Kanat testi, sabit kanatlı hava araçlarında taşıyıcı yapı olarak görev yapan kanatların aerodinamik, yapısal ve dinamik davranışlarını değerlendirmek amacıyla uygulanan deneysel ve analitik incelemeleri kapsar. Bu testler, hem tasarım doğrulaması hem de emniyet gerekliliklerinin karşılandığını belgelemek amacıyla yürütülür.

Yapısal Testler

Yapısal testler, uçak kanatlarının statik ve dinamik yükler altındaki dayanıklılığını ve işlevselliğini değerlendirmek amacıyla uygulanır. Bu testler, tasarım doğrulama sürecinin önemli bir parçasıdır ve hava aracının güvenli uçuş operasyonlarını gerçekleştirebilmesi için gereklidir. Genel olarak testler, kanat yapısının sonlu ömrü boyunca karşılaşacağı yük senaryolarını laboratuvar ortamında simüle ederek yürütülür.

Statik Yükleme Testleri

Statik testler, kanatlara genellikle yukarı doğru etki eden kaldırma kuvvetinin simüle edildiği yükleme senaryolarıdır. Bu testlerde, yük uygulama cihazları (hidrolik aktüatörler, yük yayma sistemleri) aracılığıyla kanat üzerine belirli büyüklüklerde yükler uygulanır. Uygulanan yük genellikle maksimum kalkış ağırlığının 1.5 katına kadar çıkabilir ve bu limit, sivil havacılık otoritelerinin (örneğin FAA veya EASA) sertifikasyon kriterlerine dayanır. Yükleme sırasında kanadın deformasyon miktarı, gerinim ölçer (strain gauge), lazermetre’ler ve optik izleme sistemleriyle ölçülür. Ayrıca belirli noktalarda gerilme, burkulma ve eğilme davranışları da incelenir. Elde edilen veriler, hesaplamalı analizlerle kıyaslanarak doğruluk kontrolü yapılır.

Burkulma Testleri

Burkulma testleri, özellikle ince cidarlı yapıların eksenel yükler altında denge kaybederek ani şekil değişimlerine uğrama riskini değerlendirmek için gerçekleştirilir. Kanat kutu kesitleri, torsiyonel burkulma (bükülme) ve lokal burkulma modları açısından incelenir. Bu testlerde kanat üzerine eksenel kuvvetler uygulanır ve kritik burkulma yükleri belirlenir. Yapının burkulma davranışı, hem elastik hem de plastik sınırlar için değerlendirilir.

Yorulma Testleri

Yorulma testleri, kanat yapısının hizmet ömrü boyunca karşılaşacağı tekrarlı yükleme koşullarına karşı dayanıklılığını ölçmeyi amaçlar. Bu testlerde, nominal uçuş profiline uygun şekilde belirlenen yük spektrumları uzun süre boyunca uygulanır (örneğin 10⁶ – 10⁸ çevrim). Uygulanan yükler; iniş-kalkış döngüleri, türbülans, manevralar gibi gerçek uçuş senaryolarını temsil eder. Yorulma testleri sırasında mikroçatlak oluşumu, bağlantı bölgelerinde gevşeme, malzeme gevrekleşmesi gibi hasar türleri gözlemlenir. Hasarın ilerleyişi, tahribatsız muayene yöntemleri (ultrasonik test, X-ray, akustik emisyon vb.) ile izlenir. Kritik bölgelerde hasar birikimi tespit edildiğinde test durdurulur veya yapısal takviye ihtiyacı değerlendirilir.

Sayısal Destek ve Modelleme

Yapısal testler, genellikle sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile gerçekleştirilen ön analizlerle planlanır. Bu analizlerde, kanadın üç boyutlu sayısal modeli üzerinde yükleme senaryoları uygulanarak gerilme dağılımları, yer değiştirmeler ve zayıf bölgeler belirlenir. Testler sırasında elde edilen ölçümler, bu sayısal modelin geçerliliğini kontrol etmek ve gerektiğinde modeli düzeltmek için kullanılır. Bu yaklaşım, fiziksel testlerin optimizasyonunu sağlar ve maliyetleri azaltmaya yardımcı olur.

^{F-18 Savaş Uçağı Kanat Test Çalışması (NASA Armstrong Flight Research Center)}

Aerodinamik Testler

Aerodinamik testler, hava aracının kanat yapısının hava akımı altındaki davranışlarını sayısal ve deneysel yöntemlerle değerlendirmek amacıyla yürütülür. Bu testlerin temel amacı, kanadın taşıma (kaldırma) ve direnç (sürükleme) performansını, akış yapısını ve aeroelastik etkilerini analiz ederek uçuş karakteristiklerini belirlemektir. Uygulanan testler başlıca üç grupta sınıflandırılır: rüzgâr tüneli deneyleri, uçuş testleri ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) analizleri.

