Uçma fırsatı olan neredeyse herkesin tecrübe ettiği bir hava olayıdır türbülans. Bazısı pek dert etmez, bazısının ödü kopar. Dert etmeyen de ödü kopan da ortak bir düşüncede birleşir: Türbülans konforlu değildir. İçindekilerin konforunun yanı sıra, türbülans, uçağa bindirdiği yapısal yük açısından da önemli bir emniyet unsuru teşkil eder. Neyse ki pilotlar, her uçuş öncesi hava durumu brifingi yapar ve uçuş sırasında uçaktaki hava radarının ekolarını ekranlarında gözlemler. Böylece şiddetli türbülans arz edecek alanlardan kaçınılır ve uçuş güvenliğini tehlikeye atacak hiçbir risk alınmaz; hatta birtakım eylemler gerçekleştirilerek de olan risk en aza indirilmiş olur.
Türbülans, rüzgâr yönünün ve/veya hızının değişiminin neden olduğu, genellikle aşağı-yukarı hareketlerle karakterize edilen düzensiz hava akımıdır. Havacılıkta türbülans şiddeti ise uçağın türbülansa olan tepkisine göre rapor edilir. Örneğin, anlık olarak irtifa ve/veya durumda hafif ve düzensiz değişikliklere neden olan türbülans “hafif türbülans” (emniyet kemerlerine karşı hafif gerginlik, yemek servisi devam, yürümede hiç veya çok az zorluk); irtifa ve/veya durumda büyük ve ani değişikliklere neden olan türbülans “şiddetli türbülans” (emniyet kemerlerine karşı şiddetli gerginlik, güvence altında olmayan nesnelerin savrulması, yemek servisi ve yürümek imkânsız) olarak rapor edilir.[1]
Türbülansın oluşumuna, konvektif akımlar (konvektif türbülans), rüzgâr akışına engeller (mekanik türbülans) veya rüzgâr makası neden olabilir.
Konvektif Türbülans
Konvektif türbülans basitçe konveksiyondan oluşur. Meteorolojide konveksiyon, sıcak (daha az yoğun) havanın yükselişi ve soğuk (daha yoğun) havanın batmasıyla gerçekleşen ısı transferidir. Değişken coğrafya nedeniyle yeryüzü farklı oranda ısınır ve değişik yoğunlukta hava akım(lar)ı yükselmeye başlar. Bundan dolayı yukarıda düzenli bir şekilde akan havanın düzeni bozulur.
Konvektif türbülans daha sıklıkla yaz aylarında görülür. Yüzeydeki ısınmış hava, sığ ve istikrarsız bir tabaka yaratıp yukarıya doğru yükselmeye başlar. Yüzeyden yükselen akım, alçalan başka bir akımla telafi edilir. Yüzeydeki havanın ısısı ne kadar yüksekse konveksiyonun kuvveti de o kadar yüksek olur. Kumlu veya kayalı araziler ve sürülmüş tarlalar, sulak ve bitki örtüsüyle kaplı alanlara göre daha çok ısınır. Böylece yüzeydeki hava farklı oranda ısınmış olur. Eşit olmayan ısınmadan dolayı konvektif akımların kuvveti kısa mesafelerde önemli ölçüde değişebilir ki bu da bazı alanların daha türbülanslı, bazılarının da daha az türbülanslı olmasına neden olabilir.
Sıcak hava molekülü yükselirken genişler. Genişlerken hacmi büyür. Hacmi büyüdüğü için içindeki basınç düşer. Basıncı düşerken ısısı da düşer. Bu konveksiyon akımı, ısısı onu çevreleyen hava ısısına soğuyana kadar yükselmeye devam eder. Eğer doyma derecesine soğursa ve havada yeteri kadar nem varsa bulut oluşur. Yaz aylarında genellikle kara üzerinde görülen dikine doğru uzun ve kabarık bulutlar konvektif türbülansa işarettir. Havada yeteri nem seviyesi olmadığından bulut oluşamamışsa, bu konvektif akım olmayacağı anlamına gelmez. Yeryüzünde ısı eşitsizliği varsa konvektif akım her zaman olur. Yaz mevsimi diğer mevsimlere göre daha sıcak olduğu için de bu ısı eşitsizliği kuvvetlendirilmiş olur.
Mekanik Türbülans
Mekanik türbülans, ağaçların, binaların, dağların vb. engellerin düzenli rüzgâr akışını bozmasıyla meydana gelir. Engeller tarafından düzenli akışı bozulan rüzgâr, karmaşık dalgalar dizisine bürünür ve pürüzsüz bir şekilde akamaz. Bu dalgalar dizisinin içinde uçan bir uçak ise mekanik türbülansla karşılaşmış olur.
