1. ANASAYFA
  2. Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi: Teknoloji ve Strateji. Bölüm II
Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi: Teknoloji ve Strateji. Bölüm II

Jet Motorunun 77 Yıllık Evrimi: Teknoloji ve Strateji. Bölüm II

Yazı dizisinin, ilk bölümünde, tarihsel gelişimi ve gelişim ışığında turbojet motor türünün ortaya çıkışı ve tanıtımı yapılmıştı. Bu bölümde İkinci Dünya Savaşı sonrası jet motorlarındaki evrimi ve helikopterleri güçlendiren motorları ele alacağız, savaşın sona ermesi nedeniyle büyük jet motor sanayiinin ekseni de askeri havacılıktan sivil havacılığa kaymıştı.

İkinci Dünya Savaşı, İngiltere ve ABD’nin havacılık sanayisinde büyük değişliklere neden oldu. Savaş sürecinde, Ar-Ge faaliyetleri ve üretim ağırlığı, doğal olarak savunma alanında idi. Sivil havacılık iş kolunda ise herhangi bir ilerleme, neredeyse hiç olmadı. 1942 yılında, İngiltere Başbakanı Winston Churchill, sivil havacılık sanayisinin, savaşın sonrasındaki gidiş yönünün tayin edilmesine yönelik çalışmalar yapması için, bir komisyonun kurulmasının istedi. 23 Aralık’ta kurulan ve Brabazon olarak adlandırılan komite, yolcu uçağı geliştirme çalışmalarına dair bulgularını, yolcu taşımacılığı çerçevesinde, 4 kategoride topladı:

I - Transatlantik hattı: Londra-New York arası doğrudan uçabilen ve konforlu 12 saatlik uçuş yetenekleri olan yolcu uçağı.

II - Avrupa içi yolcu taşıma: Orta menzili (2.800 km), hızı 320 km/s ve yolcu kapasitesi 24 olan küçük gövdeli uçaklar.

IIA - Avrupa içi yolcu taşıma:  pistonlu motorun güçlendirdiği uçak.

IIB- Avrupa içi yolcu taşıma: turboprop motorun güçlendirdiği uçak.

III - Uzun menzilli yolcu taşıma: Büyük, orta menzilli, birden fazla şehirde durarak İngiliz imparatorluğu sınırları dâhilîndeki her noktaya yolcu tasıma kapasitesi olan uçaklar.

IV - Yüksek hızlı yolcu taşıma: En ileri teknoloji ile üretilmiş jet motorun güçlendirdiği yolcu uçağı.

Birinci Nesil Turboşaft Motorları

Komite, 1945 yılının Mayıs ayında, IIB sınıfı yolcu uçağının teknik özelliklerini, 24 yolcu kapasiteli ve 4 adet turboprop motor ile güçlendirilmiş olarak belirledi. Hava yollarının uzun mesafelere yolcu taşıma arayışında gerekli olan yüksek itki kuvveti, sanayinin harp sürecinde geliştirdiği jet motorunun, sivil havacılığa uygulanması fırsatını yarattı. IIB ihalesini alan Vickers firması tarafında getirilen aerodinamik çözüm basitti: Pistonlu motorlar için tasarlanan uçakların gövde boyutlarını, güçle orantılı olarak büyütmek. Vickers firmasının, tasarladığı Viscount adlı yolcu uçağını güçlendirmek için 3 seçeneği vardı: Rolls-Royce Dart, Armstrong Siddeley Mamba veya Napier Naiad. Vickers, tercihini, Rolls-Royce (RR) firmasının 1945’lı yıllında geliştirmeye başladığı, 1.250 şaft beygir gücündeki (şbg), Dart (RDa.4 type) Mk 504 olarak adlandırılan turboprop motordan yana kullandı. Mamba motoru eksenel, Dart ise çift radyal kompresörle donatılmıştı. Vickers’in Dart motorunu seçmesinin sebebi, radyal kompresör tasarımda, pistonlu motor turboşarj uygulamasında kazanılan bilgi birikimi ve buzlanma probleminin olmaması idi. 16 Temmuz 1950 günü, 32 yolcu kapasiteli (British Overseas Corporation [BOAC]’un talebi üzerine yolcu kapasitesi 24 yerine 32 olarak değiştirilmiştir) prototip Vickers Viscount 630, Northolt havaalanından (İngiliz Hava Kuvvetlerin havaalanı), aralarında Frank Whittle’nin de bulunduğu 22 yolcusu ile havalanarak, 57 dakikalık uçuşla Paris Le Bourget havaalanına iniyordu ve havacılık tarihine, ilk turboprop yolcu uçağı olarak ismini yazdırıyordu. Viscount’un hizmete girişi, yolcu konforunda büyük bir iyileşmeyi de beraberinde getirdi. Pistonlu motorların sebep olduğu kabin içi titreşim ve gürültünün olmaması, Viscount’u, kısa zamanda hava yollarının tercih ettiği yolcu uçağı yaptı.

