1. UÇAK YAPILARINDA KULLANILAN TERİMLER

Aşağıdaki tanımlar uçağın parçaları ve parçalar arasındaki ilişkileri tanımlamaktadır

Aileron (Kanatçık): Uçağın firar kenarına ve kanat ucuna yakın takılan hareketli yüzeylerdir. Kanatçıkların amacı eşit olmayan veya karşılıklı kaldırıcı kuvvetler yaratarak uçağın yatışını sağlamaktır. Büyük jet uçakları genellikle çiftli kanatçık kullanır. Bunlardan içte ve ufak olanı yatay uçuş hızları için dışta ve büyük olanı ise yaklaşma ve iniş hızlarında kullanılır.

Access Door: Uçakta bulunan cihaz ve ekipmana bakım, tamir ve değiştirme için ulaşmayı sağlayan kapaklardır

Boom: Tüp şeklinde veya kafes yapı şeklinde uçak gövdesinden geriye uzanan yapı. Genellikle helikopterlerde kuyruk pallerinin olduğu kısımdır, itici tip pervane kullanılan uçakların dikey ve yatay kuyrukların takıldığı uzantılardır.

Brace: Çapraz destek parçası. Takviye.

Bracket: Genellikle kablo, boru gibi elemanların bağlandığı askılar.

Bulkhead: Uçağın gövde eksenine dikey duvar, bölme görevi gören bir yapısal parça olup gövdedeki büyük yükleri taşır.

Canopy: Kokpiti kapatan saydam kapak.

Clamp: Boru ve kabloların bağlandığı kelepçeler

Cowling: Uçak motorunun veya uçağın bir bölümünü kapatan sökülebilir / açılabilir kapak, yuva.

Empennage: Dikey ve yatay kuyruk yüzeyleri ve dümenleri. Kuyruk takımı.

Engine Mount: Uçak motorlarının bağlandığı, motoru tutan ve üzerindeki yükleri bağlı olduğu gövde veya kanat yapısına aktaran yapı. Motor beşiği.

Fairing: Uçaklarda hava akışına engel olabilecek çıkıntılı parçaları, yapı elemanlarını veya birleşme açıklıklarını kapatan hava akışına uygun düzgün yüzeyli parça veya parça grubu.

Fastener: Cıvata, perçin gibi bağlayıcı elemanlara denir

Fin: Dikey stabilize bu isimle de çağrılır.

Firewall: Isıya ve yangına dayanıklı bulkhead veya duvar. Genellikle uçaklarda motorların sıcak bölümlerini uçağın diğer bölmelerinden izole etmek, yangından korumak için kullanılır. Yangın duvarı.

Form-in Gasket: Kapakların oturduğu yüzeye uygulanan, kapağın uçağın dış yüzeyi ile aynı seviyede olmasını ve sızdırmazlığını sağlayan, özel bir kimyasal sıvı ile yapılan conta

Frame: Bunlar da bulkhead gibi gövdede diklemesine kullanılan yapısal bir parça olup stringerlerle beraber gövdenin metal dış kaplamasına destek olur ve gövdenin şeklini verirler. Takviye elemanı.

Former (Rings): Bunlar da bulkhead ve frame gibi gövdede, profil gibi kanatta diklemesine kullanılan yapısal parçalar olup gövde dış kaplamasına destek olup düzgün bir şekil verirler. Kaburga.

Gasket: Conta, sızdırmazlık elemanı

Gusset: Uçak yapılarında köşeleri, birleşim yerlerini güçlendirmek için kullanılan küçük düz plaka.

Grommet: Keskin kenarlı metal kenarların, delik içlerinin yanlarından ve içerisinden geçen elektrik kablolarına zarar vermesini önlemek için takılan plastik koruyucu kılıflardır.

Intercoastal: Kutu şekilli lonjeron parça grubunda yanlamasına mukavemeti artırmak için kullanılan profil veya çapraz yapısal destektir.

Keelbeam: Uçaklarda boylamasına birleştirici olan ve yük taşıyan, uçağın tabanında ve ortada olan kiriş eleman. Takviye çubukları.

Kokpit: Büyük uçaklarda uçuş mürettebatına ayrılmış kapalı bölüme, küçük uçaklarda ise pilot ve yolcuların bulunduğu alana denir. Pilot kabini.

Latch: Uçaklardaki erişim kapaklarında kullanılan ve kapakların kendi kendine açılmasını önleyici, parmakla basılarak açılan özel kilit mekanizmalarıdır.

Lonjeron: Yarı-monokok yapılarda gövdede boylamasına ana yük taşıyıcı yapısal parçadır. Genellikle bulkhead, frame gibi ana taşıyıcı diklemesine yapı elemanlarını birleştirirler.

Nacelle: Uçaklarda motorun muhafaza edildiği hava akımına uygun şekilli (aerodinamik) yapı, yuva veya kapalı bölüm. Burun.

Nose Wheel WelllBay: Burun iniş takımının katlanıp girdiği bölme.

Pressure Bulkhead: Basınçlandırılmış kabinli uçaklarda basınçlı yolcu, yük, kargo ve pilot kabini ile basınçsız kuyruk ve burun gövde bölmelerini ayıran basınca dayanıklı ayırıcı yapısal bölme. Genellikle kuyruk bölümünde olan basınç balkhedleri küresel kesit şeklinde bombeli olur.

Rib (Profil): Sinir. Kanat, kuyruk ve diğer aerodinamik yüzeylerde veter eksenine paralel (lonjerona dik) yapısal parçalardır. Hem kanat ve kuyruk yüzeylerine şekil verirler, hem de bu uçak ana parçalarının kaplamaları üzerine hareket halindeyken oluşan hava akışından ve basıncından kaynaklanan yükleri lonjeronlara taşırlar.

