Hücum açısı nedir?

İngilizce’de Angle of Attack olarak geçen Hücum Açısı, uçağın performans limitleri açısından oldukça önemli bir aerodinamik parametredir. Havacılık mühendisleri uçağın kontrol ve dengesinin sağlanması için hücum açısı üzerinde önemle durmaktadır.

Hücum açısı (AOA); uçağa gelen hava ya da rüzgârla, uçağın referans olarak verilen hatla arasında kalan açıdır. Burada referans olarak verilen hat derken belirtilmek istenen uçağın gövde merkez hattı ya da uzunlamasına eksenidir. Bazen bu referans kanat üzerinde ortalama bir noktanın hattı olabilir. Sağlıklı kullanılan bir referans hattında neyin referans hattı olarak alındığı herhangi bir farklılık yaratmaz.

Hücum açısı, çoğu kez Pitch Angle ya da Flight Path Angle ile karıştırılmaktadır. Pitch Angle’da yerkürenin yatay ekseni referans alınır. Türkçe’de Tırmanış Dalış Açısı olarak geçen Pitch Angle uçağın uzunlama ekseni ile yerkürenin yatay ekseni arasında kalan açıdır. Şekilden daha net anlaşılabileceği üzere uçağın burnu havadayken yerküre ve referans hatları ile arasında oluşturduğu açılar birbirinden farklı isimlendirilmektedir. Pilotlar için hücum açısı bunların arasında en kritik olandır. Neticede, Flight Path Angle, Pitch Angle ve Hücum açısı arasındaki ilişki sebebi ile Flight Pitch Angle düşük olsa ve uçağın burnu ufkun altında kalsa dahi uçak yüksek bir Hücum Açısına ulaşabilir.

Bir kanadın taşıma kuvveti sağlaması için kanadın üst yüzeyindeki basıncın alt yüzeyine göre daha düşük olması gerekmektedir. Kanat altı ve üstü arasındaki basınç farkı ne kadar fazla ise taşıma kuvveti de o denli büyük olacaktır. Buradaki basınç farkı oluşması için ise hava süratine ihtiyaç vardır. Hava süratlendikçe basınç azalacaktır. Tabii ki burada kanat profili ve duruşu oldukça önem taşımaktadır. Dümdüz simetrik kesit profiline sahip bir kanat düşünün ve de yer ile paralel sıfır hücum açısıyla uçurulmaya çalışıldığını hayal edin. Böyle bir durumda kanadın üst ve alt yüzeyindeki basınç dağılımları aynı yani simetrik olacağı için hiçbir taşıma kuvveti üretemeyecektir. Taşıma kuvvetinin sağlanması için buradaki simetrinin bozulması gerekmektedir. Bu simetri de iki şekilde bozulabilir. Biri hücum açısı diğeri ise kambur kanat profilidir. Her iki durum sayesinde karşıdan gelen hava firar kenarını düzgün biçimde kanadı izleyerek terk eder ve havanın hızlı geçmesi sağlanır. Bu yüzden, uçağın havalanmasında kanadın sağladığı buradaki takım oyunu büyük önem taşımaktadır.

Peki, kanatların görevi kaldırma kuvvetini sağlamaktır dedik. Kaldırma kuvvetinin tam olarak oluşmasında hücum açısının fonksiyonu nedir? Şöyle ki; Eğer hücum açısı artırılırsa, kaldırma kuvveti de artacak, hava sürati ve geri sürükleyici kuvvetlerde değişiklik olacaktır. Uçuş sırasında, uçuş seviyesinin korunumu için, uçağın sürati azaldığı anda hücum açısı artırılmalı; tam tersi uçak sürati arttığı anda ise hücum açısı azaltılmalıdır. Bu demek oluyor ki, hücum açısı ile uçağın sürati arasında ters orantı vardır. Hücum açısını kontrol etmenin bir diğer yolu da flap kullanımıdır. Flaplar uçağın kaldırma kuvvetine destekte bulunarak hücum açısı ve uçak süratini kontrol altında tutabilir. Özellikle, kalkış ve düşük süratin şart olduğu iniş safhalarında kullanılan flaplar ile hücum açısı kontrol altına alınmaktadır.

Peki, hücum açısının kontrol edilemediği durumlara bakacak olursak ne gibi sonuçlar ile karşılaşılabilir?    

Küçük ve orta derece hücum açılarında hava akımı uçak kanadının alt ve üstünden düzgün bir biçimde yüzeyi izleyerek geçer ve nihayetinde kanadı firar kenarından terk eder. Ancak 8-10 derece gibi yüksek hücum açılarında ise kanadın üstünden geçen hava akımı yüzeyi düzgün şekilde izleyemez ve yüzeyden ayrılırken gerisinde girdaplı bir akım bölgesi yaratır. Böyle durumlar uçakta taşıma artışını kısıtlar. Daha yüksek hücum açılarında ise hava akımı daha kanadın üstünden geçemeden hücum kenarında ayrılır. Bu durum taşımayı kısıtladığı gibi aksine azaltmaya da başlar. Buna Stall denmektedir. Detaylı bilgi için Stall nedir başlığı incelenebilir.

Kısacası, doğru bir hücum açısı uçak kararlığını temin edecektir. Uçağın kararlı bir uçuş yapabilmesi için tabii ki doğru bir hücum açısı sağlanmasında ağırlık merkezinin doğru konumlandırılması ve kanat profili oldukça büyük etken oluşturmaktadır.

Peki, hücum açısı nasıl ölçülür?

Uçaklarda pek çok kanat profili için kritik açı 15° dir. Fakat bu derece, bazı  aerodinamik yüzeyler ilavesi ile artırılabilir. Örneğin, savaş uçakları bu konuda en yüksek performansa sahiplerdir; savaş uçaklarının hücum açıları 20° ile 45° arasında değişim gösterebilir. Hatta bazı tasarımlarda bu değerin 90° yi dahi bulduğu gözlemlenmiştir. Günümüzün gelişmiş teknolojisine sahip modern uçakları, olabilecek en büyük hücum açısını geçmelerini engelleyecek uçuş bilgisayar sistemleri ile donatılmışlardır. Aslında uçak kanadının gerçek hücum açısı belli değildir. Hücum açısı sadece uçağın belirli bir noktasına ölçüm cihazı yerleştirilerek ölçülür ve tahmini bir değer verir. Hücum açısı ölçen sensorlar uçağın burnuna yakın yerleştirilir, bunun nedeni ise kanattaki hücum açısının uçağın burnu ile eşit olmasıdır. “Stall Nedir?” başlığında stall’ı ölçen bir uçak sistemi varlığından söz edilmiştir. Burada stall ikaz veren sistemlerin hepsi hücum açısı sensorlarından beslenmektedirler.