Pervaneler optimum hücum açılarının dışında çalıştıklarında performansı azalır. Bu yüzden motor devri ve uçağın hızı değiştikçe en iyi verimi sağlamak için kanatçıkların eğim açısını değiştiren bir mekanizma kullanılır. Örneğin uçağın hızı arttıkça pervane kanatçıklarının etkili hücum açısının daha büyük değerlere değişmesi gerekir. Bu, ayrıca yakıt tüketimini de azaltır.

Havacılığın başlangıcında kullanılan sabit adımlı (hatveli) pervaneler, hızlanmaya bağlı performans kısıtlamaları ve artan yakıt tüketimiyle büyük dezavantajdı. 1915’li yıllarda pervane seçimi tek bir uçuş koşulu göz önünde tutularak yapılıyordu: Yüksek sürat, kısa mesafe iniş-kalkış, manevra yeteneği, yüksek irtifa vb. Seçimi yapan, pervanenin performansını hesaplamak ve bunun sonucunda saptanan koşullara uygun uçağı tasarlamak (pervane-motor-kanatlar-gövde-performans) zorundaydı. Değişebilir adımlı (hatve) pervanelerin geliştirilmesinden önce normal seyir, tırmanış veya kalkış hangi uçuş safhası önemliyse, onu etkili kılacak sabit-adımlı pervaneler kullanılırdı. Hal böyleyken diğer uçuş safhalarında çalışma optimal olamaz veya pervane tüm uçuş hareketlerinde ortalama performans gösterecek biçimde seçilirdi. Ancak I.Dünya savaşından sonra optimum kanatçık hücum açısını korumak için otomatik mekanizmalar geliştirilmişti.

1918’de pervane göbeğine eklenen mekaniki bir düzenekle, pervane kanatçıklarının adım (hatve) ayarını değiştirerek uçağın farklı manevralarında en iyi performansı elde edebilen pervaneler ortaya çıktı. İlk kez İngiltere’nin Farnborough’taki Kraliyet Uçak Fabrikasında iki-adımlı (hatveli) bir pervanenin tasarımı yapılmıştı. Yine de kesin çözüm 1924’te İngiltere’de H.S. Hele-Shaw ile T.E. Beacham tarafından patenti alınan ve uygulamadaki üretime ilk kez 1932’de ABD’de devreye sokulan, değişken-adımlı (hatveli) pervane idi. Bunda pervane, göbekteki bir mekanizmaya sabitlenmekteydi: Bu mekanizma tüm kanatçıkların açıklık doğrultusunda ve bir eksen etrafında onları çevirmekteydi. Böylelikle pervane adımı (hatvesi) tüm uçuş hızları ve diğer manevralarda maksimum verim alabilecek şekilde değişik pozisyonlar alabilmekteydi.

Değişebilir adımlı (hatve) pervaneler, problemleri çözümlenip geliştirilerek ancak 1935’ten sonra yetkin kullanıma girmişti: Bu da sabit hızlı pervanelerle sağlanabilmişti. Bu sistem tüm uçuş hızları aralığında motorun dakikadaki devir sayısını (RPM) sabit tutan, uygun motor torkunu sağlayacak biçimde hatve açısının sürekli ve otomatik olarak değişmesine olanak sağlamaktaydı.

Başlangıçta hidro-mekaniki olan bu düzenekler, II. Dünya savaşında elektrikle kontrol edilebilir modellere geçilmişti. Daha sonraları kendi kendini yöneten V-Prop tipi düzenekler, özellikle pistonlu motorların yerini turbo-propların yer almasıyla yaygınlaşmıştı.

TERS YÖNDE DÖNEN PERVANELER

Genelde pervaneler saat istikameti yönünde dönerler. Ters yönde dönen pervaneler genellikle kanatlara montelenmiş çok motorlu uçaklarda kullanılır. Bu pervaneler tork ve basınç faktörü etkilerini dengelemek için birbirlerinden farklı yönlerde dönerler. Ancak bunun istisnaları da vardır. Örneğin dört motorlu Airbus A-400 tipi nakliye uçağında aynı kanattaki pervaneler birbirinin tersi yönde dönmektedirler.

