Hava sürati

Bir hava sürati göstergesi, hava süratini gösteren bir uçuş göstergesidir. Bu hava sürati göstergesi, çok motorlu bir uçak için standartlaştırılmış işaretlere sahiptir.

Hava araçlarında hava süratinı ölçmek için pitot tüpleri bulunur.

Havacılıkta hava sürati (İngilizce: airspeed), bir hava aracının içinde uçtuğu havaya göre süratidir (havanın kendisi de rüzgâr nedeniyle genellikle yere göre hareket halindedir). Buna karşılık, yer sürati, bir hava aracının Dünya yüzeyine (ister kara üzerinde ister durağan olduğu varsayılan su üzerinde olsun) göre süratidir. Hava aracının kesin hava süratini (gerçek hava sürati; İng. true airspeed) ölçmek zordur, ancak gösterge sürati (hava sürati göstergesinden okunan düzeltilmemiş sürat; İng. indicated airspeed) ve Mach sayısı gibi diğer hava sürat ölçümleri, uçak performansının yetenekleri ve sınırlamaları hakkında yararlı bilgiler verir.

Yaygın hava sürati ölçümleri şunlardır:

• Gösterge sürati (IAS), bir pitot-statik sisteme bağlı bir hava sürati göstergesinde okunan değerdir.
• Kalibre edilmiş hava sürati (CAS), pitot sisteminin konum ve kurulum hatası için ayarlanmış gösterge hava süratidir.
• Gerçek hava sürati (TAS), uçağın havada hareket ettiği gerçek sürattir. Hava aracının yönü, rüzgâr sürati ve yönü ile birleştirildiğinde, yer süratini ve yönünü hesaplamak için kullanılabilir.
• Eşdeğer hava sürati (EAS), gerçek hava sürati ile kök yoğunluk oranının çarpımıdır. Akışın sıkıştırılamaz kabul edilebildiği düşük hızlarda aerodinamik yükleri ve uçak performansını hesaplamanın yararlı bir yoludur.
• Mach sayısı, uçağın ses süratine göre ne kadar hızlı uçtuğunun bir ölçüsüdür.

Hava süratinin ölçülmesi ve gösterilmesi, bir hava aracında genellikle bir pitot-statik sisteme bağlı bir hava sürati göstergesi (ASI) ile gerçekleştirilir. Pitot-statik sistem, pitot basıncını (aynı zamanda durma, toplam veya çarpma (ram) basıncı olarak da adlandırılır) ölçmek için gelen hava akışına bakan bir veya daha fazla pitot probundan (veya tüpünden) ve hava akışındaki statik basıncı ölçmek için bir veya daha fazla statik porttan oluşur. Bu iki basınç, bir IAS okuması vermek için ASI tarafından karşılaştırılır.

Hava sürati göstergeleri, deniz seviyesi basıncında ve standart sıcaklıkta gerçek hava süratini verecek şekilde tasarlanmıştır. Hava aracı daha az yoğun havaya tırmandıkça, gerçek hava sürati ASI'de gösterilen hava süratinden daha büyük olur. Kalibre edilmiş hava sürati tipik olarak gösterge hava süratinin birkaç knotı içindedir, oysa eşdeğer hava sürati, hava aracı irtifası arttıkça veya yüksek hızlarda CAS'tan biraz daha düşük olacak şekilde azalır.

Birimler

Hava sürati genellikle knot (kn) cinsinden verilir. 2010 yılından bu yana, Uluslararası Sivil Havacılık Örgütü (ICAO) hava sürati için kilometre/saat (km/sa) (ve pistlerdeki rüzgâr sürati için saniyede metre) kullanılmasını önermektedir, ancak de facto standart olan knot kullanımına izin vermektedir ve ne zaman durdurulacağına dair belirlenmiş bir tarih yoktur.

Üretildiği ülkeye veya havacılık tarihindeki hangi döneme bağlı olarak, hava aracı gösterge panellerindeki hava sürati göstergeleri knot, kilometre/saat veya mil/saat cinsinden okuma yapacak şekilde yapılandırılmıştır. Yüksek irtifa uçuşlarında, hava süratini bildirmek için bazen Mach sayısı kullanılır.

