Uçakların vazgeçilmezi: Wingletler

Çoğu uçak modelinde gördüğümüz kanatların ucunda bulunan kıvrık yapı veya çıkıntı nedir ? Bu kısım uçağa ne gibi avantajlar sağlar? Kıvrık kanat uçları yani havacılık tabiri ile winglet’ler nasıl bulundu?

Winglet nedir

Wingleti açıklamadan önce uçaklar nasıl uçuyor bunun cevaplanması gerekir. Uçakların uçması kanatlarda lift kuvveti üretilmesiyle gerçekleşir. Lift kuvvetinin üretilmesi Bernoulli prensibi ile açıklanır. Bernoulli prensibine göre akış hızı ile basınç ters orantılıdır.

Uçak kanatlarının alt yüzeyinde düşük hızlı akış mevcutken kanatların üst yüzeyinde yüksek hızlı akış mevcuttur. Bu sayede kanatların altında yüksek basınç oluşurken kanatların üstünde düşük basınç oluşur. Böylece uçakların uçmasını sağlayan lift kuvveti oluşur.

Kanadın altında oluşan yüksek basınç kanat üstündeki alçak basınca doğru gitmek ister. Bu akışların birleşmesi sonucunda kanat uçlarında vorteksler (kendi içinde dönen girdaplar) oluşur. Vortekslerin şiddeti uçağın hızına, ağırlığına ve kanat yapısına göre değişiklik gösterir. Yüksek hücum açılarında bu vortekslerin büyüklüğü artar. Vorteksler yüzünden ‘’induced drag’’ denen sürükleme meydana gelir. Aerodinamik bir parça olan wingletler bu vortekslerin büyüklüğünü azaltarak sürüklemeyi azaltır.

Kanat ucunda oluşan vorteksler                                                Winglet’in vortekslere etkisi

Wingletlerin çalışma prensibi

Wingletler, kanat uçlarındaki basınç gradyanını azaltarak kanadın altından yukarısına gitmek isteyen hava akışını azaltır bu sayede vorteksleri çok daha küçük hale getirir. Wingletlerin diğer amacı da kanat boyunca elips şeklinde bir kaldırma dağılımı oluşturmaktır. Bu sayede maksimum kaldırmayı korunurken kanat uçları üzerinden akmak isteyen hava miktarı en aza indirilir.

Hangi avantajları sağlıyor

-Yakıt tasarrufu sağlarlar.

-Menzil arttırırlar.

-COx ,NOx emisyonları düşer.

-Aerodinamik gürültüyü azaltırlar.

-Uçaklar daha hızlı irtifa alır.

-Uçakların seyir hızlarını arttırır.

-Uçağın yük kapasitesi artar.

-Kanatlardaki vibrasyonu azaltırlar.

-Boylamsal ve dikey stabiliteyi arttırırlar.

-Stall hızını düşürürler.

-Motorların bakım masrafları düşer ve ömürleri artar.

-Uçakların seyir irtifası artar.

-Kalkış ve iniş hızlarını düşürür.

-Türbülanslı hava koşullarında uçağın hakimiyeti artar.

Boeing 737-800 serisi uçaklardaki blended wingletlerin boyu 2.4 metre civarındayken ağırlıklarının toplamı yaklaşık 180-220 kg civarındadır. 737-800 uçaklarındaki blended wingletler yüzde 4 yakıt tasarrufu sağlarken 140 NM (yaklaşık 250 km) menzil kazandırır. Wingletli 737NG uçakları wingletsiz 737Ng uçaklarına göre seyir sırasında 135 km daha hızlı gidebilmekte ve 1 yılda minimum 100.000 galon yakıt tasarrufu sağlamaktadır.

APB verilerine göre wingletler sayesinde 52 milyar litre yakıt tasarrufu sağlandı ve 105 milyon ton karbon emisyonu engellendi.

İlk tasarım

İngiliz Frederick W. Lanchester 1897’de Wright Kardeşler uçmadan önce wingletler hakkında konuştu. Zamanının birçok öncüsü gibi Lanchester da ilham için kuşlara baktı. Kartalların süzülürken kanat uçlarında tüylerin kalktığını fark etti ve bunu model planör tasarımlarında denedi.

Wingletlerin gelişim süreci

Wingletlerin gelişimi 1973 petrol krizi sırasında başladı. Arap devletleri Yom Kippur Savaşı sırasında İsrail’e yardım ettiği için ABD’ye petrol ambargosu koydu. Varil petrolün fiyatı birkaç ayda 3 dolardan 10-11 dolar seviyelerine çıktı. Bunun üzerine dünya genelinde çeşitli sektörlerde yakıt tasarrufu çalışmaları başladı.

NASA ve Boeing ortaklığında yapılan çalışmalar uçaklardaki sürüklemeyi azaltıp yakıt tasarrufu sağlamayı amaçlıyordu. NASA Langley araştırma merkezinde çalışan Dr. Richard Whitcomb ve ekibi Boeing 707’nin askeri versiyonu olan KC-135’e takılmış wingletlerle 1979 yılında yapılan testlerde yakıt/mil oranı yüzde 6.5 arttığını hesapladılar.                                                              Whitcomb ve ekibinin üzerinde çalıştığı KC-135 uçağı

Wingletleri kullanan ilk uçaklar

1977 yılında Learjet 28 üzerindeki wingletler tanıtıldı. İş jetleri arasında wingletlerin ilk kez kullanıldığı uçaktır.

Yolcu uçağı açısından baktığımızda wingletleri ilk kez kullanan yolcu uçağı modeli Boeing 747-400 gösterilebilir. 1989 yılında Northwest Hava Yollarına ”canted winglet” kullanan 747-400 modeli teslim edildi. Bu teslimat ile resmi olarak ticari havacılık pazarında wingletler ilk kez tanıtıldı.

Wingletlerin yapısı

737-800 uçaklarındaki blended wingletlerin hücüm kenarları ve ribleri alüminyumdan yapılırken yüzey panelleri kompozitten (fiberglass-grafit-epoksi) üretilmektedir.

Wingletlerin maliyeti

737 serisi uçaklar için APB (Aviation Partner Boeing) sitesinde wingletlerin liste fiyatı 750 bin dolar olarak gözükmekte. Yaklaşık 3-4 yılda yakıt tasarrufuyla wingletler kendini amorti etmektedir.

Kullanımda olan en verimli winglet tipi hangisidir

Boeing’in sitesindeki verilere göre 737 Max serisindeki AT (Advanced Technology) wingletleri kullanımda olan en verimli wingletlerdir.

Wingletlerin geleceği

Tamarack firmasının ürettiği Active Wingletlerin ve APB’nin geliştirmekte olduğu Spiroid wingletlerin gelecekte uçaklardaki konvansiyonel wingletlerin yerini alacağı öngörülmektedir.

                                                     Active Winglet                                                                         Spiroid Winglet