 

Vicker Viscount yolcu uçağı.

(Midland Havacılık Müzesi, Coventry, İngiltere)

Vickers Viscount’u güçlendiren Rolls-Royce Dart turboprop motoru tek şaftlı olup çalışma prensipleri de turbojet motora benzer. Diğer bir ifade ile motor; kompresör, yanma odası, türbin ve egzoz lülesi bileşenlerinden oluşur. Turbojet motorda, türbinin kompresörün çalışması için gerekli mekanik enerjiyi ürettiği.  “Kullanılabilir enerjinin” (kompresörün kullandığından arta kalan) tamamı, egzoz lülesinde itki kuvvetine dönüştürülmektedir. Turboprop motorda ise “kullanılabilir enerji” iki yöndemde itki kuvvetine dönüştürülmektedir: Birincisi, türbinden sonra egzoz lülesinde hızlandırılan gaz tarafından üretilen itki kuvveti; ikincisi ise dişli kutusuna bağlı olan pervane tarafından üretilen itki kuvvetidir. Pervanenin ürettiği itki kuvveti, lüleninkine nispeten daha büyüktür. RR firması Dart motorunda 2 kademeli türbin kullanarak gaz kinetik enerjisini kompresör için gereken mekanik enerjiden fazlasını aktararak artık enerjiyi pervane çalışmasında kullandı.

 Rolls-Royce Dart R.Da7 Mk 520, İlk Sivil yolcu uçağı Vickers Viscount’nı güçlendiren turboprop motor.

(Smithsonian National Air and Space Museum, Washington DC, ABD)

RR’nin iki kademeli radyal kompresör seçimi, pistonlu motorlarda kullanılan turboşarj tecrübenin neticesidir. 9 kg/saniye debideki hava, 19 kanatçıktan oluşan birinci radyal kompresörde sıkıştırıldıktan sonra, 180o döndürülerek difüzöre yönlendirilir. Daha küçük çaptaki ikinci kompresörün çıkışındaki havanın basıncı, giriştekinin 5,5 katıdır. İkinci kompresörden çıkan hava, 7 adet silindirik yanma odasından geçerken yakıt ile karışır. Türbin iki kademeli eksenel tasarım olup, birincide 131, ikincide ise 103 kanatçık bulunmaktadır. Türbin diskleri, cıvatalarla kompresör şaftına bağlanmıştır. Türbinin ürettiği mekanik enerji, kompresöre ve şaftın bağlandığı dişli kutusu üzerinden pervaneye aktarılır.

İlk nesil turboşaft motorunun mimarisi: Tek şaft, iki kademe radyal kompresör.