Gösterge hava sürati

Ana madde: İşari hava sürati

Gösterge hava sürati (IAS), gösterge, konum ve diğer hatalar için düzeltilmemiş hava sürati göstergesi okumasıdır (ASIR). Mevcut EASA tanımlarından: gösterge hava sürati, hava aracı sistem hataları için düzeltilmemiş, deniz seviyesindeki standart atmosfer adyabatik sıkıştırılabilir akışını yansıtacak şekilde kalibre edilmiş pitot statik hava sürati göstergesinde gösterildiği gibi bir hava aracının sürati anlamına gelir.

Bir hava sürati göstergesi, basınç okumasının basınç yerine hız birimleriyle ifade edildiği bir fark basınç göstergesidir. Hava sürati, pitot tüpünden gelen çarpma (ram) hava basıncı veya durma basıncı ile statik basınç arasındaki farktan elde edilir. Pitot tüpü ileriye bakacak şekilde monte edilir; statik basınç sıklıkla uçağın bir veya her iki yanındaki statik portlardan algılanır. Bazen her iki basınç kaynağı da tek bir probda, bir pitot-statik tüpte birleştirilir.

Statik basınç ölçümü, statik portların tüm hava hızlarında ve uçuş tutumlarında basıncın gerçek statik basınç olduğu konumlara yerleştirilememesi nedeniyle hataya maruz kalır. Bu hata için yapılan düzeltme, konum hatası düzeltmesidir (PEC) ve farklı hava araçları ile hava hızları için değişiklik gösterir. Eğer uçak "koordinasyonsuz" uçuşta uçuruluyorsa, %10 veya daha fazla olan ilave hatalar yaygındır.

Gösterge hava süratinin kullanım alanları

Gösterge hava sürati, gerekli gücün ve mevcut taşımanın (kaldırma kuvvetinin) gerçek hava süratinden daha iyi bir ölçüsüdür. Bu nedenle IAS; taksi, kalkış, tırmanış, alçalma, yaklaşma veya iniş sırasında uçağı kontrol etmek için kullanılır. En iyi tırmanma oranı, en iyi menzil ve en iyi havada kalış süresi için hedef hızlar, gösterge sürati cinsinden verilir. Paneller üzerindeki kuvvetlerin çok yüksek olabileceği veya kanat çırpıntısının (flutter) meydana gelebileceği hava sürati yapısal sınırı genellikle IAS cinsinden verilir.

Kalibre edilmiş hava sürati

Ana madde: Kalibre edilmiş hava sürati

Kalibre edilmiş hava sürati (CAS), gösterge hataları, konum hatası (statik porttaki yanlış basınç nedeniyle) ve kurulum hataları için düzeltilmiş gösterge hava süratidir. Standart deniz seviyesindeki ses hızından (661,4788 knot) daha düşük kalibre edilmiş hava sürati değerleri aşağıdaki gibi hesaplanır:

$V_{c}=a_{0}{\sqrt {{\bigg (}{\frac {2}{\gamma -1}}{\bigg )}{\Bigg [}{\bigg (}{\frac {q_{c}}{p_{0}}}+1{\bigg )}^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1{\Bigg ]}}}$ eksi konum ve kurulum hatası düzeltmesi.

burada

$V_{c}\,$ kalibre edilmiş hava süratidir,

$a_{0}\,$ standart deniz seviyesindeki ses süratidir,

$\gamma \,$ ısı sığası oranıdır (hava için 1,4),

$q_{c}\,$ darbe basıncıdır (impact pressure), yani toplam basınç ile statik basınç arasındaki farktır,

$p_{0}\,$ standart deniz seviyesindeki statik hava basıncıdır.

