Havacılıkta tono yani roll hareketi, bir hava aracının kendi ekseni (X ekseni) etrafında yan yatması ile gerçekleşen bir dönüş hareketidir. Bu hareketin daha ileri bir varyasyonu olan “Barrel Roll” Türkçe karşılığı “Fıçı Tonosu” olan bu manevranın, hava aracının yalnızca kendi ekseni etrafında dönmesiyle kalmayıp, aynı zamanda spiral bir yörünge izlemesini kapsar. Fıçı tonusu, askeri uçaklar tarafından düşmandan kaçış, pozisyon değiştirme veya gösteri amaçlarıyla yapılabilen, yüksek manevra kabiliyeti gerektiren bir harekettir. Hava aracının bu hareketi sağlayabilmesi için motorları arasında hız farkı yaratması gerekir; bu fark, yavaş dönen rotor tarafında ağırlık merkezinin alt tarafta kalmasını sağlar ve hızlı dönen rotor tarafı yukarı doğru kalkar. Bu süreçte rotorların üzerindeki tork etkisi, hava aracının itki ve kaldırma kuvvetinde değişimlere yol açar.

Hareketin yapılması esnasında eş zamanlı olarak güç kontrolünün değerlendirilmesi gerekir. Fıçı tonosu, motor ve rotorlar arasındaki bu hız farkı ve tork yükü ile birlikte hava aracının stabil bir şekilde dönüş yapmasını sağlar. Özellikle sabit kanatlı insansız hava araçlarının (İHA) fıçı tonosu hareketini yapabiliyor olması, İHA teknolojisinin geldiği gelişmişlik seviyesini ve bu araçların yüksek manevra kabiliyeti sayesinde savaş alanında çeviklik ve stratejik avantaj kazandırma potansiyelini ortaya koymaktadır.

 ^{İnsansız Hava Aracının Koordinat Düzleminde Haraket Prensibi (MDPI)}

Sabit Kanatlı Uçaklarda Fıçı Tonosu Prensibi

Sabit kanatlı uçaklarda "fıçı tonosu" prensibi, uçağın kendi ekseni etrafında yan yatış yaparak bir manevra gerçekleştirmesini ifade eder. Bu prensipte uçağın kanatları, yatay eksen boyunca dönerek uçağın sağa veya sola eğilmesini sağlar. Ancak sabit kanatlı uçaklarda tam anlamıyla "fıçı tonosu" gibi bir manevra gerçekleştirilmesi genellikle akrobasi uçuşlarıyla ilişkilidir ve bu tür bir manevrayı güvenli bir şekilde yapabilmek için belirli teknik beceri ve uygun aerodinamik koşullar gerekir.

 ^{Sabit Kanatlı Hava Aracının Yatay, Dikey ve Boylamsal Eksende Haraketi}

İşte bu prensipte dikkat edilmesi gereken bazı temel noktalar:

1. Kanatçık (Aileron) Kullanımı

Sabit kanatlı uçaklarda roll hareketi genellikle kanatların uç kısımlarında bulunan aileronlar sayesinde yapılır. "Fıçı Tonosu" gibi bir manevrada pilot, aileronları kullanarak uçağın bir kanadını kaldırıp diğerini aşağı bastırır. Bu, uçağın uzunlamasına ekseni boyunca dönmesine ve böylece yana doğru eğilmesine neden olur.

^{Sabit Kanatlı Hava Aracında Kanatçık Gösterimi}

2. Yeterli Hız ve Yüksek İrtifa

Roll manevraları, özellikle de tam bir fıçı tonosu yapabilmek için yeterli hıza ve irtifaya sahip olmayı gerektirir. Düşük hızda bu manevrayı yapmak zor olabilir ve uçakta bir “stall” (sürüklenme) durumu yaşanabilir.

3. Kontrollü Güç ve Denge

Fıçı tonosu manevrasında motor gücü ve uçağın dengesi dikkatle korunmalıdır. Hız kontrolü ve dengeyi sağlamak için gaz kelebeği (throttle) ve kumanda yüzeylerinin hassas bir şekilde yönetilmesi gerekir. Bu sayede roll hareketi düzgün bir yay çizerek gerçekleşir.