İkinci Nesil Turboşaft Motorlar

Turboprop motorların tek şaft mimariden iki şafta geçişleri, Rolls-Royce firmasının 1950’li yılların ortasında, 4 motorlu Vickers Vanguard yolcu uçağı için geliştirdiği, Tyne motoru ile oldu. Tyne Vickers Vanguard güçlendiren R Ty 1 Mk 506 sürümü mimariside yüksek basınç sistemi  (spool) olarak adlandırdığımız dıştaki ikinci şaft, 1 kadem yüksek basınç türbini ve 9 kademe yüksek basınç kompresörü biribirine bağlamakdatır (birinci şaft).  Alçak basınç sistemi olarak adlandıracağımız iç şaft ise, 3 kademeli alçak basınç türbini ve 6 kademeli alçak basınç kompresörünü içeriyordu ve dişli kutusu vasıtasıyla pervaneyi güçlendiriyordu (İkinci şaft).  Tyne motorunda, kompresör basınç oranı 13,5:1 ve eşdeğer şaft beygir gücü (eşbg)3 ise 6.100 idi.

RR Tyne Turboprop motoru. (Royal Air Force Museum, Cosford, İngiltere)

Eksenel akışlı kompresör ve iki şaft turboprop motor mimarisi.

Turbojet Motoru Yolcu Uçağını Güçlendiriyor

Brabazon Komitesi tarafından belirlenen IV sınıfı yolcu uçağı projesini yüklenen de Havilland firması, İkinci Dünya Savaşı’nın uzun menzilli pervane güçlü uçak teknolojisi ile tasarlanan ve “Comet 1” olarak adlandırdığı uçağını, 19,7 kN itki kuvvetindeki de Havilland Ghost 50 turbojet motor ile güçlendirdi. Uçağın motorları kanadın içine yerleştirilmişti ve 12.000 metre uçuş irtifasındaki kabin basıncı, 1.800 metredekine eşit olacak şekilde düzenlenmişti; ayrıca yolcu konforu düşünülerek pencereler geniş kare şeklinde tasarlanmıştı. 2 Mayıs 1952 günü, London havaalanından (günümüzün Heathrow havaalanı) 30.000 seyircinin önünde havalanan ve Londra-Johannesburg (Londra-Roma-Kahire-Güney Afrika) hattında hizmete giren de Havilland Comet 1, turbojet motorunun güçlendirdiği ilk yolcu uçağı olarak havacılık tarihine ismini yazdırıyor ve yolcu taşımalığında “jet çağının” başlangıcının müjdesini veriyordu. 33 yolcu kapasiteli Comet 1, 740 km/saat seyir hızına ve 2.000 km menzile erişebiliyordu. Uçağın servise girdiği yılı takip eden 1953 ve 1954 yıllarında, kare şeklindeki pencerelerin köşelerinde, kabin basınçlandırması kaynaklı metal yorgunluğunun yol açtığı çatlaklar, Comet 1’lerden 3’ünün havada parçalanmasına ve bütün yolcu ve mürettebatın kaybedildiği kazalar yaşanmasına neden olacaktı.

 

de Havilland Comet 1XB motor hava girişi. 4 Comet 1XB 1A’nin oval pencereli sürümüdür.

(Royal Air Force Museum, Cosford, İngiltere)

 

de Havilland Comet Jet yolcu uçağını güçlendiren GHOST 50 turbojet motoru. Tek kademe santrifüj kompresör, 10 silindir yanma odası, tek kademe türbin, Kompresör basınç oranı 4,6:1  

(Royal Air Force Museum, Cosford, İngiltere)

 