Bu ifade, Bernoulli denkleminin izentropik sıkıştırılabilir akışa uygulanabilen biçimine dayanmaktadır. CAS, deniz seviyesi standart koşullarında gerçek hava sürati ile aynıdır, ancak daha düşük basınçlı ve daha soğuk havaya tırmandıkça gerçek hava süratine göre daha küçük hale gelir. Bununla birlikte, uçağa etki eden kuvvetlerin iyi bir ölçüsü olmaya devam eder, bu da perdövites (stall) hızlarının hava sürati göstergesinde belirtilebileceği anlamına gelir. $p_{0}$ ve $a_{0}$ değerleri, ISA (yani hava sürati göstergelerinin kalibre edildiği koşullar) ile tutarlıdır.

Gerçek hava sürati

Ana madde: Gerçek hava sürati

Bir hava aracının gerçek hava sürati (TAS; ayrıca knots true airspeed (knot cinsinden gerçek hava sürati) için KTAS), hava aracının içinde uçtuğu havaya göre süratidir. Bir hava aracının gerçek hava sürati ve uçuş başı (heading), onun atmosfere göre hız vektörünü oluşturur.

Gerçek hava süratinin kullanım alanları

Gerçek hava sürati, bir uçağın doğru seyrüseferi için önemli bir bilgidir. Hareketli bir hava kütlesinde uçarken istenen yeryüzü izini (satellite ground track) korumak için, uçağın pilotu gerekli uçuş başını belirlemek amacıyla rüzgâr sürati, rüzgâr yönü ve gerçek hava sürati bilgisini kullanmalıdır. Bakınız: rüzgâr üçgeni.

TAS, bir uçağın menzilini hesaplarken kullanılması gereken uygun hızdır. Rüzgârın etkileri hesaba katılmadan önce uçuş planlamasında da kullanılan, normalde uçuş planında listelenen hızdır.

Gerçek hava süratinin ölçülmesi

Bir uçak için mekanik hava sürati göstergesi; IAS değerini knot (siyah arka plan üzerindeki iç ölçek) ve mil/saat (siyah arka plan üzerindeki dış ölçek) cinsinden göstermektedir. Pilot, düğmeyi kullanarak üst pencerede basınç irtifasını ve hava sıcaklığını ayarlar; ibre sol alt pencerede (beyaz arka plan) gerçek hava süratini gösterir.

Gerçek hava sürati, kalibre edilmiş hava süratinden aşağıdaki gibi hesaplanır

$V=V_{c}{\sqrt {\theta {\frac {(1+q_{c}/p)^{(\gamma -1)/\gamma }-1}{(1+q_{c}/p_{0})^{(\gamma -1)/\gamma }-1}}}}$

burada

$V\,$ gerçek hava süratidir

$\theta \,$ sıcaklık oranıdır, yani yerel sıcaklığın standart deniz seviyesi sıcaklığına oranıdır, $T/T_{0}$

Bazı hava sürati göstergeleri, dış hava sıcaklığı ve basınç irtifası girilerek ayarlanan bir TAS ölçeği içerir. Alternatif olarak TAS; CAS, dış hava sıcaklığı (OAT) ve basınç irtifası girdileri verilerek bir E6B uçuş hesaplayıcısı veya eşdeğeri kullanılarak hesaplanabilir.

Eşdeğer hava sürati

Ana madde: Eşdeğer hava sürati

Eşdeğer hava sürati (EAS), Uluslararası Standart Atmosferde deniz seviyesinde, (sıkıştırılamaz) dinamik basıncın uçağın uçtuğu gerçek hava sürati (TAS) ve irtifadaki dinamik basınçla aynı olduğu hava sürati olarak tanımlanır. Yani, aşağıdaki denklemle tanımlanır:

${\frac {1}{2}}\rho _{0}{V_{e}}^{2}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}$

burada

$V_{e}\,$ eşdeğer hava süratidir

$V\,$ gerçek hava süratidir

$\rho \,$ uçağın halihazırda uçtuğu irtifadaki hava yoğunluğudur;

$\rho _{0}\,$ Uluslararası Standart Atmosfer'de deniz seviyesindeki hava yoğunluğudur (1,225 kg/m³ veya 0,00237 slug/ft³).

