Bir yolcu uçağının motoru dışarıdan bakınca kocaman bir fandan ibaret görünür. İçinde ise birbirinden ayrı ama aynı anda çalışan beş bölüm vardır. Bu yazı, jet motorunun havayı nasıl itkiye çevirdiğini, itkinin neden çoğunlukla öndeki fandan geldiğini ve bir motor durduğunda neden panik gerekmediğini anlatıyor. Kanadın uçağı nasıl taşıdığını merak ediyorsanız önce Uçak nasıl uçar? yazımıza bakabilirsiniz.
Emer, sıkıştırır, yakar, üfler
Arabadaki pistonlu motorda emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz aynı silindirde sırayla olur. FAA’nın motor teknisyenleri için hazırladığı el kitabı, gaz türbinli motorun farkını şöyle özetler: her işin kendi bölümü vardır ve hepsi kesintisiz, aynı anda yapılır. Bu sürekli çevrimin adı Brayton çevrimidir.
| Bölüm | Ne yapar | Gündelik benzetme |
|---|---|---|
| Hava girişi (intake) | Havayı motora düzgün ve kayıpsız yönlendirir | Huninin ağzı |
| Kompresör | Kanat sıralarıyla havayı adım adım sıkıştırır, basıncını büyük ölçüde artırır | Bisiklet pompası, ama binlerce kez art arda |
| Yanma odası (combustor) | Sıkışmış havaya yakıt püskürtülüp sürekli yakılır; gaz ısınıp genleşir | Hiç sönmeyen bir ocak |
| Türbin | Sıcak gaz türbin kanatlarını döndürür; türbin de bir milde kompresörü ve fanı çevirir | Rüzgâr değirmeni |
| Egzoz lülesi (nozzle) | Daralan kanal gazı hızlandırıp geriye fırlatır | Hortumun ucunu sıkmak |
Motoru ileri iten şey, Newton’un üçüncü yasasıdır: motor havayı geriye ittiği için hava da motoru ileri iter. Türbin bu işte kilit roldedir. Yanmadan çıkan enerjinin bir kısmını alıp kompresörü döndürür, böylece motor kendi kendini besler.
Modern motorların çoğunda iki ayrı mil vardır. FAA el kitabına göre yüksek basınç tarafındaki kompresör, mil ve türbinler motorun “çekirdeğini” oluşturur. Alçak basınç tarafındaki mil ise öndeki fanı ve onu döndüren türbin kademelerini taşır.
Turbojetten turbofana: itki nereden gelir
İlk jet motorları turbojet idi: içeri giren havanın tamamı çekirdekten geçer, itki yalnızca çok hızlı egzozdan gelir. FAA’ya göre turbojet, yolcu uçaklarının uçtuğu yaklaşık 0,8 Mach hızında gürültülü ve yakıt açısından verimsizdir. Bu yüzden bugün yolcu uçaklarının neredeyse tamamı turbofan kullanır.
Turbofanda öndeki büyük fan, havanın çoğunu çekirdeğe sokmadan motorun etrafından geriye iter. Bu havaya baypas (bypass) havası denir. Fandan geçip çekirdeğin etrafından dolaşan havanın, çekirdeğe giren havaya oranı baypas oranıdır. FAA el kitabındaki örnekte fan saniyede 100 libre, çekirdek 20 libre hava taşıyorsa oran 5:1 olur. El kitabı 4:1 ve üzerini “yüksek baypaslı” sayar.
Şaşırtıcı ama doğru olan kısım şudur: FAA’ya göre yüksek baypaslı motorlarda itkinin yaklaşık yüzde 80’ini çekirdek değil, fanın ittiği soğuk hava üretir. Çekirdek bu işte daha çok fanı döndüren bir “güç ünitesi” gibi çalışır. Çok miktarda havayı biraz yavaş itmek, az miktarda havayı çok hızlı itmekten daha verimli ve sessizdir.
Bu eğilimin bugünkü ucu GE Aerospace’in Boeing 777X ailesi için tasarladığı GE9X’tir. Üretici onu şimdiye kadar yapılmış en büyük ticari uçak motoru olarak tanıtıyor. Üreticiye göre motorun fan çapı 134 inç, yani yaklaşık 3,4 metredir ve bir Boeing 737 gövdesinden geniştir. Fanda 16 kompozit kanat vardır ve baypas oranı yaklaşık 10:1’dir.
İki motor yeter mi: ETOPS ve motor güvenilirliği
Okyanus aşan rotalarda bugün çift motorlu uçaklar da uçuyor. Bunu mümkün kılan, ETOPS (genişletilmiş menzilli operasyon) denen kurallar dizisidir.
ABD kuralı 14 CFR 121.161’e göre çift motorlu bir uçak, tek motorla seyir hızında en yakın uygun havalimanına 60 dakikadan uzak bir noktaya ancak ETOPS onayıyla gidebilir. Bu onayın şartlarından biri, o uçak-motor ikilisinin dünya filosunda ölçülen uçuşta motor kapatma oranıdır (IFSD, in-flight shutdown rate).
