MODEL UÇAK DİZAYNI

Burada yazılanlar kısaca ve basitçe  adım adım bir model uçağı nasıl dizayn edeceğinizi açıklayacaktır.

Başlamadan önce şunu kabullenmelisiniz.Dizayn edeceğiniz uçak tam sizin istediğiniz gibi olmayacaktır.Çünkü arzu ettiklerinizle, gerçekleştirmek istedikleriniz çakışacaktır.Örneğin siz çok dengeli ve aynı zamanda akrobasi yeteneği olan bir uçak yapmak istediniz diyelim.Ancak gerçekte bu imkansızdır.Birinden fedakarlık etmek zorundasınız.İkisi bir arada olmaz.Dengeli olsun derseniz akrobasi yeteneği azalır.Akrobatik olsun derseniz stabilitesi bozulur.Bu ve benzer şeyleri kabul etmelisiniz.Bunun için modelinizi dizayn etmeden önce belirli karakteristik özelliklere karar verip onların temeli üzerine dizayn yapmalısınız.Ayrıca şunu hiçbir zaman unutmayın.Bir model ne kadar basit ve sade ise o kadar problemsizdir.Uçağın üzerine ilave edeceğiniz her türlü fazlalık ilerde problem olarak karşınıza çıkacaktır.Şimdi kısaca bir modeli dizayn etmeye başlayalım.

Birinci adım:

Uçağınızın özelliklerine karar verin.Bunlar kısaca :

İkinci adım:

Kullanacağınız motoru seçin.Elektrikli yada benzinli.Gücü.Ağırlığı.Bunları belirleyin.Size şunu tavsiye ederim.Motorunuzun seçeneği tek olsun.Yani .35 ile .46 arası bir motor seçeneği değil de direk olarak .40 lık bir motora göre dizayn yapın.Aşağıdaki tablo size iki zamanlı motor seçiminde yardımcı olacaktır.Eğer dört zamanlı motor kullanacaksanız seçtiğiniz motor hacmini % 50 arttırın.Bunun yanında uçağın ağırlığına göre de motor seçime dikkat edin. Eğer uçağınızın normal olarak uçmasını ve akrobasi yapmasını istiyorsanız 3 kg'lık bir uçağa .46lık motor yeterli olacaktır.Ancak siz eğer 3D akrobasi yapacaksanız .61lik bir motor kullanın.Ayrıca şu yöntemi de kullanabilirsiniz.Uçağınızın toplam uçuş ağırlığını bulun.Motorunuzun da pervane/motor kombinasyonuna göre verdiği çekme/itme  gücünü (trust) ölçün.Eğer normal bir uçuş ve akrobasi planlıyorsanız uçağınızın ağırlığı kadar  trust üreten motoru kullanın.Yok 3D akrobasi düşünüyorsanız en az uçağın ağırlığının 1.5 katı trust üreten motor kullanın.Özellikle bu yöntemi tavsiye ediyorum.Çünkü aynı ölçüde olan farklı marka motorlar farklı güç üretiyorlar.

Motor Hacmi  Kanat Alanı
 .049  200-250  inç² yada  1290-1612 cm²
 .10  250-350  inç² yada  1612-2258 cm²
. 15  300-400  inç² yada  1935-2903 cm²
 .25  400-500  inç² yada  2580-3225 cm²
 .40  500-700  inç² yada  3225-4516 cm²
 .60  600-850  inç² yada  3870-5483 cm²

Şimdi sıra motor açısında.Genellikle motorlar 0-3 derece aşağı ve 0-3 derece sağa bakacak (arkadan bakıldığında) şekilde bir açı ile yerleştirilir.Rudder kontrollü uçaklarda sağa doğru olan açı 3-5 derece arasıdır.Ancak size tavsiyem hiç açı vermeden motorunuzu yerleştirin.Daha sonra uçurduğunuzda uçuş şekline göre bu açıları motor yatağının ve motorun altına pul koyarak ayarlayın.

