Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

Araba kullanırken süratimizi ölçmek uçaklara göre görece basittir. Araba kataloglarında veya günlük yaşantımızda iletişim kurarken tek tip sürat değeri kullanılırz. Fakat hava araçlarında durum biraz farklıdır. İşin içine değişken hava yoğunluğu ve şiddetli rüzgar girdiğinde, dört adet farklı hava sürati ölçüsü tanımlamak durumunda kalıyoruz.

Havacılıkta sektöründe hava sürati hesabı çok kritik bir öneme sahiptir. Hava süratinin doğru ölçülebilmesi yüksek hayati öneme sahiptir ki sivil taşımacılık için günlük hayatımızda kullandığımız Boeing-737 uçaklarında birbirine yedekli olarak 5 ila 10 adet (uçak tipine göre değişkenlik gösteren) arasında hava süratini ölçmek için kullandığımız sensör bulunmaktadır.

Pilotlar veya mühendisler hava sürati (ing. air speed) terimini kullandığında aşağıdaki dört adet hava süratinden bir tanesini referans alarak konuşur. Her birinin kullanıldığı duruma göre sağladığı avantaj farklılık göstermektedir. Bahsettiğimiz dört hava sürat tipleri:

  • Gösterge Hava Sürati (ing. Indicated Airspeed (IAS))
  • Kalibre Edilmiş Hava Sürati (İng.Calibrated Airspeed (CAS))
  • Eşdeğer Hava Sürati (İng.Equivalent Airspeed (EAS))
  • Gerçek Hava Sürati (İng.True Airspeed (TAS))

Yukarıda bahsettiğimiz hava sürati tiplerini detaylıca açıklamadan önce uçağın sürati basitçe nasıl hesaplanır kısaca açıklayalım.

Uçakların Sürati Nasıl Ölçülür?

Uçağın sürati, temel olarak uçağın karşılaştığı havanın süratinin ölçülmesi ile hesaplanmaktadır. Temel olarak bu hava sürati içersinde dış rüzgar sürati artı uçağın kendi süratinden kaynaklanan rüzgar sürati vardır. Pilot uçağın süratini kokpitte hava sürati göstergesi (ing. Airspeed Indicator (ASI)) olarak bilinen gösterge sayesinde okuyabilmektedir.

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

Hava Sürati Göstergesi [1]

Çalışma prensibini kısaca açıklayacak olursak; yukarıdaki resimde pitot tüpü olarak belirtilen sensör sayesinde havanın toplam basıncı ölçülebilmektedir. Toplam basınç bildiğiniz üzere statik ve dinamik basınç değerlerinin toplamına eşittir. Hava süratini ölçebilmek içinse dinamik basınç bilgisine ihtiyacımız vardır. Toplam basınç bilgisini pitot tüpü sayesinde ölçebildiğimize göre eğer statik basınç değerini de ölçebilirsek dinamik basınç değerini dolayısıyla uçağın süratini hesaplayabiliriz. Yukarıda gördüğünüz statik portlar sayesinde havanın statik basıncını ölçebilmekteyiz. Statik portlar hava akışına paralel olarak konumlandırılırken (gelen havayı dinamik basınçtan arındırmak için) pitot tüpler hava akışına karşı konumlandırılmaktadır. Aşağıdaki resimde uçaklar üzerine bu sensörlerin nasıl yerleştirildiğini görebilirsiniz.

Pitot Tüpü (Sol) ve Statik Port (Sağ)

Pitot tüplerinin de farklı çeşitleri bulunmaktadır. İçerisinde ek olarak statik port bulunduran pitot tüpleri de mevcuttur fakat konu bütünlüğünü bozmamak açısından bu konuyu farklı bir yazı da irdeleyelim.

Pitot tüpüne gelen hava miktarına göre hava süratini göstergesinde bulunan diyafram genişleyip büzülebilmektedir. Bu sayede diyaframın bağlı bulunduğu dişli mekanizma ile göstergedeki hsürat ibresi hareket ettirilebilmektedir. Pilotun bahsettiğimiz hava sürati göstergesinden okuduğu sürat, gösterge hava süratidir (ing. Indicated Airspeed (IAS)). Çoğu göstergede kullanılan hava süratinin birimi knots‘tır.

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları
aviation aircraft airspeed indicator – illustration for the web

Hava Sürati Göstergesi

Kokpit içerisinde bulunan hava sürati göstergesi her zaman standart koşuldaki deniz seviyesi yoğunluğuna göre kalibre edilmiştir. Bu sebeple gerçek hava sürati , hava aracı yüksek irtifa ve farklı sıcaklık koşullarında seyehat ederken pilotun hava sürati göstergesinde okuduğu sürat değerine göre farklılık göstermektedir. Daha önce bahsettiğimiz üzere farklı hava sürati ölçülerinin kullanımı durumdan duruma ölçünün sağladığı avantaja göre değişkenlik göstermektedir. Hangi durumda hangi hava ölçüsünün neden kullanıldığına, hava sürati ölçülerini daha detaylı incelerken değineceğiz.