Sealant: Sıvı conta. Uçaklarda birleşik(integral) yakıt tanklarında ve basınçlı kabinlerde sızdırmazlığı sağlamak için kullanıldığı gibi bazı uçaklarda perçinli bağlantılar da korozyonu önlemek için dolgu malzemesi olarak kullanılan, kuruyunca özelliğine göre lastik gibi esnek veya sert bir malzeme haline gelen yoğunluğu fazla kimyasal bir sıvıdır. Sıvı contalar genellikle çok soğuk bir ısıda sıvı olarak muhafaza edilirler. Normal oda sıcaklığında veya daha fazla ısıda katılaşırlar. Sealant'lar katılaştıktan sonra tekrar sıvı hale dönüşemezler.

Skin: Gövde, kanat ve kuyrukların dış yüzeylerini kaplayan metal veya kompozit plakalar.

Spar (Beam): Kanat, yatay ve dikey stabilize, istikamet dümeni, irtifa dümeni, flap gibi aerodinamik elemanların ve helikopterlerdeki pallerin içinde bulunan (bir veya daha fazla sayıda olabilir) ana taşıyıcı yapısal parça. Taşıyıcı kiriş. Lonjeron.

Splice: Gövde ana parçalarının birleştirilmesinde (Fuselage Mating) arada kullanılan çember şeklindeki ek plakalardır.

Stabilizer : Uçak dümen hareketlerindeki titreşimleri azaltarak hareketleri daha kararlı hale koyan kısım.

Stiffener: Genellikle saç kaplamalara destek için bağlanan, perçinlenen destek plakalarıdır.

Stringer: Uçağın gövdesinde boylamasına kullanılan genellikle profil şeklindeki yapısal parçalardır. Gövde kaplamasına destek olur ve şekil verirler.

Strut: Uçaklarda gövde ve/veya kanada bağlı iniş takımlarını veya gövdeye bağlı motorların sıkıştırma ve/veya çekme yüklerini alan destek bağlantısı. Ayrıca bazı uçaklarda kanat-gövde bağlantılarında, iniş takımları ve motorların gövdeye veya kanada bağlantılarında kullanılır.

Stud: Yapısal parçalara perçinsiz, yapıştırılarak bağlanan kablo taşıyıcı askı.

Support: Destek parçası.

Trim: Esas kumanda yüzeyleri normal durumlarında iken düz uçuşta uçağın tam dengeli halde kalması.

Yoke: Sapan şeklinde, ya da yarım çember şeklinde yapısal parça. Genellikle jet motor askılarında kullanılır.

<2. UÇAK YAPILARINI ETKİLEYEN YÜKLER

Yük taşıyabilen ve bu yükleri cismin diğer kısımlarına aktarabilen, şekil değiştiren herhangi bir cisim yapı sistemi olarak tanımlanır. Bu gibi yapı sistemleri; kirişler, plakalar, kabuklar veya bunların birleşimlerinden oluşur.

Bir yapı elemanı, genelde dıştan etkiyen yüklere; eğilme, eksenel, kesme, ve burulma veya bu dördünün çeşitli bileşimlerinden oluşan iç yüklere karşı koyar.

Her hava taşıtı, özel görevini emniyetle yerine getirmek üzere dizayn edilir. Bunun sonucunda, boyut, yapılış ve performansına bağlı çok çeşitli yapılar ortaya çıkar. Ticari amaçlı ulaştırma uçakları özel olarak, bir havaalanından diğerine yolcu taşımak için dizayn edilir. Bu tür uçaklara asla keskin manevra yaptırılmaz. Av ve bombardıman uçakları ise, keskin manevralara dayanacak şekilde tasarlanır. Tasarım koşulları genellikle uçak yapısının göçmesine neden olacak yük katsayısına erişilmeden önce pilotun bilinicini yitirmeyeceği ve insan vücudunun dayanabileceği en büyük ivmeye göre saptanır.

Dizaynın optimumluğu yanında, hava taşıtlarının emniyeti, yapı bütünlüğü ve güvenirliğini sağlamak için hem sivil hem de hükümet organları, çeşitli hava taşıtlarının yapı dizaynında kullanılacak yüklerin şiddeti ile ilgili belirli şartnameler ve gereksinimler oluşturmuşlardır. Sivil veya askeri kuruluşlarca belirlenen sınır yükler taşıtın bütün ömrü boyunca maruz kalacağı en fazla yüklerdir.

Sıkıştırma, gerilme, burulma, eğme ve kesme kuvvetleri uçağa ve elemanlarına etki eden kuvvetlerdir. Aşağıdaki tanımlar tüm bu kuvvetlerin özelliklerin anlaşılmasında yardımcı olacaktır. Bu yüklerin yapı üzerindeki etkileri şekil 3'de gösterilmiştir.

Şekil 3 - Uçak yapılarını etkileyen yükler

Sıkıştırma: Birbirine çarpma veya presleme eğilimindeki kuvvettir. İniş takımları uçak yere indiğinde sıkıştırmaya maruz kalırlar.

Gerilme: Elemanın boyunu uzatmaya çalışan kuvvettir. Parçaları birleştiren cıvata gerilime maruz kalırlar. Motor veya uçağı kaldırmaya yarayan kablolarda gerilime maruz kalırlar.

Burulma: Kıvırmaya, döndürmeye çalışan kuvvettir. Dönen şaftlar bükmeye maruz kalır.

Eğilme: Sıkıştırma ve gerilimin kombinasyonudur. Bir çubuk büküldüğünde çubuğun dış kısmı gerilimin etkisinde uzar iç kısmı ise sıkıştırmanın etkisinde kısalır. Uçağın kanatları eğilme kuvvetleri etkisindedir.

Kesme: Bir tabakayı bitişiğindeki diğer bir tabaka üstünde kaymaya zorlayan kuvvettir. İki tabakayı birleştiren perçin veya cıvatalar kesmeye maruz kalırlar.