14 CFR 21.4’e göre bu oran, 12 aylık ortalamada 180 dakikaya kadar ETOPS için 1.000 motor saatinde en fazla 0,02 olmalıdır. 180 dakikayı aşan ETOPS için sınır 0,01’dir. Yani motor başına 100.000 saatte en fazla bir planlanmamış kapatma. Oran aşılırsa üretici düzeltici servis bilgisi yayımlamak zorundadır.
Bir motor durursa ne olur
Sertifikasyon kuralları, bir motorun en kötü anda, kalkışta durabileceğini varsayar. 14 CFR 25.121, “kritik motor” çalışmazken bile uçağın belirli bir eğimle tırmanabilmesini şart koşar.
- Kalkış, takımlar toplanmış: Çift motorlu uçak en az yüzde 2,4 eğimle tırmanmalıdır. Bu, yatayda gidilen her 1 km’de en az 24 metre yükselmek demektir. Üç motorlu uçakta sınır yüzde 2,7, dört motorluda yüzde 3,0’dır.
- Kalkış yolunun sonu: Seyir düzeninde, kalan motor azami sürekli güçteyken en az yüzde 1,2 eğim.
- Yaklaşmadan pas geçme: Bir motor çalışmazken iniş vazgeçilirse en az yüzde 2,1 eğim.
Yani her çift motorlu yolcu uçağı aslında tek motorla kalkışa devam edebilecek fazladan güçle tasarlanır.
İki motorun birden durması çok seyrektir ama uçak o zaman da bir planör gibi süzülür. 24 Ağustos 2001’de Toronto’dan Lizbon’a giden Air Transat 236 sefer sayılı A330’da motor değişimi sırasında yanlış eşleşen bir hidrolik boru, yakıt borusuna sürtünerek onu çatlattı. Portekiz soruşturma kurulu GPIAA’nın nihai raporuna göre sağ motor yakıtsız kalınca durdu. Saat 06.26’da, uçak yaklaşık 34.500 feet’teyken (10,5 km) ve Lajes Havalimanı’na yaklaşık 65 deniz mili (120 km) uzaklıktayken sol motor da durdu. Ekip uçağı süzülerek 06.45’te, yani 19 dakika sonra Azorlar’daki Lajes’e indirdi. Uçaktaki 13 mürettebat ve 293 yolcunun hepsi kurtuldu; tahliye sırasında 16 yolcu ve 2 kabin görevlisi yaralandı.
Kuşlar, dolu ve sertifikasyon testleri
Motorlar sertifika almadan önce kuş yutma testlerinden geçer. ABD kuralı 14 CFR 33.76, testlerde gerçek kuşların ya da onaylı eşdeğer nesnelerin kullanılmasına izin verir. Testlerin çoğu motor tam kalkış gücündeyken yapılır.
| Test | En büyük motorlar için kuş ağırlığı | Motordan beklenen |
|---|---|---|
| Tek büyük kuş | 3,65 kg (8,03 lb), saatte 200 deniz mili hızla fan kanadına | Durabilir; ama parça fırlatmamalı, kontrolsüz yangın çıkarmamalı, kanattan ayrılmamalı |
| Büyük sürü kuşu | 2,5 kg (5,51 lb) | 20 dakikalık test boyunca itkinin en az yüzde 50’sini korumalı, kapanmamalı |
| Orta boy sürü kuşları | Giriş alanına göre birden çok kuş | Kalıcı itki kaybı yüzde 25’i geçmemeli; yaklaşık 20 dakikalık güç değişimi programını tamamlamalı |
| Küçük kuşlar | Her biri 85 g, en fazla 16 adet | Orta boy kuşlarla aynı ölçütler |
Kuralın mantığı ilginçtir. FAA’nın tanımına göre bir motorun yalnızca itki kaybetmesi “küçük motor etkisi” sayılır. Tehlikeli sayılan şey, motorun çevresine zarar vermesidir: muhafazanın dışına yüksek enerjili parça fırlaması, kontrolsüz yangın, motorun gövdeden kopması ya da kapatılamaması. Çünkü uçak tek motorla uçmak üzere tasarlanmıştır; asıl tehlike, bozulan motorun kanadı ya da diğer motoru da yanında götürmesidir.
Yolcunun bilmesi gerekenler
- Motor sesi değişirse paniğe gerek yok. Kalkış gücü, tırmanış gücü ve seyir gücü farklıdır. Uçuş boyunca duyulan ses değişimlerinin çoğu planlı güç ayarıdır.
- Tek motorla uçuş, tasarımın parçasıdır. Kurallar çift motorlu uçağın tek motorla tırmanabilmesini zorunlu kılar.
- Motor güvenilirliği sürekli ölçülür. ETOPS uçan her uçak-motor ikilisinin uçuşta kapatma oranı dünya filosunda izlenir ve sınır aşılırsa düzeltme zorunludur.
- Uçağın asıl taşıyıcısı kanattır. Motor uçağı ileri iter, kanat havada tutar. Bu ayrımın neden önemli olduğunu Uçak nasıl uçar? yazısında anlattık.
