Sürükleme Türleri: Parazit, İndüklenmiş ve En İyi Süzülme Hızı

Serinin ilk bölümünde uçağı havada tutan kuvvetleri tanıdık. İkinci bölümde uçağın performansına geçiyoruz: ne kadar hızlı, ne kadar uzağa, ne kadar uzun uçabilir? Bu soruların hepsi aynı kuvvete dayanır: sürükleme.

İlk adımda sürüklemeyi, havanın uçağın hareketine karşı koyması olarak tanımlamıştık. Bu adımda sürüklemenin iki farklı kaynağı olduğunu ve bu iki kaynağın hızla birbirine zıt yönde değiştiğini göreceğiz.

Sürükleme denklemi

Sürükleme, kaldırma denklemine çok benzeyen bir denklemle hesaplanır:

D = ½ · ρ · V² · S · Cᴅ

Burada ρ hava yoğunluğu, V hız, S kanat alanı, Cᴅ ise sürükleme katsayısıdır. NASA’nın anlattığı gibi Cᴅ, uçağın biçiminin ve akış koşullarının bütün karmaşık etkilerini tek bir sayıda toplar. Bu katsayının içinde birbirinden çok farklı davranan iki parça vardır.

Parazit sürükleme: havayı yarmanın bedeli

Parazit sürükleme, kaldırma üretmekle ilgisi olmayan bütün sürüklemedir. FAA’nın el kitabı bunu üç türe ayırır:

• Biçim (form) sürüklemesi: Havanın gövdenin, iniş takımının ya da antenin etrafından dolaşırken arkada oluşturduğu çalkantıdan gelir. Biçim ne kadar küt ise bu sürükleme o kadar büyüktür.
• Girişim (interference) sürüklemesi: Kanadın gövdeyle ya da kuyruğun gövdeyle birleştiği yerlerde, iki akışın birbirine karışmasından doğar.
• Yüzey sürtünmesi: Havanın uçağın yüzeyine sürtünmesidir. Pürüzlü yüzey, açıkta kalan bant kenarları ve kirlenme bu sürüklemeyi artırır.

Biçimin etkisi şaşırtıcı derecede büyüktür. NASA’nın rüzgâr tüneli değerlerine göre akışa dik duran düz bir levhanın sürükleme katsayısı yaklaşık 1,28, tipik bir kanat profilininki ise yaklaşık 0,045’tir. Aynı ön alanda düzgün bir profil, düz bir levhadan yaklaşık 30 kat daha az sürükleme üretir.

Parazit sürükleme denklemdeki V² nedeniyle hızın karesiyle artar: Hızı iki katına çıkarırsanız parazit sürükleme dört katına çıkar.

İndüklenmiş sürükleme: kaldırmanın bedeli

Kanadın altındaki basınç, üstündekinden yüksektir. Kanat ucunda alttaki hava, basıncın düşük olduğu üst yüzeye doğru dolanır ve kanadın arkasında dönen bir hava hortumu bırakır: kanat ucu girdabı. Girdaplar kanadın arkasındaki havayı aşağı doğru iter (aşağı akış). Bu aşağı akış, kanadın “gördüğü” hava akışını biraz eğer; kanadın ürettiği kuvvet de bu yüzden biraz geriye yatar. Kuvvetin geriye bakan bu bileşenine indüklenmiş sürükleme denir.

NASA’nın verdiği denkleme göre indüklenmiş sürükleme katsayısı:

Cᴅᵢ = Cʟ² / (π · e · AR)

AR kanadın açıklık oranı, e ise kanat verimidir (eliptik kaldırma dağılımında 1, diğerlerinde 1’den küçük). Önemli olan şudur: İndüklenmiş sürükleme kaldırma katsayısının karesiyle büyür. Düz uçuşta kaldırma ağırlığa eşit kalmalıdır; uçak yavaşladıkça bunu ancak daha büyük bir hücum açısıyla, yani daha büyük bir Cʟ ile sağlayabilir. Bu yüzden indüklenmiş sürükleme yavaşladıkça artar, hızlandıkça azalır.

Parazit sürüklemeİndüklenmiş sürüklemeToplam sürüklemeEn az sürüklemeen iyi L/D · en iyi süzülme hızıYavaş: büyük hücum açısıHızlı: küçük hücum açısıHızSürükleme

Toplam sürükleme ve en iyi L/D

İki sürükleme türünü topladığımızda U biçiminde bir eğri elde ederiz. Eğrinin sol tarafında indüklenmiş, sağ tarafında parazit sürükleme baskındır. Toplamın en düşük olduğu hızda iki tür birbirine eşittir.

Bir örnekle bakalım: 1,4 kg kütleli, 30 dm² kanat alanlı, açıklık oranı 6 olan bir eğitim modeli (Cᴅ₀ = 0,035, e = 0,8):

• 8 m/s’de: parazit 0,41 N + indüklenmiş 1,06 N = 1,47 N
• 10 m/s civarında: parazit ≈ indüklenmiş ≈ 0,66 N, toplam 1,32 N (en düşük)
• 12 m/s’de: parazit 0,93 N + indüklenmiş 0,47 N = 1,40 N
• 20 m/s’de: parazit 2,57 N + indüklenmiş 0,17 N = 2,74 N

En az sürükleme hızında kaldırmanın sürüklemeye oranı (L/D) en yüksek değerine, bu örnekte yaklaşık 10,4’e ulaşır. FAA’nın uçuş el kitabına göre en iyi süzülme hızı da en iyi L/D’nin elde edildiği hızdır. Bu hıza ileride süzülüş adımında yeniden döneceğiz.

Model uçakçı için pratik sonuçlar

• Parazit sürüklemeyi azaltın: Kabloları gövde içine alın, açıkta kalan bant kenarlarını kapatın, iniş takımı ve tekerlek etrafını düzgün tutun. Bu küçük işler en çok yüksek hızda fark yaratır.
• İniş yaklaşmasında hızınızı koruyun: Çok yavaş bir yaklaşma, eğrinin sol tarafına düşmek demektir. Uçak bu bölgede gaza geç tepki verir ve stall payı azalır.
• Uzun uçuş için doğru hız: Elektrikli modelde en uzun uçuş süresi, en az sürükleme hızından biraz daha yavaş olan en az güç hızına yakındır. Araçta bu hızı da görebilirsiniz.

Kendin dene

Uçuş hızını değiştirin ve eğri üzerindeki kırmızı noktanın nasıl kaydığını izleyin. 3B görüntüde turuncu ok parazit, mor oklar indüklenmiş sürüklemeyi gösterir. Yavaşladıkça kanat uçlarındaki girdapların nasıl güçlendiğine dikkat edin.

Bir sonraki adım

İndüklenmiş sürüklemenin kanat ucundaki girdaplarla ilgili olduğunu gördük. Bir sonraki adımda kanadın biçimine bakıyoruz: Uzun ve ince bir kanat neden daha verimlidir? Kanat ucunu sivriltmek neyi değiştirir?