ABD Sivil Havacılıkda Jet Cağı Başlıyor

İkinci Dünya Savaşı sürecinde, ABD’nin hava üstünlüğü sağlamasında ve savaşın sona yaklaşmasında, Pratt & Whitney (P&W)’in pistonlu motorlarının büyük katkıları oldu. Fakat savaş sonuçlandığında, P&W’nin gaz türbin pazarındaki varlığı, hemen hemen yok idi. O zamanlar gövde imalatçısı konumundaki Boeing firması da askeri uçak pazarının aktörlerindendi. Ancak bu iki firma, 1950’li yılların ortalarında, sivil pazarın dinamiğini de değiştirme başarısını gösterdiler. 15 Haziran 1954 günü, P&W JT3 turbojet motorunun güçlendirdiği Boeing 367-80, diğer bir adı ile “Dash-80” prototip uçağı ilk gösteri uçuşunu gerçekleştirdiğinde, Boeing, sivil havacılıkta bir kilometre taşını daha geride bırakıyordu. Dash-80, savunma havacılığında geliştirilmiş birçok fark yaratan teknolojiyi, sivil havacılıkta test etti: Ok açılı kanat, ikinci nesil turbojet motoru ve motorun kanada bağlanma yöntemi.

Boeing 707’nin tasarıma kadar, bütün uçakların kanatları, pistonlu motorlar için uygun olacak şekilde, gövdeye dik olarak tasarlanmıştı. Fakat bu kanat tasarımı yöntemi, jet motoru uygulamasında, uçağın ses hızına yakın hızlarda uçması mümkün hale geldiğinden, kanat sürükleme kuvvetini arttırıcı yönde etkiledi. Boeing’in B-47 Stratojet uçağı için geliştirdiği ok açılı kanat kavramı sayesinde, kanadın gövde ile yaptığı açı arkaya doğru küçültülerek sürükleme kuvveti azaltıldı ve motor, uçağın gövde hattı ile uyumlu ideal mevkide yerleştirilerek motor-gövde entegrasyonunda iyileşme ile itki kuvvetinin mümkün olan en yüksek değeri elde edilmiş oldu.

Boeing “Dash-80” prototip uçağı. Seyir hızı: 885 km/s, Seyir tavanı: 13.106 m

(Smithsonian Steven F. Udvar-Hazy Center, Washington, D.C. ABD)

Dash-80 tasarımında motorun kanada bağlanma yönteminde, dikkati çeken iki noktaya bulunuyor: Birincisi, önceki bölümde bahsettiğimiz Messerschmitt Me 262-V3, Gloster Meteor E9/40 ve de Haviland Comet 1’in motoru ile karşılaştırdığımızda, motorun kanada paylon olarak adlandırılan bileşenle bağlanışıdır. Boeing, paylon boyut tasarımında ve konumunda, uçak ağırlık merkezine göre uçağa etki eden kuvvetleri dengeleyerek, performansı eniyileyen konumda kanat bağlantısı gerçekleştirmişti. İkinci nokta ise yine önceki bölümde de ele aldığımız, Campini Caproni CC2 uçağında, Secondo Campini’nin itki sistemi yöntemi ile Boeing’in paylon-motor beşiği (pot) kavramının karşılaştırılmasıdır: Motor ve beşik entegrasyonunu, bir itki sistemi kavramı olarak ilk düşünenin Secondo Campini olduğu söylersek yanlış bir ifade kullanmış olmayız. Uçak tasarımcısı, itki sistemi verimini tanımlarken, motor ve motor beşiğini entegre olarak düşünmek zorunluğundadır. Günümüzde Airbus, beşiği ve motoru ayrı olarak alt yükleyicilerden temin ederek entegre etmek yerine, her ikisini de içeren bir itki sistemi şeklinde almayı tercih etmektedir. Motor üreticisi tarafında ise P&W’nin parçası olduğu United Technologies Corporation (UTC)’un motor beşiği imalatçısı Goodrich’i bünyesine dâhil etmesinden sonra, UTC’nin ürünü bir itki sistemi olmuştur.

Motor kanat bağlantı yöntemi.