4. Yerçekimi ve G Kuvvetleri

Fıçı tonosu sırasında uçağın yolcuları ve pilotu, yerçekimi kuvvetinden dolayı G kuvveti hissederler. Bu manevrayı yapmak için uçağın yapısının ve aerodinamiğinin G kuvvetine dayanıklı olması önemlidir. Yüksek G kuvvetleri, uçağın yapısal bütünlüğünü zorlayabilir, bu yüzden uçak tasarımının bu manevraya uygun olması gerekir.

 5. Pilotun Roll Kontrolü

Pilot, uçağın roll hareketini başlatmak için aileronları kullanır. Yavaş bir roll manevrasında, uçak bir yan yatış açısına gelir ve pilot aileronları nötr pozisyona getirerek uçağın yan yatışını sabitler. Eğer tam bir roll hareketi isteniyorsa, bu kez kanatlar tam bir daire çizene kadar aileronlar yön değiştirmeye devam eder.

Hareketin Fizikî Açıklaması

Bu hareketin gerçekleşmesi esnasında meydana gelen fizikî fenomenlerden birisi de merkezkaç kuvvetidir. Bu fenomen, bir cismin bir eksen etrafında dönerken; cismin merkezinden dışarıya doğru maruz kaldığı kuvvet olarak ifade edilebilir. Merkezkaç kuvvetini dengelemek amacıyla, dönen cismi dönme ekseninin merkezine doğru çeken kuvvete ise merkezî kuvvet denir. Merkezkaç kuvveti şu şekilde formüle edilir: F merkezkaç = m . w2 . r Burada m cisim kütlesi, w açısal hız ve r cismin dönme eksenine olan uzaklığıdır. Bir ipin ucuna bir küre bağlayıp parmağınızla dönme dolap gibi döndürmeye çalıştığınızda; uyguladığınız kuvvete bağlı olarak merkezkaç kuvveti oluşur. Buna karşılık olarak da ip topu merkeze doğru çekmeye çalışır. Yeterince hızlı döndürürseniz ipi kopartabilirsiniz. Böylece merkezkaç kuvvet, ipin mukavemetini yani merkezî kuvveti yenmiş olur ve top savrulur. Yani dönme ekseninin dışına çıkar.

Dolayısıyla bir hava aracının fıçı tonosu hareketi yaparken savrulmaması için dönmeye bağlı olarak meydana gelen merkezkaç kuvvetini dengeleyici bir merkezî kuvvete sahip olması gerekir. Fıçı tonosu esnasında hava aracının alt kısmı dönme merkezinden dışarıya doğru bakarken; üst kısmı da dönme ekseninin merkezine doğru bakacaktır. Bu durumda uçağın alt ve üst yüzeylerindeki hava akışı manipüle edilerek basınç farkı oluşturulur. Merkezî kuvvet oluşturmak için hava aracının üst kısmındaki hava basıncı, alt kısmındaki hava basıncından daha düşük olmalıdır. Çünkü fıçı tonosu esnasında, yukarıda da belirtildiği gibi, uçağın üst kısmı dönme ekseninin merkezine doğru bakmaktadır. Makalede de bahsedilen motorlar arasında hız farkı oluşturulması başta olmak üzere, kanatçıkların yönlendirilmesi ve hava aracının içinde hareket ettiği fizikî ortam koşullarının uygun olabilmesi için ihtiyaç duyulan hız ve irtifaya çıkılması bu merkezî kuvvetin sağlıklı bir şekilde oluşmasına hizmet eder.

Bunun haricinde tüm bu fizikî hâl ve şartların böyle bir sistem üzerinde eşzamanlı olarak sağlanması için gerçekten ciddi bir otonomi kabiliyetine ihtiyaç vardır. Çünkü bir hava aracı sisteminin içerisinde birçok aviyonik ünite, elektromekanik mekanizma ve sensör bulunmaktadır. Bunları böyle bir hareket esnasında bir vücudun uzuvları gibi idare edebilmek gerekir. Aksi takdirde bir arabanın viraja hızlı girip, virajı alamayarak şarampole yuvarlanması gibi bir durum meydana gelir. Her ne kadar gözle görünmese ve sanki gökyüzü sınırsız bir genişlikteymiş gibi hissetsek de; havada da takip edilmesi gereken yollar ve fizikî sınırlar vardır. Mühendislik açısından bakıldığında, bir hava aracı kendine tayin edilen yolun dışına çıkmamalıdır.

