Kanart
Bu yazıların amacı bazı havacılık tasarımlarının performanslarının farklı yönleriyle incelenmesi ve sezgisel bir temele oturtulmasıdır. Bu sayede ileride göreceğimiz yeni tasarımlara eleştirel ve analitik bir çerçeveden bakabilme yetimizin, aynı zamanda kendi tasarımlarımızda ortaya çıkabilecek sorunları öngörme kabiliyetimizin geliştirilmesi hedeflenmiştir.
Kanart uçaklar geleneksel tasarımların aksine yatay stabilizörü ana kanadın önünde olan tasarımlardır. Bugün uçaktan bahsedince genelde aklımıza bir kanart tasarımı gelmez. Günümüz havacılığında dahi pek tercih edilmeyen bu tasarımın arkasında pek çok zorluğu ve aynı zamanda bazı önemli avantajları beraberinde getirir. Bu yazıda kanart tasarımların kısa tanımından sonra odaklanacağım konu kanart tasarımların kendisinden ziyade günümüzde kullanılan avcılara getirdikleri faydalar ve zararlar olacaktır. Taşıyıcı kanart tasarımları ile farklı kanart tasarımların kısa tarihinde yeri geldikçe teknik detayları ile ele alınacak sonra da kontrol kanart tasarımları ve faydaları üzerine odaklanılacaktır.
Kanart Tasarım Denemeleri, Tekrar Kabul Görmesi Süreci ve Tasarımların Kısa Tarihi. (Tıklayın)
İlk motorlu uçuşu yapan Wright biraderlerin tasarım bir kanart tasarımıydı. Amerika dışındaki ilk uçuşu yapan ünlü brezilyalı havacı Alberto Santos-Dumont‘un tasarımıda bir kanart tasarımıydı. Yani yunuslama momentini ana kanadın önündeki küçük kanatla kontrol ediyorlardı. O günlerde oldukça yavaş uçan ve keskin manevralar yapmayan bu tasarımlar için pek sorun oluşturmadı. Fakat bu uçuş sonrasında dünyada gelişen havacılık kanart tasarımlarla pek ilgilenmedi. Yapılan birkaç cesur tasarımın hiçbiri tam olarak kullanılmadı. Bunun anlaşılması basit bir sebebi vardı: kararlılık. Uçak düşük veya yüksek hücum açısında kendi kendine düz uçuşa dönemiyordu. Çünkü yüksek hücum açısında kanartta üretilen kaldırma kuvveti uçağın önünden burnu kaldırmaya veya düşük hücum açısında aşağıya basmaya devam ediyordu. Fakat geleneksel kuyruğu bulunan tasarımlarda doğal bir kararlılık vardır. Pilot yüksek hücum açısında uçarken lövyeyi bırakırsa uçak kendiliğinden düz uçuşa dönecektir. Uçağın kararlı olmaması uçuş bilgisayarlarından önceki tasarımlarda pilotun üzerinde büyük bir yüktür. Devamlı olarak dikkatli olmalı ve lövyeden kontrol girdileri vererek uçağın kontrolünü elinde tutmalıdır. Uçuş bilgisayarlarının tasarımcıların elini ne kadar rahatlattığına delta kanat tasarımları bölümünde değinmiştik. Kanart tasarımınında kabul görmesi uçuş bilgisayarları sonucu olmuştur. İlk delta kanatlı kanart savaş uçağı J-37 Viggen ortaya çıkmaya başladığında İsveçli olmayan tasarımcılar İsveçlilerin nasıl olurda böyle tasarımlarla paralarını çar çur ettiğini anlamamışlardı. Daha doğrusu İsveçlilerin kanart tasarımlarını dünyaya kabul ettirecekleri dünyadaki ilk hava bilgisayarı olarak kabul edilen CK-37 den haberleri sonradan olmuştu. Viggen üstün aerodinamik özellikleri ve aviyonikleriyle uzun süre avrupanın en iyi avcısı kendinden sonraki avcıların ise ilham kaynağı oldu. Eğer kararlılığı sağlayan güvenli bir uçuşu garanti eden teknolojiler önceden gelişseydi belkide XP-55 gibi tasarımlar P-51 Mustang gibi tasarımlardan daha çok öne çıkacaktı.
Sesüstü hızlardaki bombardıman uçaklarının ilk örneklerinden olan XB-70 gibi uçaklar ise aslında bu kanart eklentisine iniş ve kalkış sırasında burnu kaldırabilmek için sahipti. Delta kanatlarda beklenen girdap kaldırma kuvvetinin üretimi yüksek hücum açılarına ihtiyaç duyduğundan uçağın bir an önce burnunu kaldırması için kanartlar uygun bulundu. Benzer bir tasarıma Concorde’un bahtsız rus muadili Tu-144’te sahipti. B-1 gibi bombardıman uçaklarına ise oldukça küçük kanart benzeri eklentiler transonik hızlardaki şok dalgalarının arkasında oluşan “buffetting” adı verilen rüzgar darbelerinin oluşumunu engellemek için eklenmişti.
Sivil alanda ise Burt Rutan gibi benimde hayranı olduğum çılgın tasarımcıların ısrarla tasarımlarına ekledikleri kanart eklentileri bugün bile halen büyük ilgi uyandırmaktadır. Long-EZ gibi çok sevilen kanartlı uçakların daha verimli ve daha hızlı uçabildiğini biliyoruz. Bunun sebebi ise sahip oldukları daha düşük sürüklenme katsayılarının yanında canart eklentilerinin, geleneksel kuyrukların bastırıcı etkileri ile kararlılık sağlama yöntemi yerine kaldırma kuvveti üreterek yani yükü kanatla paylaşarak daha yüksek bir kaldırma/sürüklenme oranına sahip olmasıydı.
Yukarıdaki iki resim taşıyıcı kanart uçakların sahip olduğu avantajı görselleştirmek için konmuştur. Değerler gerçek değerlerden uzak olabilir.
Kanart uçakların bu avantajı kullanmasının bir bedeli vardı. Oda yüksek hızlarda ana kanadın kanarttan daha önce perdövites (stall) olma durumuydu. Böyle bir durumda ana kanadın kaldırma kuvveti hızla düşerken kanartın kaldırma kuvveti devam ediyor böylece uçak geriye doğru takla haline girerken bir yandan da hızını kaybediyordu. Sonuç itibariyle uçak bir yaprak gibi kontrolsüzce hareket ediyordu. Kanart uçakların ağırlık merkezinin daha arkada olması ise uçağın arkasının altta ve burnunun ise üstte olacak şekilde düşmesine neden olduğundan böyle bir durumdan hızlıca kurtulmak oldukça zordu. Hem kanartın avantajlarından yararlanmak hem de kararlı bir uçuşu sağlamak için “üç yüzeyli” P.180 Avanti gibi tasarımlar günümüzde kullanımdadır. Ayrıca bu tasarım sayesinde Avantiler diğer kanart uçakların aksine daha esnek bir yükleme alanına sahip olabiliyorlar.
Farklı yönleriyle kanart tasarımlar ve performans özelliklerine değinmeye çalıştık. Yazı yeni incelemelerle güncellenecektir.
Hava kuvvetlerinin daha hızlı ve daha çabuk hızlanan yüksek irtafada iyi performans gösteren uçaklar beklediği 1960 yıllarında üst üste gelen delta kanat tasarımları popüleritesini sonradan değişken geometrili kanat tasarımlarına kaptırmış. Kontrol Teorisi’ndeki ilerleme , güçlenen bilgisayarlar ve güvenilir eyleyiciler sayesinde delta kanatlar yeniden popüler olmuştu. Daha önce saf delta kanat özelliklerini içeren Mirage III ve başarılarına değinmiştik. Mirage III pek çok ülke tarafından başarılı şekilde kullanıldı. Fakat diğer uçaklardan farklı olarak İsrail ve Güney Afrika gibi ülkeler Mirage’ların üretim lisanslarını alarak onlar üzerinde bazı değişiklikler ve geliştirmelerde bulundular. Motor ve yapısal parçalarda değişiklikler bir tarafa en çok dikkat çeken değişim kanart eklentisi olmuştu. Kanart eklentisi sayesinde uçağın kontrolünü kolaylaştı, aynı zamanda üretimi için yüksek hücum açıları gereken girdapların kanart tarafından üretilmesi sağlanarak kalkış performansı arttırıldı. Belli bir hücum açısında kaldırma kuvvetinin artması için girdapların arttırılması gerekmektedir ve bu girdaplar kanart tarafından çok başarılı bir şekilde üretilebildiğinden delta kanatlarla beraber kullanımı oldukça mantıklıdır. Ayrıca kanart eklentisiyle pilotun lövyeden verdiği girdilere daha keskin ve kararlı cevaplar vermesi sağlanmıştır. İniş sırasında pilot yaklaşma açısını daha iyi kontrol edebilme imkanına kavuşmuştur. Ayrıca kanart eklentisi sayesinde uçak kanartsız haline göre daha yüksek bir perdövites hücum açısına sahip olmuştur. Buda pilota daha geniş bir güvenli yunuslama aralığı sunmak demektir. Bunun yanında özellikle rus Su-33 gibi uçakların kanart konumu manevralar sırasında hava alıklarına gelen hava debisini olumlu etkileyerek motordaki takat kaybının azaltılmasına yardımcı olduğu söylenmektedir. (Fakat bazı kaynaklarda ise aksi bir durum söz konusudur. ) Günümüzde 4+ nesil olarak nitelendirilen uçaklara baktığımızda kanart- delta kanat kombinasyonunun baskın olduğundan bahsedebiliriz.
5.Nesilde ise tam tersi bir durum geçerlidir çinli J20 yi bir kenara koyarsak (Su-57 Lex uzantısı ile bütün kanart tasarımı ve deltaya en yakın kanat şekliyle yeni tür kombinasyon sayılabilir, fakat pek çok kaynakta radar görünürlüğü diğer amerikan muadillerinden kötüdür.) hiçbir 5. ve 6. nesil tasarımda kanart yer almaz. Uçuş bilgisayarları ile hiç olmadığı kadar serbestleşen tasarımcılar düşük radar görünürlüğü kaygıları yüzünden hiç olmadıkları kadar sınırlanmışlardır. Kanart eklentisi oldukça büyük bir radar reflektörü olduğundan pek çok yönden gelen radar sinyallerini yansıtır. Eurofighterda radar ekosunu düşürmek için kanartın belli açılarda tutulduğu bir mod mevcuttur. Muhtemelen Rafale ve Gripende de benzer tedbirler vardır. Pilotlar düşman hava sahasına girdiklerinde kanartlarını diledikleri gibi kullanamazlar. Sonuç olarak düşük radar ekosu kaygınız yoksa kanart-delta kanat kombinasyonu oldukça avantajlıdır diyebiliriz. (Karbonfiber gibi elektromanyetik dalgaları çok daha az yansıtan malzemelerin kullanılması günümüzde tasarımlarda esneklik sağlamıştır.)