Uçak tasarlandığında uçağa ve elemanlarına etkiyen ve uçuş süresince etkiyecek olan kuvvetler dikkatlice hesaplanır ve analiz edilir. Kuvvet analiz performansı, herhangi bir arıza ortaya çıkmadan uçağın onaylanan özelliklerini yerine getirmesini sağlar.

Uçakların uçmasını ve uçuş sırasında kontrolünü sağlayan ve etkileyen dört ana kuvvet vardır. Bu kuvvetler; Taşıma kuvveti ( Lift ), Ağırlık ( Weight/Gravity ), İtme/Çekme ( Thrust ), Sürükleme ( Drag)dir. Bunlar şekil 4te gösterilmiştir.

Bu kuvvetler karşılıklı çiftler halinde birbirlerini zıt yönde etkilerler.

Şekil 4 - Uçağa etkiyen kuvvetler

Bu kuvvetler sırasıyla inceleyelim.

Taşıma Kuvveti:Uçak ve helikopterlerin havalanmasını sağlayan ve havada tutunmasını sağlayan kuvvettir. Tüm uçaklarda asıl taşıma kuvveti kanatlardan elde edilir. Helikopterlerde ise taşıma bir eksen etrafında dönen kanatlardan( pal) elde edilir. Bu nedenle helikopter döner kanatlı uçak diye olarak ta adlandırılır. Bazı uçaklarda kanatlara ek olarak gövde ve yatay kuyruk üzerinden de taşıma elde edilmektedir.

Ağırlık Kuvveti:Taşıma kuvvetinin ters yönündedir. Normal yatay uçuşta taşıma ağırlık kuvvetine eşittir. Fakat yatışlı keskin dönüşlerde ve yere dik yapılan dairesel akrobatik manevralarda yerçekimi ivmesi etkisi ile uçağa binen yük artar. Bu nedenle keskin dönüşlerde artan ağırlığa karşı kaldırma kuvvetini arttırmak için ya hücum açısı arttırılır ya da motorların gücü arttırılır.

İtme/Çekme Gücü:Uçağın kanatlarında taşıma oluşması için kanadın etrafından belli bir hava akımı geçmesi gerekir. Helikopterlerde bu pallerin bir merkez etrafında döndürülmesi ile elde edilir. Sabit kanatlarda ise uçak öne doğru bir motor gücü ile çalışan pervane tarafından itilerek veya çekilerek yada jet motorlu uçaklarda tepki kuvveti ile geri sürükleme kuvveti yenilerek öne doğru yatay bir hareket verilir.

Sürükleme Kuvveti:Uçağın hava akımına karşı gösterdiği dirençtir. İtme/çekme yönünün zıt yönünde oluşur. Geri sürükleme kuvveti arttıkça uçağın öne doğru hareket etmesini sağlayan motor gücünün de artması gerekir ve yakıt sarfiyatı artar, hız kaybı olur.

Perçin, cıvata, anten kapak, kapı mandalları, birleşme aralıkları vb. gibi yüzey farklılıkları sürükleme kuvvetini arttırır. Bunu azaltmak için yekpare yapılmış ek yerleri olmayan ve kaygan yüzeyli gövde, kanat ve kuyruklara sahip uçaklar üretilmeye çalışılmaktadır. Kompozit teknolojisi sayesinde ve yapıştırma teknikleri ile bu sağlanmaktadır.

Sürükleme kuvvetini azaltmak için uçak yapılarının mümkün olduğu kadar aerodinamik yüzeyli ve çıkıntısız yapılmaya çalışılmaktadır. Fairing denen kaplamalar yüzeylerin çok pürüzlü olduğu yerlere takılarak buradaki parazit geri sürüklemeler azaltılmaktadır.

3. UÇAK (AIRFRAME) YAPILARI

Uçak yapılarının beş önemli parçadan oluştuğu daha önce belirtilmişti. Donanımsız ve motorsuz uçağa airframe denir ve aşağıdaki elemanlardan oluşur.

Gövde

Kanatlar

Kuyruk

Uçuş Kumanda Yüzeyleri ve

İniş Takımları.

Bir uçak yapısı bu beş elemanın birleştirilmesi, bunlar arasında bağlantıların oluşturulması, hidrolik, pnömatik, elektrik, elektronik vb. gibi sistemlerin ilavesi ile uçabilecek bir duruma getirilir. Uçak yapısını oluşturan bu elemanları gövdeden başlamak üzere sırasıyla inceleyelim.

3.1 Gövde ( Fuselage )

Kanat ve kuyruğun takıldığı,uçağın tasarımına göre yolcu, kargo, mürettebat, kumandalar ve diğer elemanlar için boşluk sağlayan elemandır. Gövde yapılarının büyük bir çoğunluğu yarı monokok ve metal yapılıdır. Bu küçük, orta ve büyük uçaklara uygulanabilir. Kaplamanın üzerine konacağı iç yapı lonjeron, çerçeve, bulkhead, stringer, köşe desteklerinden(gusset) oluşur. Bu elemanlar gövdeye rijit şekli vermek amacıyla birbirlerine perçinlenerek veya cıvatalar ile veya yapıştırılarak birleştirilir. Kaplama ise yapıyı tamamlamak amacıyla iskelete perçin, cıvata ile veya yapıştırılarak monte edilir.

Arzulanan kapasite ve aerodinamiğe göre minimum sürükleme yaratacak bir forma sahip olmalıdır. Eğer uçak tek motorlu bir uçak ise motor genellikle gövdenin burun kısmına monte edilir. Motor kaportası motor aksesuarlarına ulaşımın kolay olmasını sağlayacak yapıda olmalıdır.