Buna ek olarak bir cismin hem bir eksen etrafında hem de kendi etrafında dönmesi gibi bir durum da söz konusu olabilir ve bu durum ikili dönme hareketi olarak adlandırılabilir. Bu durumda iki farklı merkezkaç kuvveti vardır. Dolayısıyla bu iki kuvvet birbirini etkiler ve daha karmaşık bir fizikî olay meydana gelir. Mesela prekülsiyon dediğimiz, ana dönme ekseninde kayma durumu meydana gelebilir.

Fıçı Tonosu (Barrel Roll) Manevrasının Sabit Kanatlı Uçaklarda Uygulanması

"Fıçı Tonosu" hareketini yapabilen sabit kanatlı uçaklar, genellikle akrobasi ve askeri amaçlı olarak üretilmiş özel tasarım uçaklardır. Ticari veya standart yolcu uçakları, tasarım ve güvenlik sınırlamaları nedeniyle bu tür hareketleri güvenli bir şekilde gerçekleştiremez. İşte Fıçı tonosu hareketini yapabilen bazı sabit kanatlı uçak türleri şunlardır,

1. Akrobasi Uçakları

• Özellikler: Akrobasi uçakları, yüksek dayanıklılığa sahip özel yapılarla ve manevra kabiliyeti yüksek kontrol yüzeyleriyle donatılmıştır. Fıçı tonosu gibi hareketlerde ortaya çıkan yüksek G kuvvetlerine dayanıklıdır.
• Örnekler:
• Extra 300: Akrobasi için özel olarak üretilmiş, yüksek güç/ağırlık oranına sahip ve hızlı dönüş kabiliyeti olan bir uçak.
• Pitts Special: İki kanatlı (biplane) akrobasi uçağı, güçlü ve hafif yapısıyla fıçı tonosu gibi hareketleri kolayca yapabilir.
• Sukhoi Su-26: Akrobasi yarışmalarında sıkça kullanılan, yüksek dayanıklılığa ve çevikliğe sahip bir uçak.

^{Sabit Kanatlı Hava Aracında Akrobatik Fıçı Tonosu}

 2. Askeri Jetler ve Savaş Uçakları

• Özellikler: Savaş uçakları, yüksek manevra kabiliyetine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Hızla yön değiştirip dönebilirler ve fıçı tonosu (barrel roll) gibi manevraları savaş durumunda kaçınma ya da taktik hareketler için kullanabilirler.
• Örnekler:
• F-16 Fighting Falcon: Son derece çevik bir savaş uçağı, fıçı tonosu (barrel roll) manevrasını savaş durumunda ya da akrobasi gösterilerinde gerçekleştirebilir.
• F/A-18 Hornet: Yüksek manevra kabiliyetine sahip olan ve hava gösterilerinde fıçı tonosu (barrel roll) hareketiyle tanınan bir diğer savaş uçağı.
• Eurofighter Typhoon: Hem yüksek hızda hem de düşük hızda son derece manevra kabiliyetine sahip, fıçı tonosu (barrel roll) yapabilen modern bir savaş uçağı.

3. Eğitim Uçakları

• Özellikler: Pilot eğitiminde kullanılan bazı eğitim uçakları, akrobasi manevraları yapmaya elverişli olacak şekilde tasarlanmıştır. Öğrencilere temel akrobasi manevralarını öğretmek için fıçı tonosu (barrel roll) gibi hareketleri yapabilir.
• Örnekler:
• T-6 Texan II: Hem eğitim hem de hafif saldırı görevlerinde kullanılan bir eğitim uçağı, fıçı tonosu (barrel roll) ve benzeri manevraları yapabilir.
• Pilatus PC-9: Eğitim amaçlı kullanılan dayanıklı bir uçak, yüksek manevra kabiliyetiyle fıçı tonosu (barrel roll) yapabilir.