Farklı bir şekilde ifade etmek gerekirse,

$V_{e}\equiv V{\sqrt {\sigma }}$

burada

$\sigma$ yoğunluk oranıdır, yani ${\frac {\rho }{\rho _{0}}}$

Eşdeğer hava süratinin kullanım alanları

EAS, sıkıştırılamaz dinamik basıncın bir fonksiyonu olan bir hava sürati ölçüsüdür. Yapısal analiz genellikle sıkıştırılamaz dinamik basınç cinsinden yapılır, bu nedenle eşdeğer hava sürati yapısal testler için yararlı bir hızdır.

Eşdeğer hava süratinin önemi; dalga sürüklemesinin başlamasının altındaki Mach sayılarında, bir uçak üzerindeki tüm aerodinamik kuvvetlerin ve momentlerin, eşdeğer hava süratinin karesiyle orantılı olmasıdır. Böylece, belirli bir eşdeğer hava süratinde uçağın yol tutuşu ve "hissi" ile üzerindeki aerodinamik yükler, gerçek uçuş koşullarından bağımsız olarak neredeyse sabittir ve standart deniz seviyesindekilere eşittir.

Standart deniz seviyesi basıncında CAS ve EAS birbirine eşittir. Yaklaşık 200 knot CAS ve 10.000 ft (3.000 m) değerine kadar bu fark ihmal edilebilir düzeydedir; ancak daha yüksek hızlarda ve irtifalarda CAS, sıkıştırılabilirlik nedeniyle EAS'tan sapar.

Mach sayısı

Mach sayısı $M$ şu şekilde tanımlanır:

$M={\frac {V}{a}}$

burada

$V\,$ hakiki hava süratidır

$a\,$ yerel ses hızıdır

Hem Mach sayısı hem de ses sürati; darbe basıncı (impact pressure), statik basınç ve dış hava sıcaklığı ölçümleri kullanılarak hesaplanabilir.

Mach sayısının kullanım alanları

Ses süratine yakın ancak onun altında uçan hava araçları (yani çoğu sivil jet) için sıkıştırılabilirlik hız sınırı Mach sayısı cinsinden verilir. Bu süratin ötesinde Mach dövüntüsü (Mach buffet), perdövites (stall) veya burun düşürme (tuck) meydana gelebilir.

Ayrıca bakınız

• Uluslararası Birimler Sisteminin kullanımına ilişkin ICAO önerileri
• Uçuş göstergesi
• V süratleri

Bibliyografya

• Glauert H. (1947). "2". The Elements of Aerofoil and Airscrew Theory. Cambridge University Press. ISBN 9781139241953. 
• William Gracey (May 1980). Measurement of Aircraft Airspeed and Altitude (PDF). NASA. 
• Getting to grips with aircraft performance (PDF). Flight Operations Support & Line Assistance. Airbus Customer Services. January 2002. 

Dış bağlantılar

• Kevin Brown. "True, Equivalent, and Calibrated Airspeeds". MathPages. Arşivlenmesi gereken bağlantıya sahip kaynak şablonu içeren maddeler (link)

Hesaplayıcılar

• Dan Israel Malta. "MaltApplication". Havacılık ve Atmosfer Hesaplayıcısı, Windows ve Android uygulamaları. Arşivlenmesi gereken bağlantıya sahip kaynak şablonu içeren maddeler (link)
• Luiz Monteiro. "Altimetry". Hesaplayıcılar sıkıştırılabilirlik, sürtünmeye bağlı ısınma ve diğer değişkenleri faktör olarak alır. Arşivlenmesi gereken bağlantıya sahip kaynak şablonu içeren maddeler (link)
• Luiz Monteiro. "Wind & Time - Speed - Distance". Sıcaklığa bağlı yakıt yoğunluğu değişimlerini hesaba katar. Arşivlenmesi gereken bağlantıya sahip kaynak şablonu içeren maddeler (link)
• Baruch Kantor. "Atmospheric Calculator". NewByte Flight Dynamics. Arşivlenmesi gereken bağlantıya sahip kaynak şablonu içeren maddeler (link)