Stall nedir? Havacılıkta motor Stall ne demek?

Yaşanan uçak ve helikopter kazalarından sonra bazı kelimelerin ne anlama geldiği merak ediliyor. 11 Mart 2018'de yaşanan özel jetin İran'ın güneyine düşme nedeni olarak ön raporunda Stall durumunun söz konusu olduğu belirtildi. Peki nedir bu Stall? İşte havacılıkta Stall kavramının anlamı..

Stall (Perdövites) nedir?

Uçaklar cinsi ve ağırlıklarına göre belli bir hızdan sonra kaldırma kuvvetine erişir. Yani bu süratin altında bir hızda uçağın uçması imkansızdır. Örneğin tek motorlu bir Cessna 172'nin minimum uçma sürati yaklaşık olarak 40 knot yani 70km'dir. Eğer uçuşun herhangi bir evresinde bu uçak 40kt'ın altında bir hıza düşerse kanatlar kaldırma kuvveti elde edemez ve uçak uçma kabiliyetini yitirerek çökmeye başlar. Bu çöküşü "spin" olarak adlandırdığımız dönerek düşme alır ve kendimizi yere çakılmış buluruz.

Bir uçakta en teklikeli durum Stall'dur. Bu yüzden yavaş hızlarda uçarken kanatların kaldırma kuvvetini arttırmak için, kanat açılarını genişleten kanat ucundaki parçacıklar yani flap'lar açılır. Böylece kanat, karşıdan gelen relatif hava akımını daha fazla daraltarak daha büyük bir venturi hattı oluşturur. Bu da daha çok kaldırma kuvveti demektir. Ama bunu yaparken de uçağın ufka olan açısı iyice artmış ve burnu normalden daha çok yukarıya doğru bakar hale gelmiştir. Tıpkı iniş yapan bir uçakta olduğu gibi. Neredeyse Stall hızına yakın bir hızda yavaşça piste alçalarak teker değme mesafesinde gazı alır ve uçağı Stall ederek iniş yapmış oluruz. İşte yavaş uçuş, iniş ve stall'un sırrı buradadır.

Her uçağın dizaynına göre havada tutunma sürati vardır. Eğer uçak hızı bu süratin altına düşerse, uçağın kanadında oluşan kaldırma kuvveti uçağın ağırlığını kaldıramaz ve Stall meydana gelir. Yüksek irtifada düz uçuş sırasında olan Stall’da uçak burun aşağı verilerek ve motor gücü artırılarak Stall’dan kurtulabilir. Ancak Stall sadece uçağın tutunma sürati altına inmesiyle gerçekleşmez.

Uçaklarda AOA (Angle of Attack: Hücum açısı) denilen bir terim vardır. AOA, uçak airfoil yapısının yeryüzü ile yaptığı açı diyebiliriz. Yüksek Hücum Açısı stall’a neden olur. Uçaklar hücum açısını arttırdıkça hava akımı airfoil yapıyı takip edemez duruma gelir ve hava girdapları oluşmaya başlar. Bu durumda da uçak stall’a girer. F-16 uçağı düz uçuşta yavaş hızda 25 derece AOA da uçabilir. F-22 ise 60 derece AOA da uçabilir.

Havacılıkta motor Stall kavramı ne demek?

Havacılıkta Stall kavramı hem uçak hem de motor için kullanılan bir tabirdir. Her ne kadar aerodinamik bakımdan benzerlikler gösterse de oluşum yerleri ve zamanları biribirinden tamamen farklı ve bağımsızdır. Motorun Stalla girdiği anda uçakta böyle bir durum olmadığı gibi uçağın stalla girdiği durumda da motor normal çalışmasını sürdürüyordur.

Gaz türbinli bir motorun en önemli modülü kompresörüdür. Kompresör motor dizaynında üzerinde en çok emek ve zaman harcanan kısımdır. Yüksek thrustlı ve verimli bir motor için kompresörün de yüksek sıkıştırma oranına sahip olması istenir. Başlangıçta 10:1 civarında olan toplam sıkıştırma oranları (overall pressure ratio) günümüzde 50:1 civarına gelmiştir. Lakin yüksek sıkıştırma oranı tek başına yeterli değildir. Daha önemlisi sürekli, kesintisiz bir hava akışının mümkün olan sıkıştırma oranı ile birlikte sağlanmasıdır. Yani kompresör ürettiği basınçlı hava akışını, motorun her devrinde, uçağın her irtifasında ve her türlü atmosferik şartlar altında kesintisiz sağlamalıdır. Hava akışındaki bozulmaazalma motorun shutdown olmasına veya kullanılamaz hale getirecek boyutta hasarlanmasına sebep olabilir.