Düşünün ki Ercan’dan kalktınız, kuzeye doğru döndünüz. Mekanik türbülansa maruz kalacağınız bir yer tahmin edebileceğiniz üzere Beşparmak Dağları’nın üzeri olacaktır. Eğer rüzgâr dağın dikine doğru eserse, hava akışı engellenmiş olur ve dağın hemen üstünde ve rüzgâraltı tarafında karmaşık dalgalar dizi oluşur. Aynı zamanda rampa görevi gören Beşparmaklar da bu dalgalar dizisinin yüksek irtifaya çıkmasına yardımcı olabilir.
Mekanik türbülansın şiddeti rüzgâr hızıyla ve engellerin engebesiyle doğru orantılıdır.
Rüzgâr Makası
Rüzgâr makası, rüzgârın yön ve/veya hızında kısa bir mesafede gerçekleşen ani değişiktir. Böylece, farklı yön ve/veya hızda esen iki rüzgâr akımının kesiştiği alanda türbülans yaratılmış olur. Bu kesişme hem yatay hem de dikey eksende olabilir. Özellikle kalkış, tırmanış, yaklaşma ve iniş gibi yere kısmen daha yakın uçulan aşamalarda rüzgâr makası olması hâlinde, uçak stabil uçuştan çıkıp kontrolü anlık olarak kaybedebilir ve derhâl kurtarma manevrası yapılmazsa yere çarpabilir. Rüzgâr makası gerçekleşmesi veya rüzgâr makası uyarı sisteminin ikazı durumunda hemen motorlara tam güç verilip kesişme alanının yukarısına tırmanmaya başlanır ki yeryüzünden en kısa sürede uzaklaşılsın ve çarpma riski ortadan kaldırılsın.
Rüzgâr makasını meydana getirecek bir başka neden de sıcaklık enverziyonudur. Sıcaklık enverziyonu, ısının irtifayla arttığı bir katmandır. Normal şartlarda hava ısısı irtifa arttıkça düşer fakat enverziyon durumunda alttaki havadan daha sıcak bir hava katmanı mevcut olur. Enverziyonlar genel olarak yere yakın irtifalarda, geceleri gerçekleşen radyasyonel soğumadan, sıcak hava dalgalarından veya bir vadiye hapsolmuş soğuk havadan kaynaklanabilir. Soğuk ve sıcak havanın kesiştiği alanda bir hava akımı varsa rüzgâr makası olabilir, bu da şiddetli türbülans yaratabilir.
Son olarak, açık hava türbülansı, yüksek irtifada (6.000-15.000 metre) ve bulutsuz alanda gerçekleşen, rüzgâr makası ile ilişkili bir başka türbülans çeşididir. Özellikle jet akımının ve çevredeki havanın kesişmesiyle meydana gelir. Uçağın uçtuğu havanın açık olmasından dolayı genellikle uyarı vermeden sallamaya başlar. Özellikle Avrupa-Amerika arasında daha önce uçmuş arkadaşlar mutlaka kuzey Atlantik üzerindeki jet akımının içinden geçerken şiddetli açık hava türbülansına maruz kalmıştır.
Türbülanstan geçerken uçağın kanadının aşağı-yukarı hareket ettiğini fark edip “Bu kanat hâlâ nasıl yerinde durabiliyor?” diye şaşkınlıkla merak edebilirsiniz. Her uçak tipi, sertifikasyon sürecinde birçok teste tabi tutulur. Bu testlerden biri de kanatların yapısal yük testidir. Bir uçağın normal şartlarda maksimum görmesi beklenen yüke “yapısal yük limiti” denir. Yapısal yük limitine erişildiğinde, uçağın yapısını oluşturan parçalar o yükü herhangi bir kalıcı deformasyon olmadan desteklemesi gerekir (gereklilikler havacılık otoritesine göre değişebilir).
Bir uçağın yapısal yükünü kısıtlamak her zaman -özellikle değişken hava şartlarında- mümkün olamayacağı için sertifikasyon sürecinde bir de “nihai yapısal yük limiti” testi yapılır. Bu testte uçağın yapısını oluşturan parçalar, yapısal yük limitinin en az %150’sini 3 saniye boyunca desteklemesi gerekir. Böylece, normal şartlarda beklenen yapısal yük limiti aşılması takdirinde, emniyet amacıyla yapılan nihai yapısal yük testi, uçağın yapısını planlanandan limitten en az 1,5 kat daha fazla koruyacağını ve sağ salim indirileceğini garanti eder.
Buradaki bağlantıdan Boeing 777 uçağının kanat testi videosunu izleyebilirsiniz. Nihai yapısal yük limiti: %154.
Referanslar
[1] Federal Aviation Administration. (2020). “Aeronautical Information Manual”. Aviation Supplies & Academics, Inc.
Kapak fotoğrafı yazara aittir.