Gövde; kanat veya kanatlar, kuyruk yüzeyleri, iniş takımları takılmasına uygun bağlantı noktalarına sahip olmalıdır. Ayrıca bu elemanların kumanda, söküm, tamir ve değiştirme işlemleri için uygun yapıda olmalıdır. Gövdenin bu bağlantı noktaları iniş ve uçuş yüklerine karşı dayanıklı olmalıdır. Son olarak havaya minimum direnç gösterecek ve pilot için iyi görüş sağlayacak şekil ve yapıda olmalıdır.

Birçok büyük uçakta kanat yapısı gövde içinden uzayan şekildedir. Böylece kanat tarafından yaratılan yük ve kuvvetleri taşımak için gövdeye olan ihtiyaç ortadan kaldırılır.

Gövde yapısı, yolcu ve mürettebatı yapılan uçuş boyunca koruyacak mukavemette olmalıdır. Kabinin kapasitesine bağlı olarak yeterli miktarda acil çıkış kapısı sağlanmalıdır. Acil çıkış kapıları gerekleri FAR Bölüm-25'de belirtilmiştir.

3.1.1. Gövde Yapıları

Uçucu veya kara araçlarının yapısı iki önemli fonksiyona sahiptir. Bunlardan birincisi yapıya uygulanan kuvvetlere karşı direnç göstermek ve bunları başka yerlere iletmektir. İkincisi ise aerodinamik şekilli bir kaplama ile içindeki elemanları çevre şartlarından korumaktır. Genellikle uçak yapıları kuvvetlerin yapıya transfer edilme metotlarına göre üç tipte sınıflandırılır. Bu sınıflandırmaya göre uçak yapıları, kafes, monokok ve yarı monokok şeklinde isimlendirilir.

Yapısal malzemelerin kullanıldığı yerler aracın dış yüzeyidir. Birçok uçan aracın dış yüzeyi ince kabukludur. Eğer bu kabuk destekleyici elemanlardan yoksun ise bu yapıya monokok yapı denir. Eğer yapının enlemesine kesiti büyük ise monokok yapının duvarlarının eğilme, burulma, sıkıştırma kuvvetlerine karşı eğilmeden dayanabilmesi için oldukça kalın yapıda olması gerekmektedir. Bu gibi durumlarla karşılaşmamak için en iyi yol kalın kaplamayı engelleyici destekleyici elemanlar kullanmaktır. Destekleyici elemanlar yükleri yaymak amacıylada gereklidir. Bu tip yapıya ise yarı monokok yapı denir.

3.1.1.1. Kafes-Kiriş(Truss) Yapı

Çubuk elemanlar; eksenel yük, kesme, eğilme, burulma veya bu dördünün bileşimlerini taşıyabilen ve iletebilen bir boyutlu yapı elemanlarıdır. Yalnızca eksenel yük taşıyan çubuklar, eksenel çubuk veya iki-kuvvet elemanı olarak bilinir. Tamamen eksenel çubuklardan inşa edilmiş yapı sistemleri, çubuk sistemler(kafes) olarak isimlendirilir. Kuvvet iletmede basit çekme ve basınç elemanları genellikle en hafif yapıyı oluşturduklarından atmosfer, deniz ve kara yapılarında çubuk sistemler sık kullanılırlar.

Plak elemanlar, çubuk elemanların iki boyutta geliştirilmişlerdir. Plak elemanlar; füze yüzgeçleri, uçak kanatları ve kuyruk yüzeylerinde bulunur. Bir hacim kapatan eğri plaklara kabuk denir. Uçak gövdesi, bina kubbeleri, basınç kapları vb. kabuk yapılara tipik örnekler olarak verilebilir.

Metal elektrik direkleri, çelik çatılara benzer şekilde genellikle içi boş çelik boruların kaynakla birleştirilmesinden elde edilen kafes şeklinde yapılara kafes yapı denir. Dış yüzey daha sonra bez veya fiberglas ile kaplanır. Kafes tip yapı Pratt kafes ve Warren kafes şeklinde alt sınıflara ayrılabilir. Pratt ve Warren kafes yapılarının ikisinde de ana mukavemet elemanları dört tane lonjerondur. Lonjeron daha önce de tanımlandığı üzere gövdenin boylamasına olan birincil elemanlarıdır. Kafes tip gövdede yanlamasına destekler aralara yerleştirilmiştir. Yanlamasına yapı teknik açıdan her ne kadar uygun olmasa da bulkhead olarak isimlendirilebilir. Bulkheadler arası ise bölme(bay) olarak isimlendirilir.

Şekil 5 - Pratt ve Warren Kafes yapıları

Şekil 5'te günümüzde kullanılan uçaklarınkine benzer yapıdaki Pratt kafes tipi gösterilmiştir. Pratt kafeste lonjeronlar, destek olarak isimlendirilen yatay ve enlemesine rijit elemanlar ile birleştirilmiştir. Diyagonal elemanlar mukavemetli çelik kablolardan yapılmıştır ve yalnızca gerilim taşımak amacıyla dizayn edilmiştirler.

Şekil 5'te gösterilen Pratt kafeste diyagonal elemanlar rijittir ve hem gerilim hem sıkıştırma yüklerine karşı koyarlar.

Şekil 5'te Warren kafes tipi gösterilmiştir. Bu yapıda lonjeronlar yalnızca diyagonal elemanlar ile birleştirilmiştir. Normalde kafes yapının tüm elemanları gerilim ve sıkıştırma yüklerini karşılayacak şekildedir. Yük bir yöne hareket ederken sıkıştırma yükleri her bir eleman tarafından taşınır diğer elemanlar ise gerilim yükünü taşır. Yük ayrıldığında daha önce gerilim taşıyan elemanlar şimdi sıkıştırma taşırlar ve daha önce sıkıştırma taşıyanlar şimdi gerilim taşırlar. Bu yük dağılımı şekil 6da gösterilmiştir.