Kompresörlerde kullanılan rotor ve stator’lar airfoil yapı şekline sahiptir. Uçağın kanadındakine benzer aerodinamik bir hava akış yapısı mevcuttur. Uçağın kanadında olduğu gibi bir hücum açısı vardır. Buradaki hücum açısı motordan akan havanın hızı ve motor devri arasındaki ilişki ile değişmektedir. Belirli bir motor devrinde hava akımının hızının azalması veya hava akımının hızına göre motor devrinin artması hücum açısının artmasına sebep olur. Açının aşırı artması hava akımının rotor blade yüzeylerinden ayrılmasına (flow seperation) minik girdapların (vortex) oluşmasına sebeb olur. Bu durum düzgün-smooth- hava akışına mani olur. Kompresörün sağladığı ihtiyaç fazlası havanın, kompresör kademelerinde yığılması da benzer bir durumdur. Bahse konu bu durumlar hava akışında bozulma, yavaşlama, kesinti ve durma ve hatta akış yönü değişikliğine sebep olur. İşte basitçe izah ettiğimiz ve kompresördeki basınç osilasyonu olarak tanımlayabileceğimiz bu duruma Stall denir.

Stall’ın ağır haline Surge, daha ağır haline Reverse Flow denilmektedir. Reverse flow motordaki hava akışının yön değiştirmesidir ki Stall’ın en ağır halidir. Stall bazen kokpitten hissedilmeyecek kadar hafif olurken bazen de motoru gayri-faal hale getirebilecek kadar ağır olabilir. En bariz belirtisi EGT artışı, motor devrinin dalgalanması, vibrasyon, patlama sesi ve thrust’daki düşmedir. Kompresör Stall’unun pek çok sebebi olabilir. Bunlar operasyonel sebepler olabileceği gibi motor yapısını etkileyen fiziksel etkenlerde olabilir. Motor devrinin dizayn hızının altında olması, ani gaz verme veya kesme (fast acceleration, decceleration) operasyonel sebepler dahilinde söylenebilir. Motorun inlet, kompresör, yanma odası, türbin, eksoz gibi kısımlarından herhangi birinde oluşan hasarlar stall’a sebeb olabilir. Hatta kompresör bladeleri üzerinde biriken tortular yani kirlilik bile stall’a sebep olabilir.

Gaz turbinli motorlarda kompresör hava akışını iyileştirmek için yapılmış çalışmalar bu motorların güvenilirliğini arttıran en önemli unsurlardır. Bunların başında hiç kuşkusuz hareketli kompresör kanatçıkları gelir. VSV (Variable Stator Vane) sistemi stall-surge oluşumunu önlemede VBV (Variable Bleed Valve) sistemi ile birlikte çalışır. Kompresördeki fazla havayı tahliye için kullanılan ‘Handling Bleed Valve’ sistemi de stall önlemede kullanılan diğer etkili bir sistemdir. Günümüz modern motorları bilgisayar kontrollu (FADEC) sistemler ile yönetilmesine rağmen stall’dan tamamen kurtulmak söz konusu değildir. Çünkü motor devrinin sürekli değişmesi, atmosferik şartlardaki değişimler ve zaman içinde motor içinde meydana gelen fiziksel bozulmalardan motoru soyutlamak mümkün değildir.

Uçağın Stall olduğu nasıl anlaşılır?

Stall olma aşamasında kanat üzerindeki kontrol yüzeylerinde oluşan türbülans nedeniyle, uçakta titreme ve sarsıntı başlar. Bu titreşim pilotu uyarır. Ayrıca uçaklarda “Stall uyarıcı” uyarı sistemleri ışıkla ve sesle, bazı uçaklarda pilot levyesini suni olarak sarsıcı bir mekanizma “Stick shaker: levye sarsıcı” ile pilotu uyarır. Stall dan kurtulmanın tek yolu hücum açısını azaltmak ve motor gücünü artırmaktır. Bu nedenle birçok modern uçakta stall durumunda pilot bir şey yapmazsa otomatik olarak levyeyi öne iterek uçağın burnunu aşağı yönlendiren sistemler bulunmaktadır. Bu sistemler:

• STALL ŞERİTİ(STALL STRIP) : Kanat köküne yakın hücum kenarına konulmuş bir ince plaka olup yüksek hücum açılarında bulunduğu bölgedeki havayı karıştırarak kanadın kök kısmına yakın bölgenin “stall” olmasına neden olur. Bu kanatçık kontrolleri hala geçerli iken olacağından pilot durumu düzeltebilir.