Üçüncü adım:

Dikey tırmanış ve sürat performansına karar verin.

Tırmanma oranını motorun gücü,pervane ve uçağın toplam uçuş ağırlığı belirler. Nasıl bir tırmanma özelliği istiyorsunuz ? Sıfır süratte uçak stall olduğunda uçağın 90 derece tırmanmasını mı yoksa belirli bir açı ile uçağın momentumu bitinceye kadar 50-60 metre  tırmanmasını mı istiyorsunuz? Uçağın düz uçuşta direk loop atmasını yada önce dalışa geçip sürat kazandıktan sonramı loop atmasını istiyorsunuz ? Uçağınızın ağırlığına karar verin ve amacına uygun inşaa edin.

Uçağınızın havadaki süratini (maksimum ve minimum) motor gücü, pervane ve uçağın kanadı belirler.

Tırmanma oranı ve hava hızı birbirini etkiler.Bu yüzden bunların kombinasyonu uçağın uçuş karakteristiğini değiştirir.Örneğin uçağınızın çok süratli uçmasını ve sınırsız bir şekilde 90 derece olacak şekilde tırmanmasını istiyorsanız uçağınız hafif olmalıdır. Bunun yanında  süratli uçması için yüksek adımlı (pitch) pervanenin istediği motor gücü ile düşük adımlı pervanenin istediği motor gücü de aynı değildir.

Dördüncü adım:

Kanadın dizaynı

Öncelikle şunu belirtmeliyim ki uçağın kanadı uçağın en önemli parçasıdır.Çünkü bir çok parametreyi etkilemektedir.Kanat dizaynına uçağın airfoil  yapısını seçmekle  başlamalısınız.Amacınıza uygun airfoil seçin .Eğitim modeli yapıyorsanız alt kısmı düz, üst kısmı kavisli (flat bottom), sport bir model istiyorsanız semi simetrik, akrobasi yeteneği olan bir uçak istiyorsanız simetrik airfoil seçmelisiniz.Bunu yanında yüzlerce çeşit  airfoil yapısı vardır.Bunların içinden amacınıza en uygun olanını ( hava sürati yada stall karakteristiği)  seçin.(Burayı tıklayarak airfoil database gidebilirsiniz)

Aşağıdaki tablo bazı şeylere karar vermeniz için yardımcı olacaktır.Sınırda olan etkiler göz ardı edilmiştir.

Uçuş karakteri Dizayn parametreleri
Airfoil Kanat yüklemesi Aspect Ratio Dihedral Washout Aileron
(Yüzey alanı/Şekli)
Hava sürati evet evet evet      
Tono atma oranı     evet evet   evet
Stall evet evet evet   evet  
Denge/Stabilite       evet evet  
Kaldırma kapasitesi evet evet evet      
Kaldırma/Sürükleme oranı evet evet evet evet    
Akrobasi evet evet evet evet evet evet

evet : Karakteri etkiler

Kanat yüklemesi :Kanat yüklemesi birkaç uçuş karakterine etki eder.Min ve max. uçuş sürati, tırmanma oranı(Kanadın oluşturduğu kaldırma kuvveti;motorun çekme gücü değil), kontrollere verdiği cevap ve uçuş  kontrolünün kaybedilmesi.