Bir de ters dönen pervaneler vardır. Eş merkezli itki (tahrik) şaftları üzerine ters yönde dönen iki pervane önlü, arkalı yerleştirilir. İkinci pervane öndekinin hemen hava akışının içerisinde yer alır. Öndeki pervane itiş gücünün büyük bölümünü sağlarken arka pervane, pervane akımında havanın dönme hareketinde kaybedilen enerjinin geri kazanılmasını sağlar. Ters dönüş, pervane çapını arttırmadan, motordan sağlanan gücü arttırmış olur. Ancak sistemin ek maliyeti, gürültü kaynağındaki artış, mekanizmanın karmaşıklığı ve bakım zorluğu nedeniyle yüksek hızların aranıldığı modeller haricinde çok tercih edilmez.

MAKİNELİ TÜFEK SENKRONİZASYONU

Başlangıçta makineli tüfekler pervanenin dönüş dairesinin dışından atış yapacak şekilde uçağa yerleştiriliyordu. Bu da atışların etkisini oldukça düşürüyordu. I. Dünya savaşında uçağın burnuna yerleştirilen makineli tüfeklerin atış anında pervane kanatçıklarına zarar vermemesi için çelik saptırıcılar takılmıştı. Fransız pilot Roland Garros’un geliştirdiği bu düzenekle av uçaklarında önemli ilk adım atılmıştı.

Daha sonra Hollanda asıllı Anthony Fokker, 1915 yılında bu düzeneği daha ileriye götürmüştü. Motorun krank miline, pervanenin kanatçıklarıyla bir hizada olacak özel kama yerleştirdi. Makineli tüfekten çıkan mermiler pervane kanatçıklarına isabet edecek pozisyona gelince, ilgili kama bir dizi mekanizmayla tüfeğin ateş etmesini engelliyordu. Durum düzelip kanatçıklara isabet riski ortadan kalkınca ilgili mekanizmalar devreden çıkarak makineli tüfeğin ateş etmesine izin veriyordu. Kısaca makineli tüfek, ana milden aldığı tetik düşürme kumandasıyla çalışıyordu. 1918 yılında Alman Fokker-DVII tipi uçağın pervanesi burundaki iki makineli tüfekle senkronizeli çalışabildiği için av uçakları kategorisinde çok önemli bir üstünlük sağlamıştı. Pervane dönüşüyle senkronizeli makineli tüfeklerle, avcı uçaklarında büyük bir sıçrama olup gerçek av uçağı dönemi başlamıştı.

Günümüzde pervane kanatçığının içyapısı

PERVANE MALZEMELERİ

Havacılığın başlangıç yıllarında, havanın dönüş sürtünmesi, sıkıştırması ile havanın olumsuz direncinin azaltılması için başka malzemeler (bakır plakalar, vernik emdirilmiş keten, metal döküm vb.) denenmişti. Özellikle toprak zemine iniş ve kalkışta taş parçacıklar, hatta bez parçaları bile büyük hasarlar vermekteydi. Ne ki elde edilen sonuçlar aşırı ağır ve/veya çok dayanıksız olduğundan ahşap, bir süre pervane için ana malzeme olmuştu. İlk denemelerde ahşabın yanında ince kalay tabakalar kullanılmasına rağmen, dayanıksızlığı nedeniyle hemen vaz geçilmişti. Brezilya asıllı Fransız Albert Dumos Santos, 1906 yılında hava gemileri (bir tür zeplin) için tasarladığı çelik şaftlı alüminyum kanatlı pervaneler kullanarak, (başlangıçta çok verimli olmasalar bile) metal malzemede öncülük yapmıştı. I.Dünya savaşı başlangıcında maun ağacı tercih edilen malzeme olmasına rağmen savaş içindeki temin zorluklarından ötürü ceviz, meşe, kestane, kiraz, dişbudak ve bazı tür çam ağaçları kullanılmıştı. Fırınlanıp, verniklenen pervane, uçaktaki en değerli malzemelerden biriydi; özenle bakımı ve korunması gerekiyordu. 1925’ten sonra pervanede ahşap kullanımı yerini yavaş yavaş daha iyi özelliklere sahip olan çelik veya alüminyum alaşımlı malzemeye geçilmişti. Kompozit malzemelerdeki gelişime paralel olarak günümüzde pervane üretiminde çok değişik hafif, darbelere mukavim vb. özelliklere sahip alaşımlar kullanılmaktadır.