Pan Am hava yollarının talebi üzerine, Boeing, Dash-80’in gövdesini, bir sırada 6 yolcu oturma kapasitesine uygun olarak genişletti. B707 olarak adlandırılan bu uçak, ABD’nin ilk ticari jet yolcu uçağı idi ve Boeing’in B7X7 olarak adlandıracağı B727, B737, B757 ve B767 ailesinin temelini teşkil etti. de Havilland’ın, Comet’in teknik problemlerine çözüm getirememiş olması ve Boeing’in, gövde tasarımını jet motor performansına uygun şekilde geliştirdiği B707 yolcu uçağını, P&W’nin turbojet motor teknolojisinde frak yaratan JT3C-6 olarak adlandırdığı motor ailesiyle başarı ile güçlendirmesi neticesinde, her iki üretici de sivil havacılık pazarı aktörleri oldular ve pazarı, McDonnell ve Douglas’ın hâkimiyetinden aldılar(4). Boeing 707-120 yolcu uçağı, 26 Ekim 1958 günü gerçekleştirdiği New York-Paris uçuşu ile dünyayı küçültme yarışına devam edecekti. Bu tarih, Boeing ve P&W için bir dönüm noktası olduğu kadar, ticari havacılığın günümüzdeki konumuna gelmesinde öncü olduğu için, sivil havacılıkta “jet çağının” da başlangıcı kabul edilir.

Bu evrimin şekillenmesindeki olaylar zincirine ve zamanın dinamiğine de bir göz atalım. 23 Kasım 1945 tarihinde, ABD Hava Kuvvetleri, B-52 uzun menzilli bombardıman uçağının ihalesini açtığında, yakıt ekonomisi en önemli gereksinimdi ve turboprop motor itki sistemi tercih edildi. Turboprop motorun tercih edilmesinin sebebini, kolaylıkla izah edebiliriz: Brabazon komitesinin uzun menzilli (transatlantik) uçaklarının lüks seyahat ihtiyaçlarına cevap verecek yöntemde tasarlanması ve yakıt ekonomisine çözümün turboprop motor olduğu kararına varması idi. Bristol Aeroplane firmasının, Brabazon Type I uzun menzilli yolcu uçağı gereksinimlerine uygun tasarımına 1946 yılında başladı ve 1952 yılında ilk uçuşu planlıyorlardı. Gecikmelerden dolayı, 4 adet 4.450 eşbg gücünde Bristol Proteus 765 turboprop motoru ile donatılmış Bristol Britannia yolcu uçağı, 19 Aralık 1957 Londra-New York transatlantik hattında hizmete girdiğinde, bu düşüncenin yanlış olduğu ispatlanmıştı. Brabazon komitesinin yönteminin yanlış olduğunu ispatlayan iki gelişme yaşandı: Birincisi, 1 Mayıs 1952’de, Pan American Hava Yollarının, turist sınıfı yolculuk kavramını, 85 yolcu kapasiteli DC-6B Rainbow ile başlatması idi. İkincisi ise Ağustos 1953’te Londra-Tokyo hattında hizmete giren Comet 1’in, turboprop uçakla 85 saatte yapılan 16.410 km’lik seyahati, 36 saate indirerek, jet uçuşlarının ekonomik olduğu ispatlamasıydı. Ekim 1948’de, ABD Hava Kuvvetleri, B-57’nin turbojet motor ile güçlendirilmesini talep ettiğinde, orta-uzun menzilli uçak itki sistemleri uygulaması tartışmaları devam ediyordu. Turboprop motorun yakıt sarfiyatı, turbojet’e göre çok düşüktü; fakat güçlendirdikleri uçakların hızlarının düşük olması sebebi ile yolculuk uzun zaman alıyordu. Bu tarihte, Boeing, Amerikan Hava Kuvvetlerinin B-57 uçağını P&W JT3A (J57) turbojet motoru ile güçlendirmeye ikna etti. Bu karar verildiğinde, sivil havacılığın dinamiğine etkisini tam olarak görebilmek imkânsızdı.