Gösterge Hava Sürati (ing. Indicated Airspeed (IAS))

Gösterge hava sürati daha öncede bahsettiğimiz üzere direk olarak hava sürati göstergesinden okunan sürat değeridir. Göstergeden okunan IAS değeri, değişken hava yoğunluğu, sıcaklığı ve sensör hataları için kalibre edilmemiş bir ölçüdür. İrtifa arttıkça okunan IAS değeri, gerçek hava süratinden (İng.True Airspeed (TAS)) daha az bir değer göstermektedir.

Pilotun kokpit içerisinde IAS değerini kullanmasının avantajı uçakların atmosferik değişkenlerden bağımsız olarak aynı IAS değerinde perdovites (ing. stall) sürat değerine sahip olmasıdır. Bu sayede pilot için perdövites sürat değeri kullandığı uçak için aynı IAS değerine sahiptir, farklı yükseklik veya sıcaklık koşullarında değişmemektedir. Bu sayede pilotlar kullandığı aracın kritik sürat limitlerini IAS değerini kullanarak kolayca tanımlayabilmektedir. Uçak üretici firmalar ise IAS değerini uçağın performans değerlerini belirlemek için kullanmaktadır.

IAS değeri aşağıda belirtilen formül kullanılarak hesaplanmaktadır:

Havacılıkta Kullanılan Sürat HesaplarıYukarıdaki denklemde \rho_{0} =1.225 kg/m^{3} standart koşullarda deniz seviyesindeki hava yoğunluğunu ifade etmektedir ve değeri sabittir.

Kalibre Edilmiş Hava Sürati (İng.Calibrated Airspeed (CAS))

CAS değeri, IAS değerinin uçaktaki sensör konumu ve hataları açısından kalibre edilmiş (düzeltilmiş) halidir. Toplam basıncı ve statik basıncı ölçmek için sistemde kullanılan her sensörün hataları CAS değerine dahil edilmektedir. Kalibre edilen bu hatalara birkaç örnek vermek gerekirse; hücum açısı (ing. angle of attack), flap konfigürasyonu, rüzgar yönü vb. Ek bir bilgi verecek olursak, pilot el kitaplarında (ing. pilot operating handbook (POH)) farklı flap ve iniş takımı konfigürasyonları için pilot tarafından okunan her bir IAS değerine karşılık gelen CAS değerini gösteren grafikler yer almaktadır.

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

Farklı flap konfigürasyonlarında CAS ve IAS değerleri arasındaki kalibrasyon tablosu örneği

CAS değeri, IAS değerinden genellikle birkaç knot farklılık göstermektedir. Bu iki değer arasındaki büyük farklılıklar uçak düşük sürat, düşük irtifada veya yüksek hücum açısında seyrederken gerçekleşmektedir. Düşük süratlerde seyrederken uçağın perdovites (ing. stall) sürat değeri IAS ile değerlendirilmektedir.

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

İki yolcu kapasiteli bir uçağın CAS ve IAS değerleri arasındaki kalibrasyon grafiği örneği

Eşdeğer Hava Sürati (İng.Equivalent Airspeed (EAS))

EAS değeri, CAS değerinin havanın sıkıştırılabilirlik etkisi (ing. compressibility effects) göz önünde bulundurularak düzeltilmiş halidir.

EAS değeri genellikle uçağın performs değerlerini değerlendirmek için uçak mühendisleri tarafından kullanılmaktadır. Çünkü bir hava aracının performansını değerlendirirken EAS değerini kullanırsak her seferinde irtifa veya sıcaklık için düzeltme yapmaya gerek yoktur. EAS değerini kullanarak deniz seviyesindeki havanın dinamik basıncı hesaplamalarımıza katmış oluruz. Böylelikle uçağın gövdesine binen yük gibi hesaplamaları yaparken daha elverişli bir yöntem kullanmış oluruz.

IAS ve CAS değerleri Bernoulli Denklemlerine dayanmaktadır. Bernoulli deneylerinde akışkan olarak su kullanmaktadır, dolayısıyla akışkanların sıkıştırılabilirlik etkisini hesaplarına dahil etmemektedir. Eğer akışkanınız hava ise sıkıştırılabilirlik etkisi 0.3 Mach üzerinde önem kazanmaktadır. CAS ve EAS değerleri arasındaki fark, 200 knots ve 10.000 ft üzerinde artmaya başlamaktadır. Bu sebeple CAS değeri havanın sıkıştırılabilirlik etkisini hesaba katarak düzeltilmelidir.