PERVANE ÜRETİCİLERİ

Dünyada pervane üreten ülkelerden önde gelenler: ABD, Almanya, Rusya, İngiltere, Fransa, Çin, Çekya, Brezilya, Kanada sayılabilir. Şirketler bazında en eskisi American Propeller Manufacturing Company 1909 yılından beri faaliyetini sürdürmektedir. Diğer bir Amerikan şirketi ise 1917’de kurulan Hartzell Propeller Inc.’dır. Her ikisinin de uçak tiplerine göre ürettikleri ve daha sonra geliştirdikleri pervane modelleri, ayrı ayrı 500 den fazladır. Günümüzde özel istekleri de karşılayabilen üretim kapasiteleri vardır. Klasik uçakların dışında, insansız uçaklar (İHA-SİHA), drone yoğun bir şekilde kullanıldıkça pervanelerin çeşitliliğine talep artmaktadır…

İLGİLENENLER İÇİN NOTLAR

*1916 yılından sonra İstanbul Yeşilköy’de bulunan Tayyare İstasyon Komutanlığının tamir kısmında (marangoz atölyesi) pervane üretimi başlamıştı. Haftada dört adet ahşap pervane üretimi Sevr antlaşmasına kadar yapılmıştı… Nuri Demirağ’ın Beşiktaş, Tomtaş’ın Kayseri, Türk Hava Kurumu’nun Etimesgut Uçak Fabrikalarında ahşap ve alaşımlardan pervane üretimi sürmüştü. Ayrıca Vecihi Hürkuş’un kendi ürettiği Vecihi-XIV tipi uçağında sabit hatveli 2.5m çaplı ahşap pervane kullanmıştı.

*Aya ilk iniş yapılan Apollo-11 uçuşunda, Wright Kardeşlerin 1903 model uçağının sol pervanesinden alınan bir parça ve üst sol kanattan alınan kumaş parçası “Ay” yüzeyine bırakılmıştı.

*Kıbrıs Türklerinin konuşmasında (diyalekt) pervane “bumburiya” olarak adlandırılmaktaydı. Yazar Salâh Birsel’e göre bu sözcük Rumcadan sızmıştı…

Yeşilköy Tayyare İstasyonunda pervane üretimi

FAYDALANILAN KAYNAKLAR

*A Century of Flight (Ray Bends - Salamender Books Ltd. 2004)

*The Development of Jet and Turbine Engines (Bill Gunstan – Patrick Stephens Ltd. 2006)

*Propeller Aerodynamics (Frank E.Hitchens – AUK Academic, Standart Ed. 2015)

*History of Flight: From the Flying Machine of Leonardo da Vinci to the Conquest of the Space (Riccardo Niccoli – Rizzoli Inc. 2007)

*Leonardo’s Notebooks (H. Anna Suh – Black Dog& Levanthal Publishers Inc. 2005)

*Powering the World’s Airliners: Engine Developments from Propeller to the Jet Age (Rainer Deicher – Air World, 2020)

*Uçak (David Pascoe – Optimist Yayın ve Dağıtım, 2015)

*Uçak ve Uzay Mühendisleri için Uçuşa Başlangıç (John D. Anderson – Nobel Akademik Yayıncılık, 2016)

*Mühendisler: Ne Bilirler, Nasıl Bilirler? (Walter G.Vincenti – Tübitak Popüler Bilim Kitapları, 2008)

*Türkiye’de Tayyarecilik 1910-1924 (Avni Okar – Yapı Kredi Yayınları, 2004)

*Bir Tayyarecinin Anıları (Vecihi Hürkuş – Yapı Kredi Yayınları, 2000)

*Ayda İlk İnsan: Neil Armstrong’un Hayatı (James R. Hansen – Salon Yayınları, 2018)

*Gökyüzü Neden Başımıza Düşmüyor (Aydoğan Koç – Koç Consulting Ltd. Şti. 2007)

*Aviation Week & Space Technology (May 15-28, 2017)

*Flight International (18 August 2014)

*Smithsonian National Air and Space Museum

*Wikipedia