 

Bristol Britannia yolcu uçağı, maksimum hızı 639 km/s, seyir hızı 575 km/s 6.700 m irtifada, servis tavanı 7.300 m

(Royal Airforce Museum, Cosford, İngiltere)

P&W JT3 motorunun detaylarına girmeden önce, Boeing’in tercih sebebini izah edebilmek için, motor tasarımcılarının itki sisteminde verdikleri teknik mücadeleye de bir göz atalım. Makalenin bir önceki bölümündeki bazı bilgileri tekrarlarsak: Gaz türbini, yakıttaki kimyasal enerjiyi, itki enerjisine iki adımda aktarır. İlk adımda, yanma neticesinde, yakıt kimyasal enerjisi kinetik enerjiye dönüştürülür. Bu enerji aktarımı, ısıl verim ile tanımlanır. Kompresör çıkışında, yanma neticesinde ortaya çıkan yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıktaki gazın “kullanabilir kinematik enerjisi” pervaneyi güçlendirerek veya yüksek hızda jete dönüştürülerek itki kuvveti üretmekte kullanılır. İkinci adımın verimi, itki verimi olarak tanımlanır. İki verimi çarpımı birleşik verim olarak tanımlanırız ve yakıt sarfiyatı ile ters orantılıdır. Diğer bir ifade ile birleşik verimin artış yakıt sarfiyatını azaltır.  Pervanenin itki veriminin, turbojet’e göre yüksek olması sebebi ile kısa menzili ve alçak irtifalarda yapılacak ses altı hızdaki uçuşlarda, turboprop motor ekonomik bir çözümdür. Yüksek ses altı hızlarda ve yüksek irtifaktaki uzun menzilli uçuşlarda ise itki verimini arttırmak ön plana çıkar. P&W, kompresör basınç oranı arttırarak, yakıt sarfiyatı denkleminde ısıl verimin etkenliği yükselterek bu problemin üstesinden gelmişti. P&W, JT3-6 motorunu, kompresör basınç oranı(5) 6:1 olacak şekilde tek şaftlı olarak tasarlarken; 1947 senesinin Kasım ayında, JT3-6 sürümü olan JT3-8’i iki şaftlı olarak tasarlayarak kompresörün basınç oranını 8:1 çıkardı ve JT3A (J57) sürümünde ise basınç oranı 12:1 değerini elde etti.

Boeing B-57 bombardıman ve 707 yolcu uçağını güçlendiren JT3A (J57) turbojet motoru, iki şaft konfigürasyonunda idi. Yüksek basınç sistemi olarak tanımlanan yüksek basınç kompresör- türbin grubu, 7 kademeli eksenel akışlı kompresör ve tek kademeli eksenel türbini içeriyordu. Alçak basınç sistemi ise 9 kademeli eksenel akışlı kompresörden ve 2 kademeli alçak basınç türbininden teşekkül etmişti. P&W’nin, kompresörü, alçak ve yüksek basınç kompresörü olarak ikiye ayırıp, her birini ayrı şaft üzerine monte ederek farkı hızlarda döndürmeyi tercih etmesinin nedenini izah edebilmek için, kompresör aerodinamik tasarımında önemli bir konu olan “stall” (durağanlık) ve “surge” (akış dalgalanması) fenomenine bir göz atalım.

