Atmosferin Yapısı – Uçak Teknolojisi

Hava

• %78 azot
• %21 oksijen
• %1 su buharı
• %0.93 argon

Bu gaz karışımına genel olarak hava adı verilir. Hava, sıkıştırılabilir, akabilir veya şekli değişebilir.

Atmosferin Dikey Yapısı

• Atmosferdeki sıcaklık, basınç ve yoğunluk yüksekliğe bağlı değişmesi atmosferde tabakalaşmaya neden olur.
• Atmosfer basıncı: Yukarıdaki havanın ağırlığı. Deniz seviyesinde 1 kg/cm2, 1000 milibar
• Atmosferin toplam kütlesinin yarısı 5.6 km’nin altında, % 90’u da 16 km’nin altında. Everest 8.5 km’de.
• Toplam kütle: 5.14×1015 ton.

Basıncın Yükseklikle Değişimi

Statik basınç, yoğunluk ve sıcaklıkla doğru orantılı değişir. İrtifa ile yoğunluk azaldığı için statik basınç da azalır.

• P = ρ R T
• P: Basınç, ρ :Yoğunluk, R: İdeal gaz sabiti, T: Sıcaklık

Atmosferin tabakaları;

• Ekzosfer (>100 km)
• Termosfer (80-100 km)
• Mezosfer (50-80 km)
• Stratosfer (11-50 km)
• Troposfer (0-11 km)

Ticari ve özel uçuşların çoğunluğu troposferde ve stratosferin alt bölgesinde gerçekleşir. Yüksek hızlı askeri hava araçları, stratosfer, uzay araçları ise daha üst katmanlarda kullanılır.

Troposfer

• Bu katmanda sıcaklık yükseklikle azalır.
• Önemli tüm meteorolojik olaylar bu tabakada olur.
• Türbülans ve karışma azami derecede bu tabakada olur (%80’i)
• Troposferin en üstü, stratosferin hemen altındaki soğuk geçiş tabakasına Tropopoz denir.

Stratosfer

• 11-20 km arasında sıcaklık sabit , ardından sıcaklık yükseklikle artar.
• Önemli tüm meteorolojik olaylar bu tabakada olur.
• Türbülans ve karışma azami derecede bu tabakada olur (%80’i)
• Troposferin en üstü, stratosferin hemen altındaki soğuk geçiş tabakasına Tropopoz denir.

ICAO Standart Atmesfer Şartları

• Sıcaklık; Celcius (ºC) veya Kelvin (K) cinsinden ölçülür. 15 ºC, ISA
• Yoğunluk(ρ): Birim hacimdeki havanın kütlesi, 1.225 kg/m³, ISA
• Statik Basınç; Havanın ağırlığından dolayı oluşan kuvvetin birim yüzeyde oluşturduğu etkiye statik basınç denir. Bu basınç bütün yönlere eşit etki eder. 101325 N/m², (1013.25 hPa veya milibar), ISA

ICAO Standart Atmosfer Değerleri;

• Sıcaklık:15ºC
• Basınç:101325N/m²,(1013.25hPaveyamilibar)
• Yoğunluk:1.225kg/m³

Dinamik Basınç

Hareket halindeki hava hızından dolayı bir kinetik enerjiye sahiptir. Havanın hızı ne kadar artarsa sahip olduğu kinetik enerji de o kadar artar. Kinetik enerjiye sahip olan bir hava kütlesinin oluşturduğu kuvvet dolayısıyla oluşan basınca dinamik basınç adı verilir. Dinamik basıncın (q) değeri havanın yoğunluğuna ve hızına bağlıdır.

• Potansiyel Enerji (mgh) + KinetikEnerji (1/2 mv2) = Sabit
• Toplam Basınç = Statik Basınç + Dinamik Basınç=Sabit
• Toplam basınç enerjinin korunumu ilkesine göre sabittir.
• Statik basınç daima mevcut olduğu için, dinamik basınç tek başına ölçülemez.

Hareket halindeki havanın çarptığı cismin tam ortasındaki noktada (Durma Noktası –Stagnation Point ) hareketsiz kalır. Yani havanın hızı, bu noktada pratik olarak sıfır olur. Bu anda havanın sahip olduğu kinetik enerji, basınç enerjisine dönüşür.

Durma noktasında, Toplam Basınç=Statik Basınç

Viskozite

Viskozite, akmaya karşı direnç oluşturan moleküllerin birbirini çekmesi ile oluşan iç sürtünme olarak tanımlanabilir. Yüze çok yakın bölgede sınır tabaka (boundary layer) etkisinden dolayı hava akışının hızı azalır.

Ses Hızı

Sesin hava içinde birim zamanda yayılma hızına ses hızı denir. Ses kaynağından küresel basınç dalgası şeklinde yayılır. Ses hızı, mutlak sıcaklığın karekökü ile doğru orantılıdır.

Mach Sayısı

Cismin hızının ses hızına oranıdır.

• u/a=M (Mach sayısı)
• U: cismin hızı

1. M<1, ses altı (subsonic) 2. M=1, sese eşit (transonic) 3. M>1, ses üstü (supersonic)