Kararlılık: Uçak Neden Kendi Kendine Düzelir?

İyi ayarlanmış bir eğitim modeli, bir rüzgâr sağanağından sonra pilot hiçbir şey yapmasa da kendi kendine düz uçuşa döner. Akrobasi modeli ise kumandayı bırakınca girdiği konumda kalmaya yatkındır. Bu farkın adı kararlılıktır.

Statik kararlılık: ilk eğilim

FAA’nın el kitabı statik kararlılığı, bir uçağın denge durumu bozulduğunda ilk gösterdiği eğilim olarak tanımlar. Üç durum vardır:

• Pozitif statik kararlılık: Uçak eski durumuna dönmeye yönelir. Çanağın dibindeki bir top gibi.
• Nötr statik kararlılık: Uçak yeni durumunda kalır. Düz bir masadaki top gibi.
• Negatif statik kararlılık: Uçak bozulmadan daha da uzaklaşır. Tepenin üstündeki top gibi.

Pozitif statik kararlılıkNötrNegatifitilince geri döneryeni yerinde kalıritilince uzaklaşırSönümlenen salınımSürekli salınımBüyüyen salınımpozitif dinamik kararlılıknötr dinamik kararlılıknegatif dinamik kararlılık

Dinamik kararlılık: zaman içinde ne olur?

Statik kararlılık yalnızca ilk eğilimi söyler. Eski duruma dönmeye yönelen bir uçak hedefi geçip salınım yapabilir. Dinamik kararlılık, bu hareketin zaman içinde nasıl değiştiğidir:

• Pozitif: Salınımlar küçülür ve kaybolur.
• Nötr: Salınımlar aynı büyüklükte sürer.
• Negatif: Salınımlar büyür.

Pozitif dinamik kararlılık için önce pozitif statik kararlılık gerekir; ama tek başına yetmez. Hareketi sönümleyen bir etki de olmalıdır.

Boylamsal kararlılık: ağırlık merkezi ve yatay kuyruk

Yunuslama (burun yukarı–aşağı) eksenindeki kararlılık, altıncı adımda gördüğümüz ağırlık merkezine (CG) sıkı sıkıya bağlıdır. Her uçağın bir nötr noktası vardır: Ağırlık merkezi bu noktada olsaydı uçak yunuslamada nötr kararlı olurdu. Ağırlık merkezi nötr noktanın ne kadar önündeyse uçak o kadar kararlıdır. Bu mesafenin ortalama aerodinamik kirişe oranına statik marj denir.

Nasıl çalıştığına bakalım: Bir sağanak burnu kaldırdığında hem kanadın hem yatay kuyruğun hücum açısı artar. Kuyruk ağırlık merkezinden uzakta olduğu için ondaki kaldırma artışı büyük bir döndürme etkisi yaratır ve burnu yeniden aşağı çevirir. Kuyruk aynı zamanda hareketi sönümler: Burun hızla kalkıp inerken kuyruk havaya karşı yukarı-aşağı süpürülür ve bu hareket kendine karşı koyan bir kuvvet doğurur.

Yatış ekseninde kararlılık: dihedral

Önden bakıldığında kanatları hafif yukarı doğru “V” yapan uçaklarda dihedral vardır. NASA’nın kanat geometrisi sayfası dihedralin uçağa yatış ekseninde kararlılık kazandırdığını belirtir.

Uçak bir sağanakla yana yattığında kaldırma kuvveti de yana eğilir ve uçak aşağıdaki kanat tarafına doğru kaymaya başlar. Bu yan kaymada, dihedral sayesinde aşağıdaki kanat havayı daha büyük bir hücum açısıyla karşılar ve daha fazla kaldırma üretir. Sonuç, kanatları yeniden düzleştiren bir etkidir. Yüksek kanatlı uçaklarda ağırlık merkezinin kanadın altında olması da benzer bir etki yapar (FAA bunu “keel effect” olarak anlatır).

Eğitim modellerinin belirgin dihedrali bu yüzdendir. Akrobasi modelleri ise kumandayı bıraktıklarında girdiği yatışı korumaları için genellikle dihedralsizdir.

Yön ekseninde kararlılık: dikey kuyruk

Dikey kuyruk, rüzgâr gülü gibi çalışır. Uçağın burnu bir sağanakla yana döndüğünde dikey kuyruk havayı yandan karşılar ve burnu yeniden akışa çevirir. FAA’nın el kitabı bunu bir rüzgâr gülünün davranışına benzetir.

Kararlılık her zaman iyi midir?

Çok kararlı bir uçak bozulmalara karşı dirençlidir ama kumandaya da isteksizce tepki verir. Eğitim uçaklarında kararlılık öne çıkar, akrobasi uçaklarında çeviklik. Tasarımda ikisi arasında bir denge kurulur.

Kendin dene

Sağanak uçağın burnunu 8° kaldırıyor. Statik marjı önce 10’da bırakın, sonra 0’a ve −5’e indirin. Ardından ekseni “Yatış”a çevirip dihedral açısını değiştirin. Grafikteki eğrinin ve 3B görüntüdeki uçağın davranışını karşılaştırın.

Bir sonraki adım

Kararlı bir uçağın performansına dönüyoruz: Motor kapandığında uçak ne kadar uzağa süzülür? Tırmanmak için ne kadar fazla güç gerekir?