Türbülans Nedir ? Nedenleri Sonuçları

Türbülans Nedir ? Nedenleri Sonuçları


Türbülans – Türbülans Nedir ? Neden Olur ?

Türbülans veya Çalkantı (Latince turbare – dönmek, şaşmak) bir sıvının ya da gazın hareket halindeki düzensizliğidir. Akışkan dinamiklerde, türbülans veya türbülanslı akışı, kaotik, stokastik özellik değişimleriyle tanımlanmış bir akış rejimidir. Bu uzay ve zamanda düşük moment difüsyon, yüksek moment konveksiyon, ve hızlı basınç ve hız varyansyonları içerir. Türbülanslı olmayan akışa katmanlı akış denir. Akış koşullarının katmanlı veya türbülanslı akışa sebep olup olmadığını (boyutsuz) Reynolds sayıları tanımlar; örneğin boru akışı için yaklaşık 2300 türbülansın üstünde olan bir Reynolds sayısıdır.

Türbülans, pek çok fizikçi tarafından ele alınmış, ancak geçerli bir çözüm bulunamamış problemlerden biriydi. Düzgün akışa sahip bir akışkanın molekülleri birbirlerine mümkün olduğu kadar yakın kalmaya ve benzer davranışlar göstermeye meyillidir. 19. yüzyılın başlarında düzenli akışa sahip akışkanlara ait temel problemler çözülmüş ve akışkanlar dinamiğinin temelleri kurulmuştu. Ancak bilim uzun süre türbülans üzerinde çalışmayı reddetmiş, türbülansı daha çok bir mühendislik problemi olarak görmüştür. Türbülans genelde istenmeyen bir etkidir. Bu alandaki çalışmaların büyük bir yüzdesi türbülansı engellemeye yöneliktir.
Uçağın kanatlarının üstü ve altı arasındaki basınç farkı (wingtip vortex, wingtip vortices) ndan uçağın arkasında oluşan girdaplardan kaynaklanan wake türbülansının görselleştirilmiş hali (NASA)

Türbülans, modern bakış açısı ile her ölçek düzeyinde ortaya çıkan düzensizlik olarak tanımlanır. Türbülans üzerine ilk önemli çalışmalar Andrey Kolmogorov tarafından başlatılmıştır. Ancak Kolmogorov’un önermeleri yeterli olmamıştır. Türbülansa yönelik daha başarılı bir teori ise Lev Landau tarafından 1944 yılında ortaya konabilmiştir.

David Ruelle, türbülans üzerine çalışmaya başladığında Floris Takens ile birlikte türbülansın bağımsız üç hareket ile betimlenebileceği önermesini sundular. Lorenz’in denklemleri de üç değişken içeriyordu. Takens ve Ruelle’nin bu çalışmasının en önemli sonucu garip çeker kavramı olmuştur.

Bir çeker ya da çekici (attractor), faz uzayında bir noktadan ibarettir. Eğer sistem sürtünmesiz bir sarkaç gibi periyodik hareket yapıyorsa, sistemin faz uzayındaki yörüngesi bir çemberdir ve bu çemberin merkezi kararlı bir çekerdir. Çeker, sistemin çıkışın bir çekim havzası gibi kendi üzerine kapanmaya zorlamaktadır. Sistem sürtünmesiz ise yörünge doğal olarak bir çember olacaktır. Sistemin enerjisi arttırıldığında değişen tek şey çemberin yarıçapıdır. Sisteme sürtünme eklendiğinde ise tüm olası yörüngeler bir helezon çizerek merkezde son bulur.

Ruelle, türbülans halindeki akışkanın içinde görülen sarmal akıntıların faz uzayında bir çekiciye doğru çekildiğini hayal etti. Hiç kuşkusuz, bu çekici sabit bir nokta değildir. Bu tıpkı bir yay tarafından enerji kazandırılan sürtünmeli bir sarkacın davranışına benzemektedir. Sarkaç bazı başlangıç koşullarında sıfır noktasına dönecek, bazı durumlarda ise salınmaya devam edecektir. Böyle bir sistemin iki çekeri vardır; ilki kapalı bir sarmal, ikincisi ise sabit bir noktadır. Kısa vadede faz uzayındaki her bir nokta dinamik sistemin muhtemel davranış biçimlerinden birini betimler. Uzun vadede ise çekerlerin kendisinden başka mümkün olan davranış biçimi yoktur.

Yukarıda tanımı yapılan çekiciler geleneksel fizik içerisinde yer alan çekicilerdi. Takens ve Ruelle, farklı türden çekerler düşündüler. Bu yeni tür çekici, faz uzayında sınırlı bir bölgede kendini tekrarlamadan bir yörünge çizmeliydi. Yörüngenin kendi kendini kesmesi daha önce geçilen bir noktanın tekrarlanması anlamına gelir ve bu durumda yörünge periyodik olur. Başka bir deyişle yörünge sonlu bir alan içinde sonsuz uzunluklu olmalıydı. Ruelle ve Takens bu çekicinin tarifini yapmış ve olması gerektiğini söylemişlerdi ama Mandelbrot henüz fraktalları icat etmemişti. Ruelle ve Takens’in tarif ettikleri ‘garip çeker’ ise Lorenz tarafından 1963’te resmedilmişti.


