Bir savaş uçağının gövdesi çözülebilir bir mühendislik problemidir; motoru ise malzeme biliminin fiziksel tavanına dayanan bir kısıt problemidir. KAAN uçuyor, gövdesi TUSAŞ üretimi, ama motoru GE Aerospace F110. Kızılelma da yerli, motoru Ukrayna'dan. Ayrımın tek bir teknik sebebi var: sıcaklık.
Uçağı yapmak neden motorunu yapmaktan kolay?
Bir uçak gövdesi, çok sayıda alt sistemin doğru entegrasyonuyla ortaya çıkar. Zor, ama parçalanabilir bir iştir: yapı, aerodinamik, kontrol yazılımı, aviyonik, malzeme. Her biri ayrı ekipçe ilerletilip sonunda birleştirilebilir.
Motor öyle davranmaz. Motorun performansı tek bir değişkene, sıcak gazın türbine girdiği andaki sıcaklığa kilitlenir. O sıcaklığı yükseltmeden verim ve itki artmaz; yükselttiğiniz anda ise metal sizi terk eder. Yani motor tasarımı, bir optimizasyon değil, sert bir üst sınıra dayanmış kısıt tatminidir.
KAAN'ın 21 Şubat 2024'teki 13 dakikalık ilk uçuşu bu ayrımın somut örneği: uçak tarafındaki bütün alt sistemler birlikte çalıştı, motor kalemi ise hâlâ kendi olgunlaşma eğrisinde ilerliyor.
Jet motorunun içi neden bu kadar sıcak?
Ölçek için basit bir referans: mutfaktaki fırın azami kademede yaklaşık 250°C'dir. Bir jet motorunun yanma odası sonrasında ise sıcaklık 1.400°C'yi geçer. Aradaki fark beş katın üzerinde.
Kritik nokta şu: türbin kanadını yapan süperalaşımlar, bu sıcaklığa varmadan mekanik olarak çöker. Metal önce yumuşar, sonra sürünmeye (creep) başlar, sonra erir. Üstelik kanat, tüm bunlar olurken dakikada on binlerce devirle dönmekte ve kendi ağırlığının yüzlerce katı merkezkaç yükünü taşımaktadır.
Kısacası tasarım hedefi, malzemenin dayanma sınırının üzerinde bir noktada. Klasik anlamda "daha iyi malzeme seçerek" çözülmüyor.
Malzeme yetmiyorsa mühendislik ne yapıyor?
Sınırın üstüne çıkılamıyorsa, sınırın etrafından dolaşılıyor. Sanayi bunu iki bağımsız numarayla yapıyor ve ikisi de üretim zincirine ağır yük bindiriyor.
Film soğutma. Türbin kanadı içi boş üretilir. İçinden geçirilen daha soğuk hava, yüzeydeki mikron ölçekli deliklerden dışarı verilir ve metalin üstünde ince bir hava tabakası oluşturur. Sıcak gaz, metale değil bu tabakaya sürtünür. Kanat, kendi erime noktasının üzerindeki bir akış içinde çalışabilir hâle gelir. Delik yerleşimi, açısı ve debisi bozulursa perde kopar; koruma da onunla birlikte gider.
Tek kristal kanat. Normal döküm metal, sayısız küçük tanenin birleşimidir ve tanelerin arasında tane sınırları vardır. Yüksek sıcaklık altında hasar ilk olarak bu sınırlarda birikir. Tek kristal kanatta ise metal, ek yeri ve tane sınırı olmadan tek parça hâlinde dondurulur. Malzemenin zayıf ekseni ortadan kalkar, sürünme direnci ciddi ölçüde artar.
Bu iki çözüm, döküm fırınından kaplamaya, ölçüm ve tahribatsız muayeneden test hücresine kadar uzanan uzun bir tedarik zinciri gerektirir. Zincirin bir halkası eksikse motor çıkmaz.
Motor programını zorlaştıran şey tasarım mı, üretim mi?
Yazılım tarafından gelen bir okuyucu için en yakın benzetme şu: motor tasarımı, tek seferlik doğru çalışan bir prototip yazmaya değil, aynı kodun milyonlarca kez, farklı donanımda, hatasız çalışmasını garanti etmeye benzer. Bir türbin kanadını laboratuvarda doğru üretmek mümkündür; asıl mesele, aynı kanadı seri üretimde her seferinde aynı iç geometri, aynı kaplama kalınlığı ve aynı kristal yönelimiyle çıkarabilmektir.
Bu yüzden motor programlarının darboğazı çoğu zaman tasarım masasında değil, üretim ve doğrulama tarafında oluşur. Test hücresinde binlerce saat çalıştırılmamış bir motor sertifikalanamaz; sertifikalanamayan bir motor da uçağa takılamaz. Takvimi uzatan da tam olarak bu doğrulama yükü.
Türkiye bu zinciri nasıl kuruyor?
Yaklaşım kademeli. Önce daha düşük sıcaklık ve güç sınıfında çalışan motorlarla üretim disiplini oturtuluyor, sonra sıcak bölüm zorlanıyor.
- PD170 — insansız hava aracı motoru. Aksungur ile 40.000 ft irtifa; yani ince havada uzun süreli kararlı çalışma.
- TS1400 — helikopter motoru. 1.740 beygir, Gökbey'de kullanılıyor. Turboşaft mimarisi, sıcak bölüm ve güç aktarımı bu basamakta öğrenildi.
- Jet motoru — hedeflenen üst basamak. Türbin kanadı problemi ve onun üretim zinciri tam olarak burada devreye giriyor.
Bu merdiven, milli jet motoru hedefinin neden tek bir projeyle değil, birbirini besleyen programlarla ilerlediğini de açıklıyor.
SSS
KAAN'ın motoru yerli mi?
Hayır. Gövde TUSAŞ üretimi, ancak uçakta iki adet GE Aerospace F110 motoru bulunuyor.
Kızılelma'nın motoru nereden geliyor?
Kızılelma tamamen yerli bir tasarım, motoru ise Ukrayna kaynaklı.
Jet motorundaki temel kısıt nedir?
Türbin giriş sıcaklığı. Verim ve itki bu sıcaklıkla artar; malzemenin dayanımı ise aynı sıcaklıkla düşer. İki eğrinin kesiştiği yer tasarımın tavanıdır.
Film soğutma ve tek kristal kanat birbirinin alternatifi mi?
Hayır, birlikte kullanılırlar. Biri ısıyı metalden uzak tutar, diğeri metalin kendisini kalıcı olarak daha dayanıklı kılar.
PD170 ve TS1400 jet motoru mu?
Değiller. PD170 bir insansız hava aracı motoru, TS1400 ise bir helikopter turboşaftı. İkisi de jet motoruna giden yolda yetkinlik basamağı.
Kaynaklar: TUSAŞ Motor Sanayii (TEI), TÜBİTAK MAM, GE Aerospace F110 ve kurumsal duyurular.
