Aerodinami Nedir?

Aerodinami, otomobil ve uçak tutkunlarının sıkça telaffuz ettiği bir terimdir.

Bazen bir yazıda, bazen konuşma sırasında; bu aracın aerodinamiği iyi, bu uçağın kötü gibi cümlelerle karşılaşmışsınızdır. Peki nedir bu aerodinami? Hadi gelin bunu birlikte inceleyelim.

Kelime Anlamı ve Tanımı

Bir söz öbeği olan bu terim; ”aero” ve ”dinamik” kelimelerin bir araya getirilmesi ile oluşturulmuştur. ”Aero” Eski Yunancada ”hava” anlamına gelmekte ve ”dinamik” ise yine aynı şekilde Eski Yunancadan gelmekte olup, ”hareket” anlamına gelmektedir. Yani hava hareketini inceleyen bir bilim dalı olduğunu tahmin edebiliriz.

Tam tanım olarak ise; hava hareketinin, katı cisimler ile etkileşimi sonucu yarattığı kuvvetleri inceleyen bilim dalıdır. Bu kuvvetler, drag ve lift olarak ikiye ayrılmaktadır. Drag (sürüklenme kuvveti), katı cismin hareketinin tersi yönünde oluşan kuvvettir. Lift (kaldırma/basma kuvveti) ise yine aynı cismi yukarı doğru kaldırmaya çalışan kuvvettir. Koordinat düzleminde bakacak olursak; drag kuvveti x ekseninde, lift kuvvetini ise y ekseninde inceleyebiliriz.

Peki Bu Kuvvetler Nasıl Oluşuyor?

Bu kuvvetlerin oluşumu Bernoulli denklemi ile açıklanabilir. Denkleme göre; hava ne kadar hızlı akıyorsa, basıncı o kadar düşüktür. Dolayısıyla bir katı cismin etkileştiği hava hızları birbirinden farklı ise basınç farkı oluşur. Ve yine aynı denkleme göre; katı cismin bir tarafının basıncı diğer tarafın basıncından fazla olursa, o tarafa doğru kuvvet oluşur.

Ayrıca belirtmek isterim ki; Bernoulli denklemi, akışkanlar mekaniğinin temel prensiplerinden bir tanesidir. Aerodinami ise akışkanlar mekaniğinin alt dalıdır ve birçok mühendislik fakültesinde akışkanlar mekaniğinin içinde anlatılır.

Aerodinamik Kuvvetin Formüle Edilmesi

• F=1/2 x d x Cd x A x V² olarak ifade edilebilir.

Burada;

• d: Havanın yoğunluğu (1.255 kg/m³) deniz seviyesine bağlı olarak değişmektedir.
• A: Aracın dik kesit alanı (m²) tasarımda ne kadar küçültülebilirse o kadar az kuvvet oluşur.
• V: Aracın hızı (m/s) karesine bağlı olarak değişmektedir. Yani düşük hızlarda fazla kuvvet etki etmez iken, yüksek hızlara çıkıldıkça üstel olarak artar. O yüzden binek ve ticari araçlar için çok önemli değildir. Daha çok spor, yarış araçları ile uçakları ilgilendirir.
• Cd: Katı cismin geometrik boyutuna bağlı direnç katsayısıdır. Her aracın tasarımına göre farklılık gösterir. Laboratuvar ortamında CFD analizleri yapılarak belirlenir.

Aerodinamik Kuvvetin Etkileri

1. Özellikle sürat ile ilişkili olmasıyla birlikte, kara taşıtlarında yüksek süratlere çıkıldıkça yere bastırma kuvveti (lift) sağlar ve yol tutuşuna önemli ölçüde katkı sağlar. Örneğin 160 km/s hızla viraja giren bir F1 aracının virajı alamayıp da yine aynı yarışta aynı aracın 200 km/s hızla virajı alabilmesi gibi. Fakat lastiklerin yol ile olan sürtünmesini arttırdığı için lastiklerin daha hızlı deforme olduğu görülür.
2. Yine aynı şekilde yüksek süratlere çıkıldığı zaman aracın hareketine ters etki eden kuvvet (drag) artar. Böylece motora daha fazla yük biner ve hız sınırlanmış olur. Yani aracın maksimum hızının belirlenmesinde aerodinamik kuvvetin etkisi çok yüksektir.
3. Motora binen yükün artması ile birlikte yakıt tüketiminde ciddi derecede artış gerçekleşir.
4. Salınımlar ve gürültü artar böylece sürücü konforunu etkiler.

Yazıma son vermeden önce Ferrari’nin kurucusu, Enzo Ferrari’nin sözüne yer vermek istiyorum. “Aerodinami, güçlü motor yapamayan markalar için geçerlidir.” demiştir. Fakat günümüzde bu sözün geçerliliği kalmayıp; aerodinamik tasarım alanında markalar tarafından, önemli çalışmalar yapılmaktadır.

Kaynakça

https://interestingengineering.com/video/this-is-how-aerodynamics-works-in-vehicles

https://www.mpoweruk.com/flight_theory.htm

https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-aerodynamics-k4.html