CAS bilindiği takdirde EAS sırasıyla aşağıdaki formülasyonlar ile hesaplanmaktadır.

Dinamik Basınç:

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

a_0, deniz seviyesindeki ses hızına eşittir (340.29 m/s).

Mach Sayısı:

M = \sqrt{5\left (\left [ \frac{q_c}{P}+1 \right ]\right )^{2/7}-1}

P, uçağın bulunduğu irtifadaki statik basınç değeridir.

EAS:

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

P_0, deniz seviyesindeki statik basınç değeridir (101.325 kPa).

Gerçek Hava Sürati (İng.True Airspeed (TAS))

TAS, EAS değerinin hava yoğunluğu hesaba katılarak düzeltilmiş halidir. TAS değeri uçağın seyir halindeyken gerçek performans değerini veren ölçüdür. Bu sebeple uçağın gerçek performas değerinin gerekli olduğu her yerde TAS değeri kullanılmaktadır. Örneğin, uçağın performans bilgilerinin yazdığı kataloglarda, uçak bakım kitaplarında, uçakların performans karşılaştırmasında, uçuş planlamada ve pilot raporlarında.

TAS değeri direk olarak ölçülememektedir, bu sebeple uçuş sırasında hava veri bilgisayarı (ing. air data computer) tarafından gerçek zamanlı olarak hesaplanmaktadır. CAS değeri ile birlikte irtifa ve sıcaklık değerleri bilgisayara sağlandığı takdirde TAS değeri gerçek zamanlı olarak hesaplanmaktadır.

TAS ve EAS değerleri arasındaki ilişkiyi aşağıdaki formül ile gösterebiliriz:

Havacılıkta Kullanılan Sürat Hesapları

\rho_0, deniz seviyesindeki hava yoğunluğunu (1.225 kg/m^{3}), \rho ise uçağın bulunduğu irtifadaki hava yoğunluğunu ifade etmektedir. TAS ayrıca eğer dışarının sıcaklığı biliniyorsa aşağıdaki formül ile de hesaplanabilmektedir.

TAS = M.a

a, dış hava sıcaklıklığı bilinen atmosferdeki ses hızını ifade etmektedir, M ise mach sayısıdır (formülünü EAS hesabında vermiştik). Yukarıdaki formüllere ek olarak TAS değeri yaklaşık olarakta hesaplanabilmektedir. Aşağıdaki yöntemi kağıt üzerinde kaba bir hesap yapmak için kullanırız.

TAS = CAS + CAS\left ( 0.02x\frac{h}{1000} \right )

h, uçağın bulunduğu irtifayı ifade etmektedir ve birimi ft‘dir. Yukarıdaki TAS hesaplamasını kısaca açıklamak gerekirse; her 1000 ft irtifa için CAS değerinin üzerine CAS değerinin yüzde ikisinin eklenmesi ile elde edilmektedir.

Ek bir bilgi daha vermek gerekirse standart koşullarda, deniz seviyesinde ve düşük süratlerde (<200 knots) CAS değeri TAS değerine eşittir ki bu sonuca yukarıda anlattığımız bilgilerden kolayca varabilirsiniz.


Yazımızda bahsettiğimiz hava süratlerinin farklı irtifalarda nasıl farklılık gösterdiğini inceleyebilmeniz için birkaç örnek vermek istedim ve sizler için aşağıdaki tabloyu hazırladım.

*CAS değeri hesaplamaya girdi olarak verilmiştir ve karşılık gelen EAS ve TAS değerleri hesaplanmıştır. KCAS, KEAS ve KTAS kısaltmalarının başındaki “K” harfi, süratlerin knot cinsinden olduğunu ifade etmektedir. Örneğin KCAS: Calibrated airspeed in knots.

Hava Süratleri (knots) / İrtifa (ft)1000 ft5000 ft10000 ft20000 ft30000 ft
KCAS200200200200200
KEAS199.92199.56199197.47195.08
KTAS202.88214.98231.58270.53318.93

Değişen irtifaya bağlı hava süratlari karşılaştırma tablosu

Havacılık sizinle olsun…

Kaynakça

[1]Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge
[2]https://www.cfinotebook.net/notebook/avionics-and-instruments/airspeed-indicator
[3]https://aerotoolbox.com/airspeed-conversions/
[4]https://mediawiki.ivao.aero/index.php?title=Airspeed_definition
[5]https://mediawiki.ivao.aero/index.php?title=Airspeed_definition

Düşünceleriniz Nedir?

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir