NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ Uçuş teorisi Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © İktisadi, İdari ve Sosyal Bilimler Fakültesi iisbf.nisantasi.edu.tr

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Aerodinamik her ne kadar havanın bir cisme nazaran hareketli olması halindeki olayları inceleyen bir bilim dalıysa da bazı uygulamalarda havanın ve bazı özel sıvıların hareketsiz (statik) halleriyle de ilgilenmek gerekmektedir. Hareketsiz ortamda teğetsel kuvvetler bulunmaz ve akışkan elemanına sadece normal (dik) doğrultulardaki basınç kuvvetleri etkir. Hareketsiz bir akışkan içerisinde üçgen prizmatik bir akışkan elemanını ele alalım. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Prizmanın her yüzeyine normal doğrultularda basınç kuvvetleri etkiyecektir. Ayrıca, ağırlık merkezinde aşağı doğru bir yerçekimi kuvveti vardır. Bu kuvvetlerin yatay ve düşey doğrultudaki dengesi incelenir ve akışkan elemanı sonsuz küçüklükte alınırsa akışkanın göz önüne alınan bir noktasındaki basıncın her doğrultuda aynı olacağı sonucuna varılır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Aero/Hidrostatik taşıma kanunu uyarınca durgun akışkan ortamında basınç; akışkan içerisindeki yükseklik, akışkanın lokal yoğunluğu ve yerçekimi ivmesine bağlı olarak değişmektedir. Yükseklik arttıkça basınç azalmaktadır. Akışkan içerisinde yükseklik azaldıkça basıncın artmasının nedeni bizzat akışkanın kendi ağırlığıdır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Buoyancy denklemi olarak adlandırılan bu ifade aerodinamikte başlıca üç uygulamada işimize yaramaktadır. Bunlardan birisi sıvılı manometrelerle basınç ölçümü, diğeri durgun atmosfer içerisindeki havanın fiziksel özelliklerinin tespit edilmesi, sonuncusu ise balon, zeplin ve benzeri hava araçlarının aerostatik taşımalarının incelenmesidir. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Atmosfer, genel olarak hareketsiz bir akışkan kitlesi olarak dikkate alınabilir. Hava adını verdiğimiz bu akışkan, oksijen ve azot temel bileşenler olmak üzere aşağıdaki gazların bileşiminden meydana gelir: % 21.017: Oksijen, % 78.050: Azot, kalan kısım: Hidrojen, Helyum, Argon, Kripton, Neon, Ksenon, Su buharı. Bu gazların oranı atmosferdeki irtifa (deniz seviyesinden yükseklik) ile değişmekle birlikte, 80 km irtifaya kadar havayı homojen olarak ele alabiliriz. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Aerodinamikte genel olarak havanın kuru olduğu, yani bileşiminde su buharı bulunmadığı kabulü yapılır. Bu kabul düşük hızlarda önemli bir hata kaynağı teşkil etmemekle birlikte çok yüksek akım hızlarında hava içerisindeki su buharının hesaba katılması gerekmektedir. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Dünya atmosferi 5 tabakadan meydana gelmektedir. Yerden itibaren bu tabakalar şunlardır: Troposfer: Genellikle bulutların oluştuğu ve türbülanslı hava şartlarının bulunduğu, atmosferin en yoğun tabakasıdır. Yüksekliği yeryüzünden 8~14.5 km civarındadır. Stratosfer: Troposfer üzerindeki bu tabaka yaklaşık 50 km yüksekliğe kadar yer alır. Güneşten gelen UV radyasyonu emen ve dağıtan ozon tabakası staratosferde bulunur. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Mezosfer: Meteorların yandığı bu tabaka 85 km’ye kadar yükseklikte bulunur. Termosfer: Uyduların bulunduğu bu tabaka 600 km’ye kadar uzanır. İyonosfer: Ayrı bir katman değil, bir geçiş tabakasıdır. Yeryüzünden itibaren yaklaşık 48 km’den uzayın sınırına (yaklaşık 965 km) kadar olan ve iyonize atomlar ve elektron sıkça bulunduğu, mezosfer ile termosferi kateden bir tabakadır. Bu hareketli tabakanın kalınlığı güneşten etkilenir. Güneş-Dünya bağlantısı için kritik bir tabaka olup radyo dalgaları ile iletişimi mümkün kılar. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Egzosfer: Atmosferin en üst tabakasıdır. Yeryüzünden itibaren 10000 km’ye kadar uzanır. Bir uçağın performansı, içinde uçmakta olduğu havanın fiziksel özelliklerine çok bağlıdır. Bu nedenle, uçakların performanslarını karşılaştırabilmek için benzeri atmosfer şartlarında elde edilmiş performans değerlerine ihtiyaç vardır. Veya elde edilen performans değerlerinin aynı atmosfer şartlarındaki değerler haline dönüştürülmesi gerekir. Bu amaca yönelik olarak, özellikleri çok sık rastlanan gerçek atmosfer özelliklerine yakın olan bir Uluslararası Standart Atmosfer (International Standart Atmosphere-ISA) kabul edilmiştir. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Uluslararası Sivil Havacılık Teşkilatı (International Civil Aviation Organisation-ICAO) tarafından kabul edilen standart atmosfer şartları atmosferin deniz seviyesindeki basınç ve sıcaklığını ve bunun yanında sıcaklığın irtifa ile değişimini belirler. ICAO’ya göre deniz seviyesindeki standart atmosfer şartları: sıcaklık 15 °C = 288.16 °K, basınç 760 mm cıva sütunudur. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Akışkan molekülleri sadece basınç ve kendi ağırlıklarından kaynaklanan kuvvetlere maruz kalırlar. Bir akım çizgisi boyunca hareket eden bir akışkanın hızlanması, ancak yüksek basınçtan düşük basınca doğru hareket etmesiyle mümkündür. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Tersine, akışkanın yavaşlaması ise düşük basınçtan yüksek basınca hareket etmesi halinde söz konusu olabilir. Sonuç olarak; yatay olarak hareket eden bir akışkan ortamdaki en yüksek hız basıncın en düşük olduğu noktada, en düşük hız ise basıncın en yüksek olduğu noktada oluşacaktır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

Aerostatik, Standart Atmosfer, Akışkanların Hareketleri Hem enerjinin korunumu hem de Newton’un İkinci Hareket Kanunundan türetilebilen Bernoulli denklemi farklı akım tiplerine uyarlanabilmekte, dolayısıyla farklı akım tipleri için farklılık göstermektedir. Denklemin en basit hali sıkıştırılamaz (yoğunluğu sabit) akımlar için geçerlidir. Gelişmiş formları ise yüksek sesüstü hızlarda sıkıştırılabilir akımlar için kullanılır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©

NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ © Kaynakça Bu ders notunun oluşturulmasında, Prof.Dr.M.Adil YÜKSELEN hazırlanan ve açık kaynak olarak kullanıma sunulan Aerodinamik Ders Notları ve Yrd.Doç.Dr. Evren ÖZŞAHİN tarafından kaleme alınıp Nisan Kitabevi aracılığı ile basılan “Uçak Ana Elemanları” kitaplarından yararlanılmıştır. NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ ©