Uçakların Turbosu: Afterburner
Afterburner yada Türkçe ifadesi ile "Artyakıcı", turbofan ve turbojet motorlarda bulunan ve bu motorların yarattığı itkiyi artırmaya yarayan, günümüzde oldukça yaygın kullanılan -özellikle askeri uçaklarda- bir mekanizmadır.
Daha önceki yazımda da bahsettiğim gibi jet motorlu uçaklar itki sistemi ile çalışır. Bu sistemin kullanımının temel prensibi şöyle özetlenebilir: "Hava girişinden giren hava ile motorda yaktığın yakıtı birleştir ve dışarıya at". Bu şekilde itki oluşur. Bazı durumlarda motor tarafından üretilen itki, kullanıcı için yeterli olmaz. Dogfighting yada “İt Dalaşı” diye tabir edilen, hava muharebelerinde, bir an önce yüksek hıza ulaşıp, daha çabuk manevra kabiliyeti elde edilmek istenir. Buda motorun ürettiği itkiyi artırarak mümkün olur. Peki itkiyi artırmak için ne yapmak gerekir?
Öncelikle şunu belirtmekte fayda var. İtki miktarı ve verimlilik genelde ters orantılıdır. (Jet motorları için geçerlidir. Pervaneli motorlarda bu durum söz konusu değildir.) Yani ne kadar çok itki o kadar çok verimsizlik demektir. İtkiyi artırmak için turbofan motorlarda by-pass oranı düşürülebilir. (By-pass oranı yanan yakıt ve hava ile yanmayan yani soğuk havanın karışma miktarıdır. Bu oran 6 ile 0.25 arasında değişir.) Bu bize çok fazla verimsizliğe sebep olur bu nedenle pek fazla tercih edilmez. (Tabiki verimsizlik sadece yakıt oranı ile ilgili değil. By-pass yapılan havanın yoğunluğu, basıncı, inlet duct'daki hızı vs. ve bunların etkileri sadece motorla sınırlı kalmaz. Performansı doğrudan doğruya etkiler)
“Mühendislik mevcut problemleri çözmek veya problemi istediğimiz amaca uygun hale getirmek demektir.”
O zaman biraz düşünelim. By-pass oranı göz önünde bulundurulursa itkinin artırılmasındaki temel problem nedir? Eğer bu oran artarsa yanmayan hava miktarı azalacak ve çok fazla yakıt tüketilecek. Bunun önüne geçmek istiyoruz. Normalde by-pass oranımız %2-4 bandında. Yani yanmayan soğuk bir hava var. Bu bizim için oksijen demek. Bu oksijeni eğer yakabilirsek ekstra itki oluşturabiliriz. Yani by-pass oranını düşürüp bir nevi vanayı kısmak yerine vanayı açıp, ihtiyacımız olmayan havayı tekrar yakabiliriz. İşte Afterburner tam olarak bunu yapıyor!
Yukarıdaki şekil bize bir Afterburner'ı tasvir ediyor. Şimdi Afterburner nasıl çalışır ondan biraz söz edelim. Öncelikle Afterburner yani Art yakıcı jet motorunun yanma odasından sonraki kısmına takılır. Burada jet motorunda yanmış olan hava (şekilde Bypass flow), Afterburner'a ulaşır. Burada tekrar yakıt ile birleşir ve tekrar yakılıp dışarıya atılır. Bu nedenle özellikle İngilizler Afterburner'a "Reheat" yani "Yeniden Yakıcı" derler.
Eminim ki üstteki Şematik'i gördüğünüzde hepizin aklına biraz önce by-pass oranı ile ilgili konuştuklarımız gelmiştir. Tam da düşündüğünüz gibi, afterburner düşük by-pass oranına ihtiyaç duyar. Bazılarımızın aklına şu soru gelebilir: "Peki her türlü yakıt harcanıyorsa neden Afterburner'a gerek var? Aynı yakıtı ana motorda kullanıp yakalım." diyebilirsiniz.
Bunun verimsiz bir düşünce olduğunu şu grafik çok iyi anlatacaktır sanırım.
er kullanılırken tüketilen yakıt miktarının, afterburner kullanılmadan tüketilen yakıt miktarına oranı söz konusudur.
Bu grafik bize aslında çok fazla şey anlatan cinsten. Bu üstteki grafiği alttaki 2 grafikle birlikte okumakta fayda var. Üstteki grafikte itkimiz, afterburner kullanmamamızarağmen sürekli olarak artma eğiliminde. Bununla birlikte yakıt tüketimimiz de yine aynı şekilde azalma eğiliminde. Hadi ama bu nasıl oluyor? Bunu anlamak için alttaki 2 grafiğe bakmamız gerekiyor.
grafiğimiz Mach sayısı ile sürtüne katsayısı arasındaki ilişkiyi gösterir durumda. Görüldüğü üzere MachCrit (Genelde 0.8M) den itibaren sürtünme katsayımız çok büyük bir artış gösteriyor. Ses hızı aşıldıktan sonra ise kademeli olarak bir azalış söz konusu. Bunun yegâne sebebi 2. grafikte gizli. Bununla birlikte 1.grafikte durum katı çizgili itki eğrimizin davranışını da açıklıyor. Afterburner kullanmaksızın oluşan itki Mach sayısı ile birlikte azaldığı için, Katı çizgimiz düzenli bir artış eğiliminde.
grafikte görüldüğü üzere kaldırma katsayımız 0.8M sayısına kadar düzenli artış eğiliminde ancak 1.0M yani Transonik hıza geçişimizle birlikte çok büyük bir azalış söz konusu. Bunun sebebi ses hızını aştıktan sonra akışkanların davranışlarının büyük oranda değişmesi ki bu 1. grafikte anlatılmıştır. Kaldırma katsayısının azalması ile kaldırmanın sebep olduğu sürtünme kuvveti azalacağı için sürtünme kuvveti de azalma eğilimine giriyor. Bu durum yakıt tüketiminin azalmasındaki en büyük etken.
Tüm bu durumlar göz önünde bulundurulduğu zaman Afterburnerlar bazı amaçlar için çok faydalı olduğu saptanmıştır. Özellikle Süpersonik uçaklarda ani tırmanış ve kalkış sonrası hızlanma için kullanılır. Askeri uçaklarda ise hızlı kalkış amacıyla birlikte it dalaşı sırasında da kullanılır. İt dalaşı (Dogfighting) sırasında yüksek manevra kabiliyetine sahip olmak için ulaşılması gereken bir "cornerspeed" vardır. Pilotlar afterburner'ı bu hıza ulaşmak için kullanabilir. Bu durum göz önüne alındığında afterburner çok işe yarayabilir. Bununla birlikte yakıt tüketiminin çok olması ile birlikte genelde belli aralıkla kullanılan Afterburner için, pilotlar çok dikkatli olmalıdır.
Kadir Doğan
Gelecek Göklerde!
Kaynak: www.kokpit.aero