surface): Genellikle dışbükeydir ve havanın daha hızlı akmasını sağlar. Bu, Bernoulli prensibine göre daha düşük bir basınç alanı oluşturur ve kaldırma kuvveti yaratır.
- Alt Yüzey (Lower Surface): Daha düz veya içbükey olabilir. Havanın daha yavaş hareket ettiği ve genelde daha yüksek basınç ürettiği kısımdır.
ÖNEMLİ AİRFOİL KAVRAMLARI
- Leading Edge (Ön Kenar): Havanın airfoil ile ilk temas ettiği kenar.
- Trailing Edge (Arka Kenar): Havanın airfoil'den ayrıldığı kenar.
- Chord Line (Kiriş Çizgisi): Leading edge'den trailing edge'e düz bir çizgi.
- Camber (Kavis): Airfoil'in eğriliği, kaldırma kuvvetini etkiler.
- Thickness (Kalınlık): Airfoil'in en kalın bölgesinin ölçüsüdür, aerodinamik performansı etkiler.
Airfoil kavramları
Airfoil tasarımı, uçuş hızına, hava taşıtının amacına ve görev profiline göre optimize edilir. Örneğin, yüksek hızda uçan uçaklar daha ince airfoiller kullanırken, yavaş hızda manevra yapması gereken uçaklar daha kalın ve kavisli airfoiller tercih eder. Kanadın kambur olan üst kısmında akışkanın alması gereken yol, alt kısmından daha fazladır. Bu sebeple üstteki akışkan daha hızlı hareket eder ve akışkanın basıncı alt yüzeye göre düşer. Bu da aerodinamik kuvveti (lift) oluşturur.
Kaldırma kuvveti oluşumu
Airfoil'deki aerodinamik kalkış, kaldırma kuvveti (lift) sayesinde oluşur. Bu kuvvet, kanat profiline (airfoil) gelen hava akışının hareketiyle meydana gelir ve uçağın havada kalmasını sağlar. Kaldırma kuvveti, özellikle Bernoulli prensibi ve Newton'un hareket yasaları ile açıklanır.
BERNOULLİ PRENSİBİ İLE KALDIRMA
Airfoil'in şekli, hava akımının üst ve alt yüzeylerde farklı hızlarda hareket etmesine neden olur:
- Üst Yüzey: Airfoil'in üst kısmı genelde dışbükey (kavisli) olduğu için, bu yüzey üzerinden geçen hava daha uzun bir yol kat eder ve bu nedenle daha hızlı akar. Daha hızlı hava, Bernoulli prensibine göre daha düşük bir basınç alanı oluşturur.
- Alt Yüzey: Alt yüzey genellikle daha düz olduğu için hava daha yavaş akar ve burada daha yüksek bir basınç oluşur.
Bu basınç farkı, kaldırma kuvvetini oluşturur. Daha yüksek basınç alttan yukarıya doğru bir itiş sağlar.
NEWTON'UN ÜÇÜNCÜ HAREKET YASASI İLE KALDIRMA
Airfoil'in alt yüzeyi, hava akışını aşağıya doğru yönlendirir (Newton’un üçüncü yasasına göre, bir kuvvet uygulandığında, eşit büyüklükte zıt yönde bir tepki kuvveti oluşur). Bu aşağıya yönlendirilen hava, kanadı yukarıya doğru iten bir tepki kuvveti oluşturur.
KALKIŞ ANINDA AİRFOİL DİNAMİKLERİ
Uçağın kalkışı sırasında şu faktörler önemlidir:
- Hücum Açısı (Angle of Attack): Airfoil’in kiriş çizgisinin (chord line) serbest hava akımına yaptığı açı, kaldırma kuvvetini doğrudan etkiler. Daha büyük bir hücum açısı, daha fazla kaldırma kuvveti üretir (ancak belirli bir açıyı aştığında stall meydana gelir).
- Hava Akımı Hızı: Hava hızı arttıkça, kanat üzerinden geçen hava miktarı artar ve kaldırma kuvveti büyür. Bu nedenle kalkış sırasında uçak hızlanır.
- Kanat Şekli ve Profil: Airfoil’in kalınlık oranı, eğriliği (camber) ve yüzey alanı, kaldırma kuvvetini artırır ya da azaltır.
KALKIŞIN OLUŞMA SÜRECİ
- Motor İtki Gücü: Uçağın motoru, uçağı ileri doğru hızlandırır ve kanat üzerinden geçen hava hızını artırır.
- Hücum Açısı: Pilot, kanat hücum açısını artırarak kaldırma kuvvetini yükseltir.
- Kaldırma Kuvveti: Hava hızı ve hücum açısı birleşerek kaldırma kuvvetini, uçağın ağırlığını dengeleyip geçecek seviyeye çıkarır.
- Kalkış: Kaldırma kuvveti, yerçekimini yendiğinde uçak yerden yükselir.
Airfoil'in tasarımı (eğrilik, kalınlık, kordon uzunluğu) ve uçuş sırasında uygulanan aerodinamik prensipler bu sürecin temelini oluşturur.
