Tarihler 21 Ekim 2024’ü gösterirken, Türk Havacılık Tarihi’nde çok önemli bir dönüm noktası gerçekleştirildi. TUSAŞ tarafından tasarlanan HÜRJET, ses hızını aştı. TUSAŞ o fotoğrafı yayınladı.
Saat 09.45’te Mürted Hava Meydanı’ndan havalanan HÜRJET Jet Eğitim Uçağı, 38 test uçuşunda ses hızını geçti.
HÜRJET’e yönelik çalışmalar, 2017 yılının Ağustos ayında Jet Eğitim Uçağı Geliştirme Projesi kapsamında başlatıldı. 2018 yılının Nisan ayında kavramsal tasarım, 2019 yılında ön tasarım faaliyetlerinin tamamlandığı proje çerçevesinde, Şubat 2021’de kritik tasarım çalışmaları sonlandırıldı.
HÜRJET 8 bin parçadan oluşuyor
Yaklaşık 8 bin parçadan oluşan HÜRJET için parça üretimine Ocak 2021’de başlandı. Üretilen parça ve ekipmanlar, son montaj hattında uçaktaki yerini aldı. HÜRJET, 25 Nisan 2023 tarihinde ilk uçuşunu gerçekleştirdi.
Savunma Sanayii Başkanlığımızın (SSB) koordinesinde, Hava Kuvvetleri Komutanlığının ihtiyacını karşılamak amacıyla 2017 yılında başlatılan proje kapsamında Şirketimiz tarafından yerli ve millî imkanlarla üretilen HÜRJET Jet Eğitim Uçağı tek motorlu, tandem ve modern aviyonik kokpite sahip. Üstün performans özelliklerini kullanarak kritik rol oynamak üzere tasarlanan HÜRJET için seri üretim çalışmaları sürdürülüyor.
Uçağın 2026’da envantere girmesi hedefleniyor.
Ses hızının aşılmasıyla birlikte TUSAŞ’ın GÖKVATAN Dergisi’nde süpersonik uçuşlarla ilgili bir yazı yayınlandı. Okuyucularımız ile bu yazıyı paylaşıyoruz:
Ses hızı nedir?
Ses, bir ortamdaki mekanik titreşimlerin ürettiği basınç dalgalanmaları ile oluşur. Ses doğası gereği içinde bulunduğu ortamın moleküler özelliklerine uygun bir hızda ve dalgalar hâlinde yayılır. Dolayısıyla ses hızı her ortamda değişkenlik gösterir.
Havada ses hızı, havanın moleküler yapısını tarif eden iki adet Mach sayısı Bir hava aracının yer hızı onun hangi sonik rejimde uçtuğunu tanımlamak için yetersizdir. Bu durumu belirlemek için kullanılan parametre Mach sayısıdır.
Mach sayısı bir cismin hızının, ortamdaki ses hızına oranıdır. Mach < 1 ise uçak ses altı (subsonic) hızda; Mach > 1 ise uçak ses üstü (supersonic) hızda uçar. Mach sayısı yalnızca ses hızına yakınlığı değil, baskın aerodinamik fenomenlerin sınıflandırılmasına da yardımcı olur. Uçak tasarım literatüründe sonik rejim sınırları keskin olmayan dört bölgeye ayrılır.
Mach < 0.3 ses altı bölgedir ve burada havanın sıkıştırılabilirlik etkileri ihmal edilir. Süpersonik hızları da kapsayan 0.3 < Mach < 1.3 aralığı transonik bölge olarak kabul edilir.
Transonik hızlarda uçak üzerinde ilk normal şok dalgaları belirir. Uçak bir Mach’a ulaşana kadar normal şok dalgaları güçlenir ve nihayetinde Mach > 1 hızında eğik (oblique) veya yay (bow) şok dalgaları oluşur. Uçak her ne kadar süpersonik hızda seyretse de Mach < 1.3’e kadar uçak üzerinde lokal olarak ses altı kısımlar oluşabildiğinden, bu bölge transonik bölgeye dâhil edilir.