Aniden olan hava hareketleridir. Uçaklar, sıcaklık ya da yükseklik değişimi gibi farklı nedenlerden olan bu hava hareketleri yüzünden sarsıntı geçiriyor.

* Türbülans ile hava boşluğu aynı şey mi?Hava boşluğu türbülans yerine kullanılan yanlış bir terim. Hava gibi gazlarda boşluk meydana gelmesi mümkün değil. Hava boşluğu olarak tarif edilen ve uçağın bir anda düşmesine neden olan olay ise bulutsuz havada oluşan, CAT (Clear Air Turbulance) olarak bilinen ve pilot tarafından önceden görülemeyen açık hava türbülansı.

* Tehlikeli mi?Yolcuların türbülanstan korkmasına gerek yok. Ancak uçuş boyunca ikaz ışıkları yanmasa bile kemerlerini bağlı tutmalarında fayda var. Çünkü uçuş sırasında hava akımlarının yaşanması çok doğal. Ancak bunlar yerinde oturan ve kemeri bağlı olan yolcuları etkilemiyor.

* Uçağı düşürür mü?Hayır. Türbülans uçağın irtifa kaybetmesine neden olabilir ama bugüne kadar türbülans yüzünden hiç uçak düşmedi.

* Pilotlar türbülans olup olmayacağını nasıl anlıyor?Türbülans olup olmayacağına dair en önemli ipucu aynı rotada daha önce uçan uçaklardan alınan bilgi, meteoroloji uzmanlarının hazırladığı tahmin raporları ve yine pilotlar tarafından hazırlanan raporlardır. Ancak radarlardan görülemeyen açık hava türbülansına da sık sık rastlanıyor.

* Açık hava türbülansı neden fark edilmiyor?Türbülans, normal şartlarda radarla tespit edilebiliyor. Ancak açık havalarda meydana gelen türbülans, hava bulutlu olmadığı için radarda görülemiyor. Yani pilotlar da hazırlıksız yakalanıyor.

* Türbülans belirli bir yüksekliğin üstünde mi meydana geliyor?Türbülans olaylarının üçte ikisi 9 bin metrenin üzerinde meydana geliyor. Ancak gerek fırtına gerekse çevrede başka uçakların olması gibi nedenlerden dolayı daha alçakta da türbülansa rastlanabiliyor.

———–
Wake türbülansı

Wake türbülansı (İngilizce: Wake turbulence), uçağın kanatlarının üstü ve altı arasındaki basınç farkı nedeniyle uçağın arkasında oluşan girdaptan (wingtip vortices) kaynaklanan türbülans. İngilizce wake sözcüğü “bir hava veya deniz taşıtının geçtikten sonra havada veya suda bıraktığı iz” anlamına gelir.[1] Bu nedenle wake türbülansı bazen iz türbülansı olarak da adlandırılır.

Uçuş emniyeti

WT hava meydanlarındaki uçak kazalarının önemli sebeplerinden biridir. ICAO’ya göre uçuş emniyetini artırmak amacıyla inişte wake türbülansı ile karşılaşan pilotların mümkün olan en kısa sürede ilgili hava trafik kontrol ünitesini haberdar etmesi gerekir.

Meydan turunda ağır bir uçağın arkasından gelen hafif bir uçağın birkaç yüz ft üstte veya en az 1000 ft altta ve rüzgâr içinde (geldiği tarafta) uçması tavsiye edilir.[2] Kalkışta hafif uçağın yerden kesilmeyi (tahmini WT bölgesini geçene kadar) geciktirmesi, inişte öndeki uçağın WT’sinin bittiği noktanın ilerisine konması gerekir.

Önlemler
Uçak sınıflandırmaları

ICAO uçağın azami Kalkış Ağırlığı (Maximum Take Off Mass: MTOM)’na göre aşağıdaki gibi kategorileştirmektedir:[4]

    Ağır – Azami kalkış ağırlığı 136.000 kilogram veya daha ağır olan uçaklar.
    Orta – Azami kalkış ağırlığı 7.000 kilogram’dan ağır ve 136.000 kilogram (300.000 pound)’dan hafif olan uçaklar.
    Hafif – Azami kalkış ağırlığı 7.000 kilogram (15.000 pound) veya daha hafif olan uçaklar.

FAA ise ICAO’nun kategorilerinin yerine aşağıdaki kategorileri kullanmaktadır.[5]

    Süper – Airbus A380
    Ağır – Azami kalkış ağırlığı 255.000 pound (116.000 kilogram) veya daha ağır olan uçaklar. (whether or not they are operating at this weight during a particular phase of flight.)
    Büyük – Azami kalkış ağırlığı 41.000 pound (19.000 kilogram) veya daha fazla 255.000 pound’dan daha hafif olan uçaklar.
    Küçük – Azami kalkış ağırlığı 41.000 pounds veya daha hafif olan uçaklar.