Şekil 6 - Kafes yapılardaki yük dağılımı

3.1.1.2. Yarı Monokok Yapı

Yapıya gelen yüklerin büyük bir kısmını taşıyan kaplama tarafından çevrelenen yatay ve uzunlamasına çerçevelerden oluşan yapıya yarı monokok yapı denir. Şekil 7de yarı monokok gövde yapısı gösterilmiştir. Bu tip yapıda dikey elemanlar çerçeve veya bulkhead olarak isimlendirilir. Birincil dikey elemanlar arasındaki şekil verici çerçeve(former) veya halkalar(ring) yapının düzgünlüğünü sağlarlar. Boylamasına elemanlar stringer olarak isimlendirilir. Stringerler metal kaplamayı sertleştirirler ve değişik yükler altında şişmesini veya yumulmasını engellerler.

Şekil 7 - Yarı-monokok gövde yapısı ve elemanları

Yarı monokok yapılarda kaplama aşağıdaki yapısal fonksiyonlara sahiptir;

  1. Dış kuvvetleri uzunlamasına veya enlemesine destekleyici elemanlara aktarır.
  2. Kayma gerilmesi yaratarak uygulanan burulma momentleri ve kayma gerilmelerine tepki gösterir.
  3. Uzunlamasına elemanlar ile eksenel ve eğme yüklerine karşı koyar.
  4. Uzunlamasına elemanlar ile eksenel yüklere ve yapı basınçlandırıldığında da enlemesine elemanlar ile dairesel-çevresel yüklere karşı koyar.

Uzunlamasına elemanlar ve stringerler aşağıdaki amaçlar için kullanılır;

  1. Kaplama boyunca eğme ve eksenel yüklere karşı koyar.
  2. Kaplamayı ufak paneller halinde bölerek eğilme ve sıkıştırma yüklerine karşı koymasına yardımcı olur.
  3. Basınçlandırma yüzünden oluşan eksenel yüklere karşı koymak için kaplamayla birlikte çalışır.
  4. Kaplamanın daha fazla taşıyamayacağı yükleri karşılayarak kaplamadaki çatlak büyümesinin önüne geçer.

Yapının enlemesine elemanları çerçeve(frame), halka(ring), yapı kesitinin tüm veya büyük bir kısmını kaplıyor ise bulkhead olarak adlandırılır. Aerodinamik yüzeylerde ise profil(rib) olarak adlandırılır. Bu elemanlar;

  1. Enlemesine kesitin şeklinin korunması amacıyla
  2. Yoğun-güçlü yükleri ve yapısal süreksizliklerdeki gerilimleri yapıya dağıtmak amacıyla
  3. Uzunlamasına elemanların eğilme-yamulma dayanımlarını arttırmak amacıyla
  4. Plaka ve kaplamaların eğilme-yamulma dayanımlarını arttırmak amacıyla
  5. Basınçlandırmaya bağlı çevresel yüklere karşı kaplamayla birlikte karşı koymak amacıyla kullanılırlar.

Şekil 8 - Yarı monokok ağaç gövde

Şekil 8de yarı-monokok ağaç gövde gösterilmiştir. Çok fazla uçak bu şekilde yapılmasa da uçak teknisyenin bu tip yapıdan haberdar olması ve onarımı için hazır olması bir gerekliliktir. Ağaç yapının bulkheadleri kaliteli kontrplaktan yapılmıştır ve gövde konfigürasyonuna uyacak şekilde kesilmiştir. Stringerler bulkheadler arasına uygun bir yapıştırıcı ile yapıştırılmıştırlar. Küçük tahta bloklar mukavemeti arttırmak amacıyla köşelere yapıştırılmıştır. Çerçeveler üzerine kontrplak kaplama yapıştırılmıştır. Bu tip yapının imalatından sonra vernik veya diğer su geçirmez koruyucu malzemeler ile kaplanması zorunludur.

3.1.1.3. Monokok Yapı

Modern uçak yapıları halen esas olarak levha halindeki metallerden imal edilmektedir. Yüzey kaplaması olarak ta metal malzeme gereklidir ve aynı zamanda kaplamadan yük taşıyan yapı olarak ta yararlanılır. İnce levhalar veya perdeler kendi düzlemleri içinde etkiyen kesme veya çekme yüklerine karşı koymada çok etkilidirler, fakat bunların basınç yüklerine veya düzlemlerine dik etkiyen yüklere dayanmaları için genelde başka elemanlarla takviye edilmeleri gerekir. Hiçbir takviye elemanı ile takviye edilmeden, farklı yüklere dayanacak şekilde dizayn edilen kabuk veya kaplama konstrüksiyona, Fransızca'da "yalnız kabuk" anlamına gelen monokok veya tam monokok yapı denir.

Monokok yapı şekil 9'da gösterilmiştir. Bu tip yapıda tüm yükleri kaplama taşımaktadır. İçinde herhangi bir yapısal eleman olmayan koni veya metal tüplere benzemektedir. Bazı durumlarda şekli korumak için şekil verici halka kullanmak gereklidir. Fakat bunlar yapıya gelen birincil yükleri taşımaz. Çoğunlukla bu tip gövde ön şekil verilmiş iki yarım parçanın perçinle birleştirilmesi ile elde edilir.

Şekil 9 - Monokok uçak yapısı

Tahtadan yapılmış monokok yapı şekil 9da gösterilmiştir. Görüldüğü üzere bu silindirik, konik şeklin verilmesini sağlayan şekil verici çerçevelerden oluşan kontrplak kabuk şeklindedir.

Uçak yapıları değişik kombinasyonlar şeklinde olabilir. Örneğin; uçak monokok çelik boru gövde ve yarı monokok arka gövdeye sahip olabilir.

Şekil 10 - Kumaş kaplamalı kafes tip yapılı uçak

Daha önce açıklandığı üzere gövde birçok yapısal elemanın kombinasyonları ile dizayn edilmiş olabilir. Kafes tip gövde rijit çerçevelerde oluşmuştur ve bu çerçeveler kumaş, kontrplak, fiberglas veya metal ile kaplanabilir. Şekil 10'da kumaş ile kaplamalı kafes tip yapılı bir uçak gösterilmiştir.

Hafif uçakların gövde kaplaması amacıyla kullanılan malzemelerin kalınlıkları ve çeşitleri şekil 11'de gösterilmiştir. Gövdenin pozisyonuna göre malzeme kalınlığının değiştiği göz önünde bulundurulmalıdır. Gövdenin verilen bölümündeki gerekli malzeme kalınlığı uçağın dizayn ve yük analizlerinde mühendisler tarafından belirlenir. Gösterilen şekil sayesinde uçağın hangi yerinde nasıl malzeme kullanıldığı ve malzemenin kalınlığı hakkında fikir edinilebilir.

Şekil 11 - Uçaklarda kullanılan kaplama malzemesi ve kalınlığına örnek

Malzeme sütununda gösterilen 2024 numarası uçak yapılarında yaygın olarak kullanılan özel alüminyum alaşımlı malzemeyi belirtmektedir. Başlangıç numarasını takip eden numaralar ve harfler ise malzemenin durumunu belirtmektedir. T harfi malzemeye uygulanan ısıl işlemin kodu ile birlikte kullanılır.

Uçak gövdeleri birçok benzerlik ile dizayn edilir. Gövdenin ön kısmı genellikle kokpit ve yolcu kabinini içerir. Bu bölümün şekli ise yolcu kapasitesi ve uçağın performans özelliklerine bağlıdır. Arka kısmı ise kuyruk konisi olarak isimlendirilir. Bu kısım genellikle kesit olarak dairesel veya dikdörtgen şeklindedir ve kuyruğa doğru sivrilerek incelir.

3.1.2. Gövde Elemanları

Uçak gövdesi bulkhead, şekil verici halka , stringer ve kaplamanın yanında daha birçok yapısal takviyeli alanı da içerir. Bu alanlar uçak gövde elemanlarının bağlanmasını ve yük taşımayan elemanlar için (pencere,kapı gibi) açıklık sağlar. Takviyeli alanlar ile gövdeye monte edilen elemanlar kanatlar, iniş takımları, motorlar, stabilizeler, jak noktaları ve antenlerdir.

Tekil yükleri uçak gövdesine veya kanat kaplamasına nakleden yapı elemanlarına genellikle balkhed denir. Balkhedler kanat veya gövde kaplamasına çevresi boyunca bağlanır. Bunlar takviyeli dolu perdeler, içinde iletim delikleri bulunan perdeler veya kafes yapılar olabilir. Gövde balkhedleri gövde içini engellememek, sınırlandırmamak için halka veya çerçeve şeklinde yapılır. Bir kanatta veter doğrultusunda bulunan balkhedlere normalde profil denilirken gövdede ise halka, çerçeve veya kaburga denir. Kanat ve gövde balkhedleri yükleri kaplamaya iletme yanında takviyelere kolon desteğinde de bulunur ve kaplamadaki kayma kuvvetlerinin dağıtılmasına sebep olur.

Uçak yapılarında sürekli yapı üzerinde birçok kapak yuvaları açmak gerekir. Kanat veya gövde yapılarında genellikle ana iniş takımını ve burun iniş takımını içeri almak için yapıda kesintiler olması gerekir. Ayrıca silah sistemleri, yakıt tankları veya motor alıkları için de kapaklar gerekir. Gövde yapıları genellikle kapılar, pencereler, kokpit pencereleri, bomba salma kapakları veya iniş takımı kapakları nedeniyle süreksizliğe uğrar. İmalat sırasında erişme, servis sırasında bakım ve inceleme içinde erişme kapak yuvaları ve delikler de bırakmak gereklidir. Bu kesip çıkartmaların veya kapak yuvalarının bulunması yapı bakımından istenmeyen bir durumdur fakat bunların bulunması da zorunludur. Bu kesip çıkartmalar şekil 12'de gösterilmiştir. Genellikle bunların büyük yüklere dayanması gereken yerlerde bulunması gerekebilir ve bunları takviye etmek için çoğu zaman ilave yapı ağırlığı gerekir. Yüklerin bu açıklıklar etrafından akması için daha kalın malzeme kullanmak veya çelik boru gövde yapısının karmakarışık hale gelmesi gerekebilir. Yüklerin bu alanlar etrafında dağıtılmasına örnek olarak, kapı takılmasına olanak sağlayacak şekilde Pratt kafeste yapılan değişiklik şekil13'de gösterilmiştir.

Şekil 13 - Yüklerin dağıtılmasına örnek olarak Pratt kafeste yapılan değişiklik

Uçak yapılarında birçok elemanın bağlanması için basit doubler veya gusset levhalar kullanılır. Bu elemanların kullanılmasının amacı yapının mukavemetini arttırmaktır. Bu düzenlemede metal gelen yüklere uygun ölçülerde kesilir, rjitliğini arttırmak için şekil verilir ve elemanın monte edileceği gövde kısmına bağlanır. Radyo anteni ile bağlantılı yükleri karşılayan, stringerler arasına eklenen doubler bu tip takviyeye örnek olarak şekil 14'te gösterilmiştir.

Şekil 14 - Yapı takviyesinde kullanılan doubler'a (takviyeye) örnek

İniş takımları ve kanat bağlantı noktalarındaki gibi bazı eklenti noktaları aşırı yüklere karşı koyabilmek için döküm, dövme veya kaynakla birleştirilerek yapılmış özel tertibatların kullanılmasını gerektirebilir. Döküm elemanlar bulkheadler etrafına birleştirilmiştir. Bulkhead'ler birçok metal takviye ile katmanlar şeklinde yapılmıştır. Şekil 15'te yolcu uçağında kullanılan pencere ve iniş takımı bağlantı tertibatlarının etrafında kullanılan metal doubler gösterilmiştir.

Şekil 15 - Pencere vb yerlerdeki takviyeli yapıya örnek

3.1.3. Sivil Nakliye Uçakları Gövdeleri

Yolcu uçaklarının gövdeleri genellikle burun, silindirik şekilli kabin ve arkaya doğru küçülerek yükselen kuyruk konisinden oluşur.

Birçok uçak dizaynında emniyet etkin "fail-safe" olarak isimlendirilen yapılar bulunmaktadır. Emniyet etkinliği kapsamında, önemli yapısal tertibatlar iki parça halinde yapılır ve birbirlerine perçin veya yapıştırılarak birleştirilir. Bu parçaların her biri yapıya gelen tüm yükü karşılayacak şekilde yapılır. Bu tip tasarım düşüncesi sayesinde herhangi bir bağlantı tertibatındaki hata yüzünden, uçuş sırasında herhangi bir elemanın ayrılması ile sonuçlanacak hasarın ortaya çıkması engellenmektedir. Şekil16'da bu yapıya bir örnek gösterilmiştir. Bazı büyük yolcu uçaklarında emniyet etkinliği metal kaplamalar için de geçerlidir. Örneğin DC-8 uçağında stratejik gövde çerçevelerinde, her bir pencere ve kapıda kaplamayı takviyelemek amacıyla titanyum rip-stop'lar kullanılmıştır.

Şekil 16 - Emniyet etkinliği kapsamındaki yapıya örnek

Büyüklüklerinden dolayı genellikle, yolcu uçak gövdeleri alt asambleler şeklinde üretilir. Daha sonra bu alt asambleler gövdenin kısımlarını oluşturmak amacıyla birleştirilir. En sonunda uçak gövdesi ön, orta ve arka gövde kısımlarının birleştirilmesi ile elde edilir. Gövdenin ön kısmı uçuş mürettebatı için görüş sağlayacak kısımdır. Orta gövde ise genellikle dairesel yapıdadır ve kesiti sabittir. Orta kısım kanat ve iniş takımlarının monte edileceği bağlantı tertibatlarına sahiptir. Kuyruk kısmı ise genelde daralarak küçülür ve uçuş kumanda yüzeyleri veya bazı uçaklarda motor için bağlantı tertibatlarına ve yerlerine sahiptir.

3.1.3.1. Kokpit, Kabin Ve Kargo Kısımları

Uçağın gövdesi içinde yer alan, yolcuların, pilotların, kargoların taşınmasına yarayan kısımlar kokpit, yolcu kabini ve kargo kompartımanıdır. Bu kısımları sırasıyla inceleyelim.

<3.1.3.1.1. Kokpit

Uçuş mürettebatının kullandığı kısımdır. Uçağı uçurmak için kullanılan tüm kontroller buradadır. Kokpit dizayn edilirken yeterli baş alanı, görüş, açıklık, el ve ayakların rahat hareket edebileceği boşluk vb. gibi şartlar sağlanmalıdır.Yapı kar ve yağmurda su geçirmeyecek şekilde olmalıdır. Gürültü ve titreşim kabul edilebilir limitler dahilinde olmalıdır. Ticari uçaklarda kilitlenebilir kapı olmalıdır. Kokpit için gerekli şartlar FAR Bölüm 23 ve 25 te belirtilmiştir.

<3.1.3.1.2. Yolcu Kabini

Yolcuları güvenli ve konforlu tutacak yapıda olmalıdır. Kabin içindekileri (yolcu, kargo, bagaj vb gibi ) basınç ve sıcaklık değişimlerinden koruyacak yapıda olmalıdır. Şekil 17'de yolcu uçağı kabin yapısı gösterilmektedir. Şekil 18'de ise bir yolcu uçağının kabin boyutları gösterilmiştir. Yolcu kabini kapılar, pencereler, bagaj yerleri, koltuklar, mutfak, tuvalet vb gibi yerleri içinde muhafaza eder.

Şekil 17 - Kabin yapısı

Şekil 18 - Kabin boyutlandırmasına örnek

Yolcu kabininde giriş ve çıkışı sağlayan kapılar ve dışarıyı izlemeye yarayan pencereler bulunur. Uçak yapısının sürekliliğini bozan bu yapıların mukavemetli yapılması bir zorunluluktur.

Kapı çerçeveleri hidrolik pres, ıstampa pres veya düşmeli çekiçler ile imal edilir. Yolcu, kargo, mürettebat vb. yükün uçağa yüklenip boşaltılması amacıyla kullanılır. Kapıda kilit mekanizması bulunması gerekir. Kapılar çok çeşitli olabilir. Bazı uçaklarda merdivenli kapılar vardır. Kapı aşağı doğru açılır ve merdiven şeklini alır. İkinci tip kapı şeklinde kapının yarısı yukarıya açılır ve kilitlenir daha sonra alt kısım aşağı inerek açılır ve merdiven şeklini alır. Merdivenli kapılar hem basınçlı hem basınçsız uçaklarda bulunabilir. Başka bir tip kapı çeşidi ise dikey toplanan kapılardır. Uçuş sırasında uçağın içinde bulunur. Açılma sırasında dikey kapı kabini üst kısmına kayar ve giriş, çıkış için yeterli açıklığı sağlar. Bir diğer tip ise uçağın gövdesine paralel olarak dıştan açılan kapı çeşididir. Şekil19'da kapı çeşitlerinden bir tanesi gösterilmiştir.

Pencereler görüşü sağlarlar. Pencerelerin basınca karşı dayanıklı olması gerekir.

Yani hem basıncı hem içerdeki havayı sızdırmamalıdır. Bu sebeple pencereler birkaç katman halinde yapılır. Bu katmanlar şekilde gösterilmiştir. Ayrıca acil durumlarda kullanılmak üzere acil çıkış pencerelerinin kolay ulaşılabilir yerlerde bulunması gerekmektedir. Şekil 20'de pencere yapısı gösterilmiştir.

Şekil 19 - Uçak kapısına bir örnek

Şekil 20 - Pencere yapısı

3.1.3.1.3. Kargo

Bagaj ve kargo taşımak için kullanılır. Büyük uçaklarda bagaj, kargo taşımak için konteynerlar kullanılır. Şekil 21'de bir yolcu uçağının kargo kompartımanları, konumları gösterilmiştir. Kargo kompartımanında kullanılan konteyner şekil 22'de gösterilmiştir.

Şekil 21 - Kargo kompartımanları

Şekil 22 - Kargo kompartıman konteynerı

3.1.4. Helikopter Gövdeleri

Sabit kanatlı uçak gövdeleri gibi helikopter gövdeleri de kaynak edilmiş kafes kirişlerden, monokok konstrüksiyon veya yarı-monokok konstrüksiyon şeklinde imal edilir. Gövdenin dış görünüşü uçaklardan oldukça farklı olmasına rağmen bir çok helikopter gövdesi sabit kanatlı uçakların gövdesinde kullanılan elemanların benzerleri kullanılır. Örneğin bir çok helikopterde gövdeyi düşey olarak kavrayan balkhed, kaburga ve halkalar kullanılır. Günümüzde yüksek hızlı helikopterlerin gövde görünüşleri, sürüklemenin mümkün olduğu kadar düşürülmeye çalışılması nedeni ile akıma uygun şekiller verilmeye gayret edilir.

Klasik imal usulünde tipik bir helikopter gövdesi ve kuyruk bumu; alüminyum balkhedlere, lonjeronlara ve takviyelere perçinlenmiş gerilmeli düz veya kanallı kaplamadan oluşur. Yangın duvarı ve motor kısmı genellikle paslanmaz çelikten yapılır. Normalde kuyruk bumu alüminyum balkhedler, ekstrüzyon lonjeronlar, kaplama panelleri veya kaynaklanmış çelik tüplerden yarı-monokok olarak inşa edilir. Günümüzde daha hafif ve korozyona mukavim helikopter gövdelerini yapmak üzere kompozit yapılar kullanılmaya başlanmıştır. Şekil 23'te Cougar As532 helikopterinin fabrika yapım aşamaları, şekil 24'te ise yapısal elemanları gösterilmiştir.

Helikopter ve uçak gövdelerinin ana karakteristikleri şunlardır:

Belirli bir mesafeye taşınacak paralı ağırlığı veya faydalı ağırlığı içine alan bir kabuk yapı teşkil eder. Gövde, paralı ağırlığı alçak basınca, şiddetli rüzgara, soğuk ve sıcak gibi iklimsel tesirlere karşı koruduğu gibi gürültüye karşıda korur.

Uçakta kokpiti barındıracak en uygun yer gövdedir. Bunun da en işlevli kısmı burundur.

Gövde, kanadın, kuyruğun bazen de motorlar gibi belli başlı kısımların bağlandığı esas yapı olarak düşünülür. Bazı uçaklarda özellikle kuyruk ve motorlar, kuyruk bumu ve kanat gibi diğer kısımlarda bağlanır. Avcı uçaklarında ise gövde özellikle motorları içine alır.

Yakıt ve/veya iniş takımları ile uçak sistemleri olan hidrolik teçhizat, uçuş donanımları, elektriksel sistemler, silah sistemleri ve yedek güç sistemleri genellikle gövdeye bağlanır.

Yukarıda belirtilen karakteristikleri taşıyan fakat aerodinamik bakımdan çeşitli farklılıklar gösteren çeşitli gövde şekilleri düşünülebilir.

Şekil 24 - Cougar helikopteri yapısal elemanları

Dik kalkıp inebilen uçaklar havacılığın ilk yıllarından beri insanoğlunun hayallerini süslemiştir. Helikopterler bu rüyayı büyük ölçüde gerçekleştirmiş olmalarına karşı bazı dezavantajları bulunmaktadır.

Günümüzde kalkış ve iniş yapabilmek amacıyla uzun pist gerektiren uçaklar yerine helikopter gibi dik inip kalkabilen, helikopterden hızlı uçak dizaynları yapılmaktadır. Bu tip tasarımda normal uçak gövdesi helikopter palleri ile donatılmıştır.

Bu tip tasarımda kanat uçlarında bulunan iki adet turboşaft motor kendilerine bağlı helikopter rotorundan geliştirilmiş ve aynı mekanizmalara sahip paleleri döndürür. Bu motorlar kanat bağlantısında bulunan bir mafsal mekanizma ile 90 derece yukarı doğru dönüp kanada dik, rotor paleleride kanada paralel duruma gelirler. Bu şekilde dik kalkış ve iniş yapabildikleri gibi havada durabilirler.

Bu tip yapıda kanat ucundaki ağırlık normal uçaklara göre daha fazla olduğu için kanat gövde bağlantılarının, kanatta yük taşıyan elemanların son derece mukavemetli olması gerekmektedir. Ayrıca kanat içinde diğer uçaklarda olduğu gibi uçuş kumanda yüzeyleri kumanda kabloları vb gibi elemanlar yerine motorlardan biri arızalandığında diğer pali döndürmek amacıyla paller arasında bağlantı sağlayan miller ve benzeri elemanlar bulunmaktadır.

Bu ödevde bu tip yapının ayrıntılarına daha fazla girilmeyecektir. Burada sadece helikopter ve uçakların dışındaki bu yapıdan haberdar olunması amacıyla kısa bir açıklama yapılmıştır. Kalkış inişte helikopter gibi, normal yatay uçuşta ise uçak gibi hareket eden uçaklara örnek şekil 25'te gösterilmiştir.

Şekil 25 - Dikey inip kalkabilen uçaklara bir örnek