Bugün gökyüzündeki uçakların en küçüğünden en büyüğüne kadar, yolcu pencerelerinin şekli birbirine benziyor, oval veya yuvarlak yani, köşeli değil. Peki neden böyle olduğunu biliyor musunuz?
Kare veya dikdörtgen pencereler yolculara daha iyi bir görüş sunmasına rağmen uçak pencereleri neden böyle değil? Nedeni, uçağın aerodinamiğinde ve kabin basıncı ile ilgili tehlikeli bir örnekte yatmaktadır.
Günümüzün kabin basınçlı uçaklarında yuvarlak veya oval pencerelerin kullanılmasının nedeni, uçağın yüksek irtifalarda uçarken kabin içindeki basınç ile dışındaki hava basıncının farklı (Differential Pressure) değerlerde olmasına dayanmaktır. Günümüz uçakları, içindeki insanlar için yetersiz oksijen barındıran 10.000 feetin (yaklaşık 3.000m) üzerinde 25-40.000 feet gibi yüksek irtifalarda uçarlar. Yüksek irtifalarda uçmanın nedeni, düşük basınçlı atmosferde uçağın karşılaşacağı direnci/geri sürüklemeyi (Drag) azaltmak ve daha az yakıt sarf etmek içindir. Yüksek irtifada uçan uçaktaki insanların yeterli oksijeni alabilmeleri için uçak kabinleri kontrollü olarak basınçlandırılır.
Bir uçak 10.000 feetin üzerindeki bir irtifada seyrederken, uçak kabinleri 11-12 psi’ye kadar basınçlandırılırken, dış hava basıncı sadece 4-5 psi gibi düşük olabilir. Kabin içi ile dışındaki 7-8 psi gibi büyük basınç farkı, her kalkış ile iniş sırasında tekrarlanan basınçlandırma döngüleri yolcu pencerelerinde güçlü strese, gerilime neden olur. (psi = pound square inch – inç kare başına libre)
Köşeli olmayan yuvarlak/oval pencerelerin standart olarak seçilmesinin nedeni, şekillerinin pencere paneli boyunca basınç dağılımının eşit olmasına imkan vermesidir. Ki, bu son derece önemlidir.
İşte, bu eşit basınç dağılımı, 70 yılı aşkın bir süredir kabin basınçlı tüm uçakların neden yuvarlak pencere kullandığına açıklama getiriyor. Yolcu uçakları Jet çağı (Jet Age) başlangıcında durum böyle değildi. Ne yazık ki, bu gerçeğin öğrenilebilmesi için kare şekilli pencerelere sahip kabin basınçlı uçakların (de Havilland Comet) havada yarılarak patlamasına ve düşmesi gerekti. Bir diğer deyişle, uçak üreticilerinin bu dersi alması/ öğrenmesi için, maalesef bazı masum insanların ölmeleri gerekmişti.
Uçak kabinleri 1940’lı yıllarda basınçlı hale getirilmeye başlanırken, 1950’lerde jet çağının başlamasıyla bunun önemi daha da artmıştı. O zamana kadar uçak yolcuları, günlük hayattakilere benzer şekilde, kare veya dikdörtgen pencerelere alışkındı. Ancak bu durum ilk jet yolcu uçağı olan ‘de Havilland Comet’in başına gelen facia ile değişti.
27 Temmuz 1949 tarihinde ilk uçuşunu yapan iki Comet uçağından birisi 10 Ocak 1954 ve diğeri 8 Nisan 1954 tarihinde (içlerinde bir bomba patlamadığı halde) havada parçalanarak toplamda 56 kişinin ölmesine neden olunca parçalanma nedenini bulma zorunluluğu gündeme geldi.
Roma’da Londra’ya uçarken İtalya-Elbe adası yakınlarında havada patlayarak denize düşen bir Comet uçağının (G-ALYP) parçaları uzun uğraş ve büyük masraflar yapılarak denizden çıkarıldı. Denizden çıkarılan uçak parçaları üretici ülke olan İngiltere’de tekrar birleştirilerek incelendiğinde uçağın gövdesinin, kare şekilli yolcu pencerelerinin 90° açılı alt köşelerinden boylamasına yarılmış olduğu görüldü. Kabin basıncı bu yarıktan hızla boşalırken (Pressure Dump) gövde parçalanıyor ve bütünlüğü bozulan uçağın düşmesine neden oluyordu. Bunun üzerine yeni bir