Rüzgâr Tüneli Deneyleri

Rüzgâr tüneli testleri, sabit ve kontrollü hava akımı altında fiziksel kanat modelleri üzerinde gerçekleştirilen deneysel çalışmalardır. Bu testler, ölçeklendirilmiş veya tam boyutlu kanat kesitleri (airfoil) ya da üç boyutlu kanat konfigürasyonları üzerinde yapılabilir. Rüzgâr tünelinde test edilen parametreler şunlardır:

• Kaldırma kuvveti (Lift, L): Kanadın hava akımı karşısında yukarı yönlü ürettiği kuvvet.
• Sürükleme kuvveti (Drag, D): Hava akımının oluşturduğu direnç kuvveti.
• Moment (Pitching Moment, M): Kanadın burulma eğilimi veya denge davranışı.
• Basınç dağılımı: Kanat yüzeyine yerleştirilen basınç tapaları veya sensörler ile ölçülür.
• Akış ayrılması ve türbülans bölgeleri: Akış görselleştirme teknikleri (duman çizgisi, yağ filmi, tuzlu su yöntemi) ile belirlenir.

Deneyler sırasında farklı hücum açıları, hızlar ve Reynolds sayıları altında testler tekrarlanarak performans haritaları oluşturulur. Bu testlerin sonuçları, tasarım doğrulaması ve performans tahminlerinin kalibrasyonu amacıyla kullanılır.

Uçuş Testleri

Uçuş testleri, gerçek uçuş koşullarında kanadın aerodinamik performansının değerlendirilmesini sağlar. Bu testlerde, hava aracına yerleştirilen ölçüm sistemleri aracılığıyla hız, ivme, basınç dağılımları, kanat deformasyonları ve titreşim verileri elde edilir. Elde edilen verilerle, kanadın uçuş sırasında karşılaştığı gerçek aerodinamik yükler, manevra sınırları ve uçuş zarfı doğrulanır. Ayrıca uçuş testleri, rüzgâr tüneli testlerinde modellenemeyen atmosferik etkileri (örneğin türbülans, rüzgâr kesmeleri) içermesi bakımından tamamlayıcı niteliktedir.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD)

CFD analizleri, kanat çevresindeki hava akımının matematiksel olarak modellenmesi ve sayısal yöntemlerle çözülmesi yoluyla yürütülen aerodinamik değerlendirme yöntemleridir. CFD çalışmaları, genellikle aşağıdaki uygulamalar için tercih edilir:

• Tasarım öncesi konsept analizleri.
• Rüzgâr tüneli testlerinden önce parametrik değerlendirmeler.
• Ayrıntılı akış karakteristiklerinin (örneğin sınır tabaka kalınlığı, girdap oluşumu, ayrılma noktası) belirlenmesi.
• Uçuş zarfının genişletilmesi veya performans optimizasyonu.

Bu analizler, Navier-Stokes denklemlerinin çözümüne dayanır ve yüksek çözünürlüklü mesh yapıları ile zaman bağımlı (transient) veya bağımsız (steady) analizler olarak yürütülür. Kullanılan modeller, laminer-türbülans geçiş bölgeleri, sıkıştırılabilirlik etkileri ve Mach sayısına bağlı farklı akış rejimlerini de dikkate alacak biçimde yapılandırılır.

Karşılaştırmalı Değerlendirme

CFD sonuçları, rüzgâr tüneli verileriyle karşılaştırılarak model doğrulaması yapılır. Benzer şekilde, uçuş testlerinden elde edilen veriler de deneysel ve sayısal sonuçların tutarlılığını test eder. Böylece kanat tasarımının aerodinamik güvenilirliği çok katmanlı bir şekilde analiz edilmiş olur.

^{E-Fan X Rüzgar Tüneli Testi (Airbus)}

Modal ve Titreşim Testleri

Modal analizler, kanadın doğal frekanslarını ve mod şekillerini belirlemek amacıyla yapılır. Bu testler, özellikle aeroelastik davranışın (flutter, buffeting gibi) modellenmesinde ve önlenmesinde kritik öneme sahiptir. Testler sırasında hızlandırıcılar ve titreşim uyarıcıları kullanılarak kanadın dinamik tepkileri ölçülür.

Uçuş Testleri

Uçuş testleri, yerde gerçekleştirilen testlerin ardından hava aracının gerçek uçuş koşulları altında kanat davranışını gözlemlemek için yapılır. Bu testler sırasında elde edilen veriler; yapı üzerinde oluşan yükleri, esneme miktarlarını ve titreşim davranışlarını ortaya koyar. Elde edilen veriler, kanat tasarımının hava aracı performansı üzerindeki etkilerini doğrulamak için kullanılır.

Uygulama Alanları

Kanat testleri, yeni hava aracı tasarımlarında sertifikasyon süreçlerinin bir parçası olarak yürütülmesinin yanı sıra mevcut hava araçlarının modifikasyonları veya ömür uzatma programlarında da kullanılmaktadır. Askerî ve sivil havacılık sektörlerinde uygulanmakta olan bu testler, genellikle üretici firmaların test merkezlerinde veya bağımsız araştırma kuruluşlarında gerçekleştirilir.