Isıl verimi arttırmak için kompresörün basınç oranı arttırıldıkça, görev profilini içeren uçuş noktalarındaki kompresör devir hızlarını tasarım değerlerinde veya yakınlarında tutmak zorlaşır. Türbin içerisindeki kanatçıkların tasarımı, “tasarım noktası” olarak adlandırılan, yolcu uçağının en uzun uçuş  (örneğin seyir ) koşullarında hesaplandığından, diğer uçuş şartlarında (örneğin kalkış), havanın, tasarımdan farklı hücum açılarında kanatçıklara çarpması neticesinde, hava akışı kanatçık profilinin yüzeyini takip etmeyerek yüzeyden ayrılır ve neticede, hava akışı debisi azalır veya akış durur. Bu durum iki şekilde neticelenir: Hücum açısının tasarım değerine göre farklılığı çok büyük (ön kademelerdeki düşük hızlarda karşılaşılan problem) veya çok küçük olma durumlarında (Arka kademelerdeki yüksek hızlarda karşılaşılan problem), hareketli kanatçıkların dönmesi durur, yani “stall” durumu yaşanır. Motorun itki kuvveti arttırılmak istendiğinde ise kompresördeki basıncın arttırılması gerekmektedir ki; hareketli kanatçıklar bu talep cevap veremez. Bu durumda, motorun içerisindeki akışta bir duraklama olur ve yanma odasındaki yüksek basınçtaki hava, kompresöre ters yönde akar. Havacılıkta “surge” olarak adlandırılan bu olay, yolcu psikolojisinde arzu edilmeyen etkinlikle neticelenebilir. Bu noktada iki senaryo düşünülebilir: Birincisi motorda yüksek bir patlama sesi ve çabuk normale dönüş; ikincisi ise motoru durdurmak. Motor üreticileri, surge oluşumunu önlemek için birbirinden farklı çözümler önermişlerdir. Tasarım koşuları dışındaki çalışma olanaklarında, havanın dönen kanatçıklara giriş açılarını kontrol için, ön kademelerde, “değişken sabit kanatçık” (kendi ekseni etrafında dönebilen) kullanarak hava akışını kontrol ederek hücum açısını değiştirme yöntemidir. Diğer bir tasarım yöntemi ise ara kademelerde bir kısım havanın dışarı çekilişi ile arka kademelerde hava debisini azaltmaktır. Üçüncü olarak, P&W’nin yaklaşımı olan, 2 şaftlı motor konfigürasyonunda, her bir şaftı farkı hızlarla döndürerek ilk kademelerde hava hızını düşürmek önerilen çözümler arasında idi. Son çözümde, kompresörü alçak ve yüksek basınç olarak iki birleşenden oluşturmak ve iki şafta monte etmekle mümkün olabiliyordu. Her bir çözümüm artı ve eksileri bulunmakla birlikte, P&W’nin JT3A (J57) motoru ile getirdiği iki şaftlı motor konfigürasyon çözümü, 1950’li yıllarının teknolojisi ve basınç oranı 12:1 seviyesinde, en pratik olanı idi.

P&W JT3A (J57 ) turbojet motoru. (Smithsonian National Air and Space Museum, Washington D.C. ABD)

 

İki şaft turbojet motor mimarisi

Turboşaft Uygulaması

Bu noktada, takvim sayfalarını geri çevirelim ve ABD’nin Connecticut eyaletindeki, Kaman Aerospace(6) ve AVCO Lycoming (günümüzde Honeywell International), faaliyetlerine bir göz atalım. 1951 yılında, havacılığın helikopter cephesinde önemli bir gelişme yaşandı. Kaman firması, jet motorunun gücünü Amerikan Deniz Kuvvetlerine göstermek gayesi ile K-225 helikopterinin orijinal motoru olan 220 beygir gücündeki Lycoming O-435-A2 pistonlu motorunu, turboşaft olarak sınıflandıracağımız Boeing 502-2 motoru ile değiştirdi.

Takvimlerin 10 Aralık 1951 gösterdiği gün, Boeing 502 jet motorunun güçlendirdiği K-225’in başarılı uçuşu, havacılık tarihinde yeni bir sayfa açtı(7). Turboşaft motor türünün helikopteri güçlendirme uygulaması, Charles Kaman’ın ileri düşüncesi neticesinde gerçekleşiyordu. Boeing 502 turboşaft motorunun gücü, Lycoming O-435-A2 pistonlu motorundan daha düşük olmasına rağmen, K-225’in performansında yüksek iyileşme oldu. Bu performans iyileşmesinin en büyük katkısı, jet motorunun ağırlığının piston motorunun yarısı olması ve motorun soğutması için gerekli ağır fan ve dişli sistemi bileşenlerine ihtiyacın kalmaması idi. Bu mekanik iyileşmelere ilaveten, pistonlu motorların, hava yoğunluğunun düşük olduğu yüksek irtifalardaki büyük performans kayıpları, jet motorunda hemen hemen ortadan kalmıştı.