1.3 < Mach < 5 hız aralığı süpersonik bölgedir. Burada akış rejimi tamamıyla eğiktir ve yay şok dalgaları tarafından domine edilir. Mach > 5 bölgesi ise hipersonik bölgedir. Süpersonik ve hipersonik rejimlerin birbirinden ayrı tutulması, akış fenomenlerindeki ve dolayısıyla tasarım önceliklerindeki majör değişimlerden ötürüdür.
Şok dalgaları
Şok dalgaları yüksek hızlı uçuşta görülen en önemli hava olaylarından biridir. Şok dalgaları süpersonik akışların sesten yavaş (subsonic) akışlara geçmesi aşamasında veyahut daha düşük bir süpersonik hıza birden düşülmesi durumunda oluşur.
Şok dalgası oluşumunu anlamak için bomba patlaması örneği verilebilir. Bir bomba patladığında açığa çıkan çok yüksek basınç sesten ve dolayısıyla havadaki bilginin yayılma hızından çok hızlı ilerler. Patlamadan biraz uzaktaki durgun hava patlama noktasından yayılan bu sesten hızlı bilgiyle bir anda karşılaşır.
Bu durgun noktada bir anda basıncın yükselmesi gerekir. Bu keskin değişim doğada şok dalgaları ile mümkün kılınır. Şok dalgaları oldukça ince katmanlardır (~200 nanometre) ve şok dalgaları arkalarında hava basıncını, yoğunluğunu ve sıcaklığını önemli oranlarda yükseltir.
Uçaklar üzerinde normal, eğik ve yay türü şok dalgaları oluşur. lk şok dalgasının oluştuğu transonik hızlarda, şok dalgaları yüzeye diktir; bunlar normal şok dalgalarıdır. Kanatlar uçağı havada taşımakla yükümlü kaldırma kuvvetini üretmelidir. Bunu yapmak için kanat yüzeyleri üzerlerinden geçen havanın basıncını düşürür; bu da kanat üstündeki akışın hızlandırılmasıyla mümkündür.
Dolayısıyla uçak bir Mach hızından yavaş ilerlese bile kanat üzerinde lokal olarak süpersonik akış (Mach > 1) oluşur. Bir yandan da kanat alt ve üst yüzeyi arasındaki basıncın kanat firar kenarında eşitlenmesi gerekir. Dolayısıyla süpersonik lokal akışın görece çok kısa bir mesafede tekrar Mach < 1 koşuluna gelmesi gerekir.
Özetle, transonik uçuş rejiminde oluşan normal şok dalgaları, kanat üstünde gerçekleşmesi gereken ses üstü lokal akışın yavaşlaması sebebiyle oluşur. Bir patlamada şok dalgası genişleyen bir küre yüzeyi şeklinde ilerler. Uçaklarda süpersonik uçuş rejiminde görülen eğik ve yay şok dalgaları ise koni yüzeyi şeklindedir.
Bunun sebebi süpersonik hızda ilerleyen cismin havada yarattığı basınç değişiminin bilgisini ancak ilerleme yönünü tersine yayılabilen dalgalarla göndermesidir. Süpersonik hızdan ilerleyen cisimden yayılan akustik dalgalar bir hayali koni yüzeyinde üst üste biner. Konik şok dalgaları süpersonik cisimden yayılan bilgiyi uzayda ayıran sınırlara dönüşür. Bu koni yüzeyine Mach konisi denir.
Mach konisi uçan cismin Mach sayısı ile trigonometrik ilişkidedir; Mach sayısı arttıkça Mach konisi daralır.
HÜRJET üzerinde şok dalgalarının değişimi
HÜRJET’in seyir koşullarına yakın noktalarda transonik şok dalgalarının Mach sayısı artışı ile gelişimi gösterilmiştir. 0.85 Mach’ta yalnızca kanadın üstünde oluşan küçük bir süpersonik bölge, 0.9 Mach’ta büyümüştür. 0.95 Mach’ta ise kanat altında ve kuyruklarda da şok dalgalarının gözle görülür ölçüde güçlendiği gözlemlenmektedir.