Düşük kanat yüklemesi olan uçak daha düşük süratlerde uçabilir. Yüksek kanat yüklemesi (Yüksek stall sürati) olan uçak iniş sırasında daha sürati uçmak zorundadır.Düşük kanat yüklemesi olan uçaklar hava şartlarından daha çabuk etkilenirler.Örneğin. termal yada rüzgar.Yüksek kanat yüklemeli uçaklar ise bu durumlardan daha az etkilenir ancak kontrollere daha yavaş cevap verir ve daha hızlı uçmak zorundadır.Düşük kanat yüklemeli uçakların maksimum uçuş süratlerine sınırlama getirmek zorunda kalabiliriz.Çünkü yüksek süratte uçan bir uçak manevra yaptığında yüksek G gücüne maruz kalacaktır.Ancak uçağımızı hafif yapacağız derken inşaa sırasında kullandığımız malzemeyi azaltırsak yada kanadı gereğinden fazlam büyük inşaa edersek, bu aynı zamanda uçağın sağlamlığını etkileyecektir.Yüksek G sırasında buda uçağın buna dayanamamasına sebep olabilir.Bu hafif ama dayanıklı uçak yapamayacağımız anlamına da gelmez.Onun için inşaa sırasında kullandığımız malzemelere dikkat etmeliyiz.Hafif ama sağlam kanat inşaa etmeliyiz.Bunun yanında ağır kanat yüklemesi yüksek olan uçaklarda da yüksek G'lerde kanada daha fazla yük binecektir. Şimdi kanat yüklemesini nasıl hesaplayacağımız görelim.

Kanat yüklemesi, Uçuş ağırlığının kanat yüzey alanı bölümüne eşittir.Yani

Kanat yüklemesi : Uçuş ağırlığı / Kanat yüzey alanı

Not: Birden çok kanatlı uçaklarda kanat yüzeyi olarak tüm kanatların yüzey alanının toplamı kullanılır.

Bu oranı kğ/m² olarak yada gr/cm² olarak hesaplayabiliriz .Bu sizin tercihinize kalmış.Ben bizim uçaklarımız küçük olduğundan gram/cm² oranını kullanıyorum.Örneğin uçağımızın uçuş ağırlığı 2500 gram olarak düşünelim.Kanat yüzey alanı ise de 3750 cm² olsun. Bu durumda 2500/3750 = 0.66666667 gr/cm² olacaktır.Bu oran sıfıra yaklaştıkça uçağımız daha hafif olmuş anlamına gelir.Buda daha süratli uçuş bunun yanında daha yavaş stall sürati ve daha yüksek tırmanma performansı demektir.

Kanat Yüzey alanı: Kanat yüzey alanı yukarıdaki tabloda yer almamıştır.Bunu nedeni gerçekte anlamsız olduğudur.Normalde kanat yüzey alanı bize kanat yüklemesinin hesabında gerekir.Ancak bizim dizayn edeceğimiz uçakta kanat yüzey alanı bize başlangıçta gerekli değildir.Biz dizayn edeceğimiz uçağın planladığımız uçuş ağırlığına ve planladığımız kanat yüklemesine göre kanat yüzey alanını hesaplayacağız.

Örneğin ( Yukarıdaki hesaplamaya uygun olsun) : Uçağımızın uçuş ağırlığını 2500 gram olarak planladık.Bu arada ise kanat yüklemesinin 0.66666667 gr/cm² olarak planlayalım.

Kanat yüklemesi : Uçuş ağırlığı / Kanat yüzey alanı formülünden  0.66666667= 2500 / kanat yüzey alanı yazabiliriz.Bunu sonucunda ise 3750 cm² sonucuna ulaşırız.

Aspect Ratio :Yukarıdaki tabloya bakarsanız aspect ratio nun denge/stabilite haricindeki tüm uçuş karakteristiğine etki ettiğini görürüsünüz.Bu yüzden önemli bir etkendir.Pekala Aspect ratio nedir?

Aspect ratio kanat uzunluğunun kanadın ortalama chord ( Kanat eni diyebiliriz) uzunluğuna oranıdır.Ortalama kanat chord uzunluğu tapered ( Kanat ortasından kanat ucuna doğru daralan ) kanatlarda, kanat ortasındaki chord uzunluğu ile kanat ucundaki chord uzunluğunun toplamının ikiye bölünmesi ile  bulunur.Normal dikdörtgen olan kanatlarda ise kanadın herhangi bir noktasındaki chord uzunluğudur.Aspect ratio önemlidir.Çünkü  aspect ratio şunları etkiler:

a.Uçağın tono atma kabiliyeti.Her şeyleri aynı olan iki uçak düşünün.Sadece aspect ratioları farklı olsun.Bu durumda aspect ratiosu yüksek olan düşük olana göre daha yavaş tono atacaktır.Yani uzun ve dar olan kanat kısa ve enli olan kanada göre daha yavaş tono atacaktır. Savaş uçaklarına bakıldığında aspect ratioları düşüktür.Bu yüzden hareket kabiliyetleri yüksektir.Ancak buna bağlı olarak kaldırma kuvvetleri azalır.Bu yüzden bombardıman uçaklarında aspect ratiosu yüksek kanatlar kullanılır.