4. Bazı Hafif Spor Uçaklar

• Hafif spor uçaklar arasında bazı özel modeller, belirli bir eğitim ve deneyimle fıçı tonosu (barrel roll) gibi manevralar yapabilir. Ancak bu uçakların yapısal sınırları nedeniyle fıçı tonosu (barrel roll) gibi hareketler çoğunlukla deneyimli pilotlar tarafından yapılır.
• Örnekler:
• Vans RV-7: Hafif ve çevik bir uçak olup deneyimli pilotlar tarafından basit akrobasi hareketlerinde kullanılabilir.
• Zlin Z-50: Akrobasi uçuşları için tasarlanmış hafif bir uçak olup fıçı tonosu (barrel roll) manevrasını güvenli bir şekilde gerçekleştirebilir.

Ticari ve Yolcu Uçaklarında Fıçı Tonosu

Ticari yolcu uçakları, yapısal tasarımları ve güvenlik gereklilikleri nedeniyle fıçı tonosu (barrel roll) gibi akrobasi manevralarını yapacak şekilde üretilmemiştir. Ancak, tarihte Boeing 707 gibi bazı ticari uçaklar test uçuşlarında deneyimli test pilotları tarafından fıçı tonosu (barrel roll) manevrası yapmıştır (örneğin, Boeing 707'nin test uçuşunda pilot Tex Johnston'un yaptığı fıçı tonosu (barrel roll) gösterisi meşhurdur). Bu, olağan dışı bir durum olup yolcu uçaklarında tekrar edilmez.

Fıçı Tonosu (Barrel Roll) Yapabilen Sabit Kanat İnsansız Hava Aracı

Bayraktar TB2, 2024 yılında gerçekleştirdiği test uçuşları sırasında otonom olarak kendi sınıfında fıçı tonosu manevrasını başarıyla tamamlayarak bir ilke imza atmıştır. Bu hareket, Bayraktar TB2'nin yalnızca gözlem ve saldırı görevlerinde değil, aynı zamanda yüksek çeviklik gerektiren manevralarda da etkili olabileceğini kanıtlamıştır. Barrel roll, bir uçağın ileri doğru hareket ederken kendi ekseni etrafında dönerek spiral bir yörünge izlemesini içerir ve bu, yüksek manevra kabiliyeti gerektiren bir akrobasi hareketidir. Bayraktar TB2’nin bu hareketi otonom olarak gerçekleştirebilmesi, gelişmiş yapay zeka ve uçuş kontrol sistemlerinin etkinliğini ortaya koyarken, İHA teknolojisinin geldiği noktayı da gözler önüne sermektedir. Ayrıca, bu başarı Bayraktar TB2'nin savaş alanında çeviklik, düşmandan kaçış veya ani pozisyon değiştirme gibi durumlarda stratejik avantaj sağlayabilecek yeteneklerle donatıldığını gösterir.

 ^{Bayraktar TB2 Fıçı Tonosu, 2024 (Baykartech)}

Sabit Kanatlı İnsansız Hava Araçlarında Fıçı Tonosu Manevrasının Önemi

Sabit kanatlı bir insansız hava aracının (İHA) barrel roll yapabilmesi, İHA teknolojisinin geldiği gelişmişlik düzeyini ve özellikle otonom uçuş sistemlerinin kabiliyetlerini göstermesi açısından büyük bir öneme sahiptir. Bu tür bir manevrayı başarıyla gerçekleştirebilen bir İHA, havacılıkta önemli bazı avantajlar ve potansiyeller sunar:

1. Otonom Manevra Yeteneği

• Fıçı tonosu, yüksek manevra kabiliyeti ve hassas kontrol gerektiren bir harekettir. Bu hareketi bir İHA'nın otonom olarak gerçekleştirmesi, gelişmiş uçuş kontrol sistemleri ve yapay zeka algoritmalarının etkinliğini gösterir.
• Otonom uçuşta fıçı tonosu yapabilen bir İHA, uçuş kontrol algoritmalarının doğruluğu, stabilite ve hassasiyet bakımından ileri bir seviyeye ulaşmış demektir. Bu, gelecekte daha karmaşık görevlerde İHA'ların bağımsız hareket kabiliyetini geliştirme potansiyeline işaret eder.