Süpersonik hız rejiminin uçak aerodinamiğine etkisi
Uçaklar süpersonik hızlara çıkmadan önce transonik rejimin getirdiği zorluklarla yüzleşir. Esasında transonik rejimdeki aerodinamik problemler süpersonik rejimden çok daha zorlayıcıdır. Transonik rejimde kanat ve kuyruklar üzerinde oluşan şok dalgaları öncelikle uçak sürüklemesini ciddi mertebede yükseltir.
Özelikle 0.8 Mach ve üstünde şok dalgaları Mach sayısının daha da artması ile kanat üzerinde devamlı geriye gider ve çok güçlenir. Dolayısıyla kanat ve kuyruklar üzerindeki lokal süpersonik bölgeler büyür ve aynı zamanda uçak sürüklemesi ciddi oranda artar.
Bu değişim uçakların boylamsal kararlılıklarının hızlanma ve yavaşlamalarla çok ciddi seviyelerde değişmesine sebep olur. Kararlılıktaki bu farklar uçakların dengeleme (trim) kuralları üzerine önemli yükler getirir. Güçlenen şok dalgaları kanat ve kuyruklar üzerindeki kontrol yüzeylerinin etkinliğini dinamik olarak değiştirir.
Kararlılık ve kontrol edilebilirlikteki bu büyük değişimler pilotların dijital bir uçuş kontrol sistemi olmadan başa çıkabilecekleri türden değildir. Tüm bunların yanında, yüksek transonik hızlarda (0.8 Mach+) ve orta-yüksek hücum açılarında daha da şiddetlenen şok dalgaları akışı kanattan koparacak kadar güçlenir. Bu konu şok-sınır tabaka etkileşimi olarak anılır ve uçaklara ciddi titreşimler (buffet) yratarak yapısal ve operasyonel sıkıntılar oluşturur. 
Ses altı bir hızdan (ör: 0.6 Mach), ses üstüne (ör: 1.2 Mach) hızlanma sırasında uçakların sürüklemesi şok dalgalarının oluşturduğu basınç farklarından ötürü ciddi oranlarda artar.
Bu artış, 4’üncü nesil savaş uçakları için 2-3 kat mertebesindedir. Transonik hızlarda (ör: 0.9 Mach) azalan uçak boylamsal kararlılığı, süpersonik hıza çıkıldığında (ör: 1.2 Mach), ani değişen şok dalgası formasyonu nedeniyle birdenbire artar.
Bu fenomen “Mach Tuck” olarak bilinir ve dengelenmesi için devamlı kontrol girdisinin yapılması gerekir. Kontrol edilmediği takdirde, süpersonik hıza geçecek bir uçak, bu etki dolayısıyla ciddi irtifa kaybına (~1000-2000 feet) uğrayabilir. Süpersonik rejime çıkmış bir uçak için en önemli aerodinamik etki şok-şok etkileşimleridir.
Artık süpersonik akış ile direkt temas eden her noktadan bir Mach konisi üretilir ve bu Mach konileri birbiri ile çarpışır ve etkileşir. Şok-şok etkileşimleri uygun şekilde tasarlanmazsa uçak aerodinamiğinde önemli sıkıntılara yol açabilir. Bunların yanı sıra süpersonik hızlarda uçak üstünde havanın durduğu yerlerde çarpışma etkisinden ve ayrıca havanın yüzeyle sürtünmesinden ötürü ciddi mertebelerde ısınır. Modern savaş uçaklarında aerodinamik ısınma kaynaklı sıcaklıklar 200 derecelere kadar yükselebilir.