b.Kaldırma-Sürükleme oranını belirleyecektir.Örneğin planörlerin kanatları uzun ve dardır.Bu yüzden aspect ratioları yüksektir.Yüksek aspect ratioda yüksek kaldırma-sürükleme oranına sebep olur.Buna bağlı olarak yakıt ekonomisi artar.Düşük aspect ratio lu uçaklar yük taşıma kabiliyeti açısından uygun değildir.Ayrıca düşük aspect ratiolu uçaklarda hücum açısı arttığında sürüklemede çok artar.

C.Yüksek aspect ratio oranlı kanatlar kırılgan, dayanıksız yapıdadır.Ayrıca  planlanan uçuş dizaynının dışında uçuş karakterine sebebiyet verebilir.

 

Şimdi bir hesaplama yapalım.Kanadın uzunluğu 150 cm olsun.Kanat ortalama chord u ise 25 cm olsun.Bu durumda aspect ratio = kanat boyu/kanat ortalama chord uzunluğu dan 150/25 = 6/1 oranını buluruz.

Birde tapered kanat hesabı yapalım. Kanat ortasındaki chord uzunluğu 30cm,kanat ucu chord uzunluğu 20 cm ve kanat boyu 150 cm olsun.Önce ortalama kanat chordunu bulacağız.Ortalama kanat chordu= (Kanat ortası chordu + Kanat ucu chordu) bölü 2 den dan (30+20)/2 =25.Buradan 150/2 = den aspect ratio 6/1 dir.

Birde eliptik kanatlar için hesaplama yapalım.Eliptik kanatlarda uygulayacağımız formül biraz değişik.Bunlarda kanadın uzunluğunun karesinin kanadın yüzey alanına bölümü aspect ratio u verir.Buna göre kanat uzunluğu 150 cm olan ve kanat alanı 3750 cm² olan kanadın aspect ratiosu

150²/3750 den  6/1 bulunur.Genellikle model uçaklardaki aspect ratio 5:1 ila 6:1 arasıdır.Planörlerde ise 10:1 ila 16:1 arasıdır.

Wing taper (kanat ucuna doğru kanadın hem daralması hem de incelmesi): Taper ratio (Kanat daralma oranı) kanat ucundaki chordun kanat ortasındaki chorda bölünmesiyle bulunur.Yüksek aspect ratiolu ve düşük taper ratiolu kanatların çok  çabuk tip stall a girme meyili vardır.Bu yüzden dizaynınızda bunu göz önünde bulundurun.Eğer yüksek oranda daralan kanat düşünüyorsanız aspect ratio yu düşürün.Eğer yüksek oranda aspect ratiolu kanat düşünüyorsanız taper ratioyu 1 e yakın tutun.(kanat ortası ve kant ucu aynı olan chord)

Wing Sweep (Kanadın arkaya doğru açılı olması): Uçağın kanadına verilen her 2½ derecelik açı 1 derecelik dihedral verilmiş etkisi yapar.Üstelik ters uçarken bile bu etkinin olduğu kabul edilir.Ayrıca sweep uçağın stabilitesini de arttırır.Uçak stall olduğunda uçağın burnunu aşağı düşmesini sağlar.Sweep biraz da uçağın CG aralığının arkaya doğru genişlemesini sağlar.Ayrıca görüntü olarak uçağı da değiştirir.

Dihedral: Kanat uçlarının kanat ortasına göre yukarıda olduğu durumdaki açısal değeridir.Uçağa tono ekseninde tekrar kendi kendine düzeltme kabiliyeti kazandırır.Uçağın stabilitesini arttırır ve aileron olmadan uçağı rudder ile uçağı yönlendirme kabiliyeti verir.Bu yüzden eğitim modellerinde dihedral çok kullanılır.Tono atma kabiliyetini azaltır.Ayrıca dihedral istenmeyen kontrol karışmasına sebep olur.Örneğin uçağınıza rudder kontrolü verdiğinizde uçağınız burnunu düşürme ve tono atma eğilimi gösterir.Ne kadar dihedralin yeterli olduğu size bağlıdır.Ancak genel değerler şu şekildedir.

Aileron kontrollü modellerde 0-3 derece (her kanatta), aileronsuz uçaklarda 3-5 derecedir. Alttan kanatlı uçaklarda ise bu değerler 2 katıdır.

Washout : Uçağın inşaası sırasında firar kenarına bilerek verilen ve uçağın burnu havada iken hücum açısını düşürmek için kullanılan burukluk/kavisdir.Bu kavis genelikle kanat uçuna doğru olur ve kanat uçlarının kanadın orta kısmından önce stall (tip stall) olmasını engeller.Akrobasi modelleri için uygun değildir.Birde dikdörgen kanat yapısına sahip uçaklarda olmasına gerek yoktur.Daha çok tapered (daralan) kanatlarda kullanılır.Planörlerde, yüksek aspect ratiolu uçaklarda, ağır scale uçaklarda kullanılabilir.

Wing Incidence: Wing incidence kanat ekseni ile uçak ekseni ile arasındaki açısal değerdir.Normalde 0-1 derecedir.Ancak uçakta aileron yok ve rudder ile kontrol ediliyorsa bu açı 3-5 derece arası olmalıdır.

Aileron şekli ve alanı: Kanat boyunca uzanan dikdörtgen aileronlar (strip ailron)  barn door aileronlara göre inşaası daha kolay ve uçuş sırasında daha etkilidir.Airfoil yapısına uygun şekillendirilmiş aileronlar daha etkilidir.Strip aileronların genişliği kanat ortalama chord uzunluğunun 1/8 kadarı (% 12 civarı) barn door aileronlarda ise kanat uzunluğunun 1/4 ü ve ortalama chordun 1/4 ü büyüklüğünde olması yeterlidir.Eğer uçağınızın 3D akrobasi yapmasını istiyorsanız bu oranları % 100 arttırmanızı tavsiye ederim.

Flap: Flap genellikle scale modellerde kullanılır.Eğer flap yapacaksanız barn door aileron kullanacaksınız demektir.Kullanacağınız flap kanat boyunun 1/4 uzunlukta ve kanat chordunun 1/4 ü büyüklüğünde olmalıdır.Kaç derecelik bir açı ile açılacağı kanat airfoilinine ve uçağınıza bağlıdır.Bunu deneyerek bulacaksınız.Size tavsiyem düşük açılarla başlamanızdır.Ayrıca uçağın uçuş süratine göre farklı etkiler gösterecektir.

Beşinci adım.

Kuyruk dizaynı:

Yatay stabilizer ve elevatörün (Yükseliş dümeni) dizaynı:

Şekil olarak bir tavsiyede bulunmayacağım.Ancak scale bir uçak yapıyorsanız yatay stabilizerede bir airfoil yapısı vermenizi tavsiye ederim.Yatay stabilizerin alanı kanat alanının %20-22 si olmalıdır.Hareketli olan elevatörün alanı ise yatay stabilizerin alanının %20 si olmalıdır.Bunun yanında eğer 3D akrobasi modeli yapıyorsanız elevatörün alanı size kalmış bir şey. Bazı 3D modellerde neredeyse yatay stabilizatör  olmayıp komple elevatör şeklinde bile olabilmektedir.Ancak ben size en azından elevatörün 1/3 ü kadar yatay stabilizatör yapmanızı Tavsiye ederim.Stabilizerin ekseni ile uçağın ekseni birbirine paralel olmalıdır.Eğer rudder kontrolü ile uçan bir model yapıyorsanız 1 dereceye kadar açı verebilirsiniz.

Dikey stabilizatör ve rudder'ın(Yön dümeninin dizaynı):

Şekil olarak bir tavsiyede bulunmayacağım.Ancak scale bir uçak yapıyorsanız dikey stabilizerede bir airfoil yapısı vermenizi tavsiye ederim.Dikey stabilizerin alanı yatay stabilizerin alanının 1/3'ü olmalıdır.Hareketli olan ruder alanı ise dikey stabilizerin alanının 1/3-1/2'si olmalıdır.Bunun yanında eğer 3D akrobasi modeli yapıyorsanız elevatörün alanı size kalmış bir şey. Bazı 3D modellerde neredeyse dikey stabilizatör  olmayıp komple elevatör şeklinde bile olabilmektedir.Ancak ben size en azından elevatörün 1/3 ü kadar dikey stabilizatör yapmanızı Tavsiye ederim.Dikey stabilizör uçağın eksenine paralel ve yatay stabilizöre 90 derece açı ile durmalıdır.

Altıncı adım:

İniş Takımı Dizaynı

Önce iniş takımı nasıl olacak ona karar verin.Burundan tekerlimi olacak yoksa kuyruktan tekerli olacak ? Ana iniş takımı kanada mı yerleştirilecek yoksa gövdeye mi yerleştirilecek ? Bütün bunlar size kalmış bir şey.Bu konuda şöyle olsun demeyeceğim.Her iki türde olan uçağı da denemenizi tavsiye ederim.Ancak eğer çim pistte yada toprak pistte uçuyorsanız size tavsiyem kuyruktan tekerli bir model yapmanız.İkinci olarak iniş takımının sabit mi yoksa açılır kapanır mı olacağına karar verin.Açılır kapanır olacaksa hava ile çalışan bir iniş takımı mı olacak yoksa yoksa servo ile çalışan mekanik bir model mi olacak ? 60 lıktan büyük  bir modelde servo ile kontrol edilen mekanik iniş takımı tavsiye etmiyorum.Esasında tüm iniş takımları havalı yapılsa çok daha iyi olur.Çünkü mekanik açılır kapanır iniş takımları genellikle fazla problem çıkarmaktadır.Bu arada şunu unutmayın.Bir uçağın üzerinde ne kadar fazla hareketli parça varsa o kadar problem var demektir.Bu yüzden açılır kapanır iniş takımını pek tavsiye etmiyorum.Sabit bir iniş takımı olacaksa bu çelik tel mi olacak,alüminyum mu olacak yoksa fiberglas mı (vb) olacak buna karar verin.Eğer burundan tekerli bir model düşünüyorsanız ana iniş takımın takılacağı nokta ağırlık merkezinden 3.5-4 cm daha geride olmalıdır.Eğer kuyruktan tekerli bir model düşünüyorsanız iniş takımının takılacağı nokta hücum kenarının bulunduğu noktadan kanat genişliğinin 1/4 ü kadar geride olmalıdır.İniş takımının boyu pervanenin yere değmemesi için pervane ucunun yerden yüksekliği en az 4-5 cm yüksekte olacak şekilde olmalıdır.Ana iniş takımının genişliği kanat boyunun 1/2 si kadar olmalıdır.

Yedinci adım:

Gövde dizaynı

Eğer scale bir model yapacaksanız diyecek bir şey yok. Eğer kendiniz bir dizayn yapacaksanız aşağıdaki resimlerdeki ölçüleri örnek alabilirsiniz.Bu arada gövdeyi köşeli yapmayın bu sürüklemeyi arttıracaktır.Ayrıca uçağı taşıyacak sağlamlıkta olmalıdır.Genişlik olarak uçağın en az uçağın radyo ekipmanını içine alacak kadar olmalıdır.Pushrodlar birbirine sürtünmeyecek ve esnemeyecek şekilde yerleştirilmelidir.Gövde esnememelidir.