Turboshaft motorun (Boeing 502-2) güçlendirdiği ilk helikopter Kaman K-225

(Smithsonian National Air and Space Museum, Washington D.C. ABD).

1943 başında jet motoru iş koluna giren Boeing firması(8) 1947 yılında, iki şaft konfigürasyondaki, Model 502 olarak adlandırdığı turboşaft motor tasarım çalışmalarına başlıyordu. Model 502’nin mimarisi, çift hava girişli radyal akışlı kompresör, tek radyal türbin, iki ters akışlı yanma odası (nüve motor) ve eksenel özgür güç türbinini içeriyordu. Nüve motorda, kompresör ve türbin birleşenleri birinci grubu oluşturuyordu. Özgür türbinin bağlandığı ikinci şaft, nüve motor şaftının içinden geçerek dişli kutusuna bağlanıyordu veya bazı konfigürasyonlarda, dişli kutusu motorun arkasına monte edilmişti. Bu mimaride, özgür güç türbinin görevi, nüve motor çıkışındaki gazın kinetik enerjisinin tamamını mekanik enerjiye dönüştürerek pervane için gerekli gücü üretmektir. Bu yöntemde, özgür güç şaftının devir hızını sabit tutarak torku değiştirmek mümkün olmaktadır.

Özgür türbinle donatılmış çift şaftlı motor mimarisi, tek şaftlı turboşaft motorlara nispeten,

alçak uçuş hızlarındaki tork karakteristiklerinden dolayı, helikopter uygulamasına daha elverişli idi.

Özgür güç türbini konusuna kaldığımız yerden devam edeceğimiz makalenin III. bölümünde, helikopter motorlarındaki gelişmeleri; devamında da turbofan motor ve günümüz sivil havacılığına da yön veren önemli olayları ele alacağız.

 

(3) Turboşaft motorlarda eşdeğer şaft beygir gücü, şaft beygir gücü ve lülenin ürettiği itki kuvvetinin beygir gücü olarak toplamıdır. Bu çeviride 1/2,5 kat sayısı, turboprop topluluğu tarafından kabul edilmiştir.

(4) 1950’li yılların başlarında, hava yollarının filolarında pervane ve pistonlu motor sisteminin güçlendirdiği Douglas DC-7, Boeing Stratocruiser ve Lockheed Constellation marka uçaklar yer alıyordu.

(5) 1950 yıllarının başlarında, kompresör basınç oranı 4:1 idi ve 22.241 N itki kuvvetindeki Rolls-Royce Nene en güçlü motordu.

(6) Kaman Aerospace firması, 1945 yılında, Aerodinamik mühendisi Charles Kaman tarafından, arkadaşlarının 2.000 dolarlık yatırımı ile annesinin West Hartford, Connecticut’taki garajında kurulmuştur.

(7) French Sub Quest SO-1120 “Ariel III”, jet itki kuvvetinin uçurduğu helikopter olarak ilk uçuşunu, 18 Nisan 1951’de gerçekleştirmiştir. Pistonlu motorun güçlendirdiği kompresörün temin ettiği basınçlı hava, pervanelerin ucundaki jet lülesinde itki kuvvetini üretmektedir.

(8) 1950’li ve 1960’lı yıllarda, Boeing firması, küçük jet motor sanayisinin önemli aktörlerinde biri idi ve katkı olarak motor üretimi, firmanın askeri uçak üretiminden sonra geliyordu. Boeing, 1966 yılında, B747 yolcu uçağını geliştirmek için gerekli mühendislik kaynaklarını temin etmek için, motor iş kolundan çekilmeyi tercih etti.


Yorumlar

Hiç yorum yapılmamış

Yorumunu Paylaşın