• BURKULMUŞ KANAT: Kanat kökünün açısı kanat ucuna göre daha yüksek yapılır. Böylece kanat kökünün daha önce “stall” olmasına neden olur.

• DEĞİŞKEN KESİTLİ KANATLAR : Bazı uçakların kanatlarının gövdeye yakın kısmında yüksek hızlara uygun kanat kesiti kullanılır, kanat ucuna doğru olan kısmında ise düşük hıza uygun kesit kullanılır. Düşük hız kesitli kanat gövdeye yakın olan kısma göre daha geç “stall” olacağından stall başlangıcında kanatçıkların etkisi devam eder, pilot uçağın yatış kontrolüne hakim olur.

• LEVYE SARSICI (STICK SHAKER) : “Stall” başlayınca pilot levyesini suni olarak sarsmaya başlayan bir sistemdir.

• LEVYE İTİCİ (STICK PUSHER) : Pilot levyesini sarsarak ve sesli / ışıklı sistemle uyaran sistem. Pilot bir şey yapmazsa levyeyi otomatik olarak öne iterek uçağın burnunu yere doğru yönlendirir ve kanat hücum açısını azaltır.

• SESLİ VE IŞIKLI “STALL” UYARI SİSTEMİ : Stall başlangıcında ses ve ışıkla pilotu uyarır.

Stall hızını etkileyen faktörler nelerdir?

1) TÜRBÜLANS (Havadaki Karışıklıklar): Havadaki giradaplar/türbülanslar özellikle iniş durumunda yavaş uçan uçaklarda uçak normal stall hızının üstünde uçsa bile stall olmasına yol açar. Bu yüzden uçaklar iniş sırasında, hava türbülanslı ise daha yüksek bir yaklaşma hızı ile inerler.

2) YATIŞ AÇISI: Yatay durumdaki uçakların stall hızları ile yatış yaparken olan stall hızları aynı değildir. Düz uçuşta daha düşük olan stall hızı ani ve keskin yatışlarda daha yüksek hızlarda olur.

3) AĞIRLIK: Uçağın ağırlığı arttıkça stall hızı artar.

4) AĞIRLIK MERKEZİNİN YERİ: Uçaktaki ağırlık merkezi fazla miktarda önde olursa pilot uçağın burnunu yukarı kaldırmak için yatay dümenleri yukarı konumuna getirmek ve hızı artırmak durumundadır. Bu konumda uçak normal stall hızından daha yüksek hızda stall olur. Ağırlık merkezi geride olursa stall hızı azalır.

5) FLAPLAR: Flapları açarak uçakların stall olma hızı düşürülür. Flaplarla uçaklar daha yavaş bir hızla, stall tehlikesi olmadan inebilirler.

6) BUZLANMA: Kanatların üzerinde oluşan buzlanma kanat üst yüzeyini pürüzlü yapar ve düzgün hava akımını bozar. Bu da stall hızını artırır hatta uçuşu tehlikeli hale sokar.

7) SÜRATSİZ KALMA HIZI: Her uçağın bir minimum süratsiz kalma hızı vardır. Uçak yavaşladıkça uçağın kaldırma kuvveti azalır. Kaldırma kuvveti uçağın ağırlığından az olmaya başladığı noktaya süratsiz kalma hızı denir. Bu durumda uçak yükseklik kaybetmeye başlar. Kanada çarpan hava akımı kanat hücum kenarına paralel geleceğine kanat alt yüzeyine doğru bir açıyla gelmeye başlar. Yani Hücum açısı artar. Belli bir alçalma hızında da stall olayı olur.

Uçağın irtifa kaybetmesi nedir?

Uçağın yüksekliğini kaybetmesi hızla alçalması anlamına gelir.