 2. Çeviklik ve Görev Esnekliği

• Fıçı tonosu gibi yüksek manevra kabiliyeti gerektiren hareketleri yapabilen İHA'lar, düşmandan kaçınma, ani pozisyon değiştirme veya taktiksel avantaj sağlama gibi durumlarda görev esnekliği sunar.
• Çatışma veya riskli alanlarda hareket eden bir İHA, fıçı tonosu gibi çevik manevralar sayesinde düşman hedeflerinden kaçınabilir ve daha etkili gözlem yapabilir. Bu, özellikle yakın muharebe veya düşman tehditlerine karşı hayatta kalma oranını artırabilir.

 3. Sınırları Zorlayan Teknolojik Bir Gösterge

• Sabit kanatlı İHA'ların fıçı tonosu yapabilmesi, aerodinamik ve mühendislik sınırlarının zorlama kapasitesini gösterir. Normalde bu tür hareketler yüksek dayanıklılık ve sağlamlık gerektirir; dolayısıyla, İHA'nın yapısal dayanıklılığını test etmek için fıçı tonosu gibi manevralar önemlidir.
• Bu tür başarılar, havacılık ve savunma endüstrisinde teknolojik sınırların ne kadar geliştiğini ve yeni nesil İHA'ların daha zorlayıcı görevleri yerine getirme potansiyeline sahip olduğunu gösterir.

 4. İleri Düzey Akıllı Uçuş Kontrol Sistemleri

• Fıçı tonosu, yerçekimi ve merkezkaç kuvvetlerinin dengeli bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir. Bu manevrayı yapabilen bir İHA, çok hassas sensörlere ve güçlü uçuş kontrol algoritmalarına sahiptir.
• Yapay zeka tabanlı uçuş kontrol sistemleri, İHA'nın stabilitesini korumasına yardımcı olarak karmaşık görevleri bağımsız bir şekilde gerçekleştirmesine olanak tanır. Bu durum, otonom uçuş sistemlerinin gelişmiş bir seviyede olduğunu gösterir.

 5. Gelecekteki Otonom Savaş Yetenekleri İçin Temel Bir Test

• Fıçı tonosu gibi zorlayıcı manevraların yapılabilmesi, gelecekteki otonom savaş sistemleri için bir temel sağlar. Bu tür otonom manevra kabiliyeti, İHA'ların daha karmaşık ve hızlı kararlar almasını gerektiren savaş senaryolarına hazırlanmasında yardımcı olur.
• Özellikle drone sürüleri ve otonom hava araçlarının birbirleriyle koordineli çalışacağı operasyonlarda fıçı tonosu gibi yüksek manevralar, İHA’ların düşman tehditlerine karşı hızlı ve etkili yanıt verebilmesi için temel oluşturur.

 6. Havacılıkta Prestij ve Güç Gösterisi

• Fıçı Tonosu gibi ileri düzey manevralar, İHA teknolojisinin gelişmişlik seviyesini sergileyen bir güç gösterisidir. Bu tür başarılar, İHA üreticilerinin global pazardaki prestijini artırır ve ülkenin havacılık ve savunma sanayinde öne çıkmasına katkı sağlar.
• Örneğin, Bayraktar TB2’nin fıçı tonosu yapabilmesi, Türkiye’nin İHA alanındaki yenilikçiliğini ve mühendislik kabiliyetlerini dünyaya gösterir.

 7. Araştırma ve Geliştirme İçin Değerli Veri Sağlama

•   Fıçı tonosu gibi manevralar, İHA’nın uçuş dinamikleri, kontrol yüzeyleri, aerodinamik performansı ve sistem tepkileri hakkında değerli veriler toplar. Bu veriler, İHA’ların geliştirilmesi için kritik bilgiler sağlar.
• İHA’nın sınırlarını zorlayarak uçuş dinamikleri üzerinde yapılan bu tür testler, gelecekte daha dayanıklı, çevik ve esnek hava araçlarının geliştirilmesine katkıda bulunur.