Süpersonik rejime uygun uçak tasarım prensipleri
Yüksek hızlı uçuş rejimleri yeni aerodinamik fenomenler ortaya çıkarır. Dolayısıyla transonik ve süpersonik rejimlerde görev yapan uçakların aerodinamik tasarımları buna göre evrilmelidir. Belirtildiği üzere, süpersonik rejimdeki en büyük sıkıntılardan biri şok dalgalarının yarattığı sürüklemedir.
Bu sürüklemenin azaltılması için kanatlarda ince ve kamburluğu nispeten düşük kanat profilleri kullanılmalıdır. Kanat ok açısı artırılmalıdır. Kanat açıklık oranı (aspect ratio) düşük tutulmalıdır. Benzer tasarım prensipleri kuyruklar için de geçerlidir. Optimum gövde narinlik oranı ses altı ve ses üstü uçaklar için farklıdır. Süpersonik sürüklemeleri azaltmak için uçak gövdesi narinleştirilmelidir; bir başka deyişle aynı hacmi kaplamak için daha uzun ama dar kesitli bir gövde tasarlanmalıdır.
Kanat, gövde, kuyruklar ve motor hava alığının birbirine göre alan kuralına uygun yerleştirilmesi de çok önemli bir tasarım amacıdır. Süpersonik hızlarda uçağın uçuş doğrultusu eksenindeki kesit alanı dağılımının olabildiğince çan şekline getirilmesi gerekir. Buna alan dağılım kuralı (area ruling) denir. Her bir Mach sayısı için özel bir optimum alan dağılımı vardır.
Tasarıma yön verecek kritik Mach sayıları uçak tasarım isterleri ile belirlenir. Süpersonik uçuş için aerodinamik olarak uygun tasarlanmış bir uçak geometrisi yanında çok güçlü motorlara da ihtiyaç vardır. Daha önceki kısımlarda bahsedildiği üzere, uçakların kararlılıkları transonik hız aralıklarında (0.3 Mach – 1.3 Mach) büyük bir değişim gösterir. Genellikle bir uçağın boylamsal kararlılığı 1 Mach’a hızlanana kadar ki koşulda da oluşacak sorunları aşmak için uçağın temel kararlılığı çok iyi tasarlanmalıdır. Bu sebepledir ki modern süpersonik uçakların birçoğu ses altı hızlarda boylamsal kararsız tasarlanır.
Aksi takdirde süpersonik rejime geçildiğinde uçağın görevini icra etmesi zorlaşacaktır. Hem bu tür büyük kararlılık değişimlerine cevap vermek adına hem de kararsız hâldeyken pilot iş yükünü azaltma amacıyla uçaklar otomatik uçuş kontrol sistemi ile donatılır.
Bu sistem aynı zamanda dijital lövyelere (digital fly by wire) geçişi de zorunlu kılar. Dolayısıyla süpersonik bir uçak tasarlamak uçuş kontrol sistemi konusunda da çağ atlamayı gerektirir. Süpersonik uçak tasarımı daha birçok prensibe uymak zorundadır. Ancak temel tasarım sıkıntıları sürükleme ve uçak kararlılığı konularıdır. Süpersonik uçak üretiminin şirketimize sağladığı katkılar TUSAŞ tarafından geliştirilen Jet Eğitim Uçağı HÜRJET ve Milli Muharip Uçak KAAN, transonik ve süpersonik uçak tasarımında zorlu sınırların aşılmasını gerektiren tasarım isterleri ve görev profillerine sahiptir.
Tasarım konusundaki geçmişten gelen bilgi birikimi, HÜRJET ile KAAN gibi birbirinden önemli iki projeyle farklı bir boyuta taşınmış durumdadır. Bu iki proje, TUSAŞ’ın bünyesinde transonik ve süpersonik uçak tasarımı hakkında büyük bir bilgi havuzunun oluşmasında ve çeşitli altyapıların geliştirilmesinde önemli bir rol oynadı. B
u birikim, gelecekte yeni teknolojilerin de dâhil edilmesi ile TUSAŞ’ın dünya liginde daha yukarılara taşıyacak en önemli etkenlerden biridir.