Minimum ayrım

Daha aşağı vortex kategorisine ait bir uçak daha üst vortex kategorisine ait uçağın kalkışının ardından belirli bir süre kalkış izni verilmez. ICAO’ya göre daha ağır uçakların ardından kalkış veya iniş yapan hafif uçaklar için ayrım şu şekildedir.[6]
Öndeki uçak Arkadaki uçak Aynı noktadan kalkışta ayrım Ortadaki bir bölgeden kalkışta ayrım
A380-800 Hafif 3 dakika 4 dakika
Ağır Hafif 2 dakika 3 dakika
Üst orta Hafif 2 dakika 3 dakika
Alt orta Hafif 2 dakika 3 dakika
Küçük Hafif 2 dakika 3 dakika
Hafif Hafif Belirtilmemiş Belirtilmemiş
Öndeki uçak Arkadaki uçak Son yaklaşmada yatay mesafe ayrımı
A380-800 Hafif 8 NM
Ağır Hafif 7 NM
Üst orta Hafif 6 NM
Alt orta Hafif 5 NM
Küçük Hafif 4 NM
Hafif Hafif Gerek yok

İz türbülansı kanatlardan geriye ve dış yanlara doğru (genişleyerek) uzaklaşır. Yaklaşık 5 veya daha fazla knotluk yan rüzgar vorteksleri dağıtır. 3 knotluk yan rüzgar, kanatlardan birindeki vorteksi pist üzerine taşıyacağından oldukça tehlikelidir.[7]


Türbülanslar İklimler Yüzünden Artacak

Bir uçuş sırasında türbülansı tecrübe etmek, emniyet kemeriniz bağlı olduğunda çoğunlukla tehlikesizdir fakat istenilen bir durum da değildir. Yapılan yeni bir çalışmaya göre ise, gelecekteki türbülanslar şimdi tecrübe edilenler kadar masum olmayacak. Önümüzdeki yıllardaki türbülanslar daha fazla ve tehlikeli olacaklar. Öyle ki, bu türbülanslar uçakların içerisindeki insanları yerlerinden fırlatabilecek. Advances in Atmospheric Sciences‘da yayımlanan çalışmada, bilim insanları, iklim değişikliğinin bir sonucu olarak türbülansların şiddetinin nasıl değişeceğini incelediler. Sonuçlarsa pek iyi görünmüyor. Çok sık uçuyor olsanız bile, gelecekteki türbülanslar endişe verici olabilir. Çünkü gelecekteki türbülanslarda şimdiye kıyasla %149’a kadar bir şiddet artışından söz ediyoruz. Şiddetli türbülansların tanımında yer alan ‘’uçak geçici olarak kontrol dışına çıkabilir,’’ cümlesini dikkate alacak olursak, gelecekteki türbülanslar yalnızca endişeye yol açmakla kalmayabilir.

Türbülanslar, en hafiften şiddetliye dört kademede gerçekleşir. Türbülans, gök gürültülü fırtınalar, bulutlar, atmosferik basınçtaki değişiklikler veya soğuk ve sıcak hava cepheleri arasındaki geçişler gibi birçok nedene bağlı olabilir. Fakat, bazen gökyüzü açıkken bile beklenmedik şekilde türbülansla karşılaşabilirsiniz. Açık hava türbülansı olarak adlandırılan bu durum, gökyüzünde hiç bulut yokken bir anda gerçekleşiyor. Açık hava türbülansında uçak, rüzgarın yönünde ya da hızındaki ani farklılıklardan dolayı savrulabiliyor. Yani bu türbülans türü, herhangi bir şekilde tahmin edilemiyor. Aniden gerçekleştikleri için de uçak, pilotlar ve yolcular hazırlıksız yakalanıyorlar. Yaralanmalar da genel olarak bu türbülanslar dolayısıyla gerçekleşiyor. Araştırmacılara göre, bu tür türbülanslar, iklim değişikliğinden dolayı daha güçlü ve daha dengesiz olacaklar. Bilim insanları yaptıkları çalışma kapsamında bilgisayar modellemeleri kullandılar ve havadaki CO2 oranlarındaki değişiklik ile türbülansların şiddetlerini karşılaştırdılar. Bulgulara göre en düşük şiddetteki türbülanstan en şiddetli türbülansa kadar bilinen bütün türbülansların etkisi %59 ila %149 arasında artacak. Yeni nesil uçaklar her türlü hava koşulunda güvenli seyahati sağlamak için geliştiriliyor. Dolayısıyla uçağın türbülans dolayısıyla düşmesi oldukça zor, yani bu yönde endişelenmenize gerek yok. Fakat, halihazırda yaşadığımız türbülanslarda bile ciddi yaralanmaların olabildiğini göz önüne alırsak, gelecekteki türbülanslar uçakların iç tasarımlarında birtakım farklılıkları beraberinde getirebilir. İlgili Makale: Williams, P.D. Adv. Atmos. Sci. (2017) 34: 576. doi:10.1007/s00376-017-6268-2



Kaynaklar : 
Wikipedaia
Kerimusta
ilginchersey
bilimfili