Problem çözme sanatı: üs-uçak gemisi-f-35
Son Güncelleme: 28/03/17 20:47:23
Bilge bir adam şöyle demiş, “Gelişmelerin tümü şüphelidir. Bir problemin çözümü bizi, başka bir çözümle yüz yüze getirir”. Günümüzde Mühendisliğin geldiği nokta tam da bu. Bu yazımda, bu olguyu Savunma sanayi açıdan inceleyecek, problem-çözüm zincirinin karmaşıklığını anlatmaya çalışacağım.
Birçok ülke günümüzde silahlanma yarışına girmiş bulunmakta. Bu durum her ne kadar istenmese de dünyanın şu anda içinde bulunduğu şartlar itibariyle büyük bir gereklilik haline geldi. Buradaki en büyük problem ise ülkelerin ekonomilerinin buna ne kadar izin verdiğiyle, bu hayatta kalma mücadelesine ne kadar devam edebilecekleri ile ilgili.
Bir ülkenin askeri olarak operasyonel kabiliyeti birçok parametreye bağlıdır. Bunlardan kuşkusuz en önemlilerinden birisi “Askeri üslerdir”. Dünyada birçok ülke, farklı amaç ve konseptlere sahip olmasına rağmen onlarca askeri üsse sahip. Bu üsler, o ülkelerin milli güvenlikleri ve operasyon kabiliyetleri açısından hayati bir konuma gelmiş bulunuyor. Bununla birlikte bu durum, birçok açıdan büyük bir külfeti de beraberinde getiriyor.
Bu konuyu açıklamak için verilmesi en doğru örnek ise Amerika Birleşik Devletleri. ABD, dünya üzerinde 700 ile 800 arasında askeri üs ve kuruluşu bulunmakta. (1) Bu üslerden son günlerde en çok konuşulanları ise, Çin ve Kuzey Kore ile yaşanan gerilimler nedeniyle Güney Çin denizinde bulunan üsler.
Bu üslerden Japonya’da bulunan üs ve askeri kuruluşlarına, ABD hükümeti tarafından 2016 yılında tam 5.5 Milyar $ kaynak ayrılmıştı. Bu miktar gözünüzü korkutmasın, üslerin ve askeri kuruluşların maliyetinin sadece %30’unu ABD karşılıyor. Yani, üs maliyetinin sadece %30’u 5.5 Milyar $. (2)
ABD’NİN, BAZI ÜLKELERDEKİ ÜSLERİ VE MALİYET ORANLARI
Uçak Gemileri: Yüzen Askeri Üsler
Bahsettiğimiz bu durumlar göz önüne alındığı zaman askeri üsleri, -özellikle deniz aşırı- işletmenin ne kadar zor olduğunu bir nebze de olsa görebiliyoruz. Peki bu problemin bir çözümü yok mu? Tabi ki var. İnsanoğlu tüm bu zorlukları görmüş olacak ki, “Yüzen Askeri Üsler” yapmaya karar verdi. İşte bu Yüzen Askeri Üsler de uçak gemileridir. Buraya bir ekleme yapmak gerekebilir zira bu bahsettiğimiz konseptteki “Yüzen üslere” birçok farklı uçak gemisi konsepti eklenebilir. (Havuzlu Çıkarma gemisi gibi). Bu durum sadece uçak gemileri ile de sınırlı değildir, deniz araçlarının birçok farklı varyantı ile bu gereklilikler yerine getirilebilir fakat bu yazıda özellikle üzerinde durduğumuz konu uçak gemileridir.
Dürüst olmak gerekirse bu gibi gemilerin maliyeti de oldukça fazladır. Örneğin “USS Gerald Ford” uçak gemisi. Bu geminin ABD’ye maliyeti tam tamına 13 Milyar $. Evet bu miktar oldukça fazla fakat bu konu da uçak gemileri ve askeri üsleri kıyaslamak yanlış olabilir zira her ikisininde avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır.
USS GERALD FORD UÇAK GEMİSİ
Bir uçak gemisinin askeri üsse göre en büyük avantajı, çok büyük bir harekât kabiliyeti imkânı tanımasıdır. Bir uçak gemisinden, deniz aşırı bölgelerdeki operasyonları yönetebilir, uçaklar için yakıt ve faydalı yük ikmali yapabilir, aylarca hatta belki yıllarca herhangi bir şeye ihtiyaç duymadan, dünyanın birçok farklı yerinde bulunabilirsiniz. Yani bir askeri üssün yapabileceği neredeyse her şeyi ve fazlasını yapabilir.
Peki bir uçak gemisinin dezavantajları nelerdir? Burada da liste biraz kabarık. Uçak gemilerinin en büyük problemleri, korunmalarının zor olması ve uçak gemisine uygun uçakların çok fazla sayıda olmaması. Biz bu problemlerden özellikle ikincisi ile ilgileneceğiz.
Öncelikle bu sorunu biraz daha tanımlamamız gerekiyor. Uçaklar için kalkış ve iniş konuları oldukça önemlidir. Her bir uçağın, spesifik olarak, kalkış ve iniş mesafeleri-hızları vardır. Bu parametreler uçağın tasarım sürecinde belirlenir. Genellikle bu mesafeler, uçağın “Stall hızına” bağlıdır. Oda uçağın diğer ana bileşenleri ile doğrudan ilgilidir. İşte problemde burada başlıyor. Konvansiyonel tüm uçaklar iniş ve kalkış yapmak için gereken özellikleri, uçak gemilerinde bulamazlar. Bu durum da bizi konvansiyonel olmayan uçaklara götürür.
Burada karşılaştırma yapacağımız en iyi örnek sanırım F-35. JSF, yani bilinen adı ile F-35 programında, bir önceki yazımda da belirttiğim gibi, 3 farklı uçak türü bulunmakta. F-35A konvansiyonel, F-35B STOVL, F-35C ise CV türü uçaklardır.
F-35A, yani konvansiyonel versiyon uçak gemilerinde kullanılmaya uygun değildir. Bu nedenle onu konumuzun dışında tutuyoruz.
Öncelikle F-35C den bahsedelim. Bu uçağa F-35C denmesinin temel sebebi yeteneği ile yani CATOBAR ile ilgilidir. CATOBAR yani “Mancınık destekli kalkış, kanca destekli iniş.” Bu sistemdeki uçaklarda, uçağın kalkış için gereken mesafeye-hıza ulaşması için bir mancınık yardımı ile fırlatılıp, inişte de tutuklu tekerlek ve kanca yardımı ile inmesi amaçlanmaktadır. CATOBAR, STOVL ve VTOL ile kıyaslandığında çok daha zor ve zahmetli bir sistemdir. Bunun sebebi, bu sistemi uygulanması istenilen uçakların iniş ve kalkışta, mekanik açıdan çok zorlanmaları sebebiyle çok yüksek esnekliğe ihtiyaç duymalarıdır.
Şimdi de F-35B, yani “Kısa kalkış, Dikey İniş” dan bahsedelim.
STOVL ise 1991 yılında NATO tarafından yapılan tanımı ile “En fazla 15 metre kanat açıklığına, maksimum 450 metre kalkış mesafesine sahip, dikey iniş yapabilen, sabit kanatlı uçaklardır.” Eğer bir uçak tasarım sürecinde yeterince "Esneklik(flexibility)" düzeyine ulaşmışsa VTOL veya STOVL yapabilir. Eğer bir uçak kalkış için yeterince kaldırma kuvveti sağlayamıyor ancak buna rağmen dikey iniş için yeterli ağırlığa sahipse STOVL yani Short Takeoff and Vertical Landing (Kısa kalkış Dikey İniş) yapabilir.
Peki, bir uçak bu kabiliyetlere nasıl sahip olur? Bu sistemler nasıl çalışır? Bu sistemin temel problemi nedir? Tüm bunların cevabı uçağın itki sistemlerinde saklı.
F35-B İtki Sistemi
STOVL veya VTOL yeteneklerine sahip olan bir uçağın itki sistemi, konvansiyonel olan bir uçaktan oldukça farklıdır. Bu sistemler daha önce birçok farklı uçakta denenmiş, fakat o uçakların hemen hepsi ya prototip aşamasında ya da o noktaya bile gelemeden tasarım aşamasında çöpe atılmıştır. Bir önceki yazımda bahsettiğim gibi işte bu nedenle F-35 gerçek bir “Devrimdir.”
Biraz daha derine inelim. F-35’ler özelinde konuşmak gerekirse, bu uçaklarda klasik jet motorları kullanılmaz. F-35B de kullanılan sisteme "Shaft Driven Lift fan veya (L+L/C) " denir. Peki bu sistem nasıl çalışır? Kabaca şöyle anlatılabilir:
APU (Yardımcı güç ünitesi) yardımı ile shaft döndürülür ve fan çalışır, fanın dönmesi ile fana bağlı bir başka şaft harekete geçer ve adeta bir pompa gibi lift fanını tetikler. Bu şekilde lift fan da itki üretilmiş olur. Jet motorundan çıkan itkinin bir kısmı ejektör yardımı ile ekstra iticilere aktarılır ve bu şekilde gereken itki sağlanır. Yani anlayacağınız F-35’de 1 değil, 2 eksoz (Nozzle-Lüle) bulunur. Buradaki 2. Eksoz lift fanıdır ve birazdan ona “Sihirli Parmak” diyeceğiz.
F-35B İTKİ SİSTEMİ
F-35 İTKİ SİSTEMİ
Dikey İniş Kalkışın Temel Problemleri
Kuşkusuz bu soruya birçok cevap verilebilir ama en temel problemin “Denge” olduğu su götürmez bir gerçektir. Bunu şöyle açıklayalım: Uçaklarda fiziksel açıdan üretilen itki miktarı, ağırlığından her zaman biraz daha fazla olmalıdır. Peki bu neden bir problem? Fiziksel bir kanun olarak boyuna bir cisme cismin ağırlık merkezi haricinde herhangi bir yerinden uygulanan kuvvet Moment oluşturabilir. Moment kuvveti de uygulanan cismi döndürmeye çalışacaktır. Uçakların ağırlık merkezi (genelde) kanatlar ile gövdenin bağlandığı yerdedir. Jet motoru, gövdenin arkasında bulunduğundan ve oluşturduğu itki ağırlıktan fazla olduğundan uçak dengede duramaz. Peki bu nasıl önlenir? BASİT! Magical Finger (Sihirli Parmak) ile. (Bkz. Şekil 1-d)
İlk bakışta biraz hayal ürünü gibi görülebilir fakat bir uçağı dengede tutmak için gereken bu sisteme mühendisler, “Sihirli Parmak” ismini taktılar. Denge problemini aşmanın başlıca yolları şekil 1-c ve 1-d de görüldüğü gibidir. Şekil 1-c de Jet Motoru Ağırlık Merkezine (Ortadaki o işaret) yerleştirilmiştir. Bir diğer yöntem de motorun yerini değiştirmeyip, Ağırlık merkezinin yakınına yerleştirilebilir (yerleşim noktası yardımcı itki elemanının sağladığı itki ile ilgilidir) Şekil-1d de gösterilen yöntem, tam da biraz önce bahsettiğimiz, lift fana örnektir.
Denge sorununa çözümler
Üniversite Hocam, mühendisliğin amacını şöyle açıklamıştı: “Mühendisliğin amacı, Mühendislik araç gereçlerini kullanarak karşımıza çıkan problemleri çözmektir.” Bu tamamen doğru fakat işler göründüğü kadar basit değil. Yukarıda anlatmaya çalıştığım gibi, bir problemi çözmek bizi başka bir problemle karşılaştırıyor ve her defasında karşımıza çıkan problemi çözmek için bir şeyleri feda etmemiz gerekiyor. Tüm mesele de işte.
“İnsanların yapabileceklerinin bir sınırı yoktur fakat feda edebileceklerinin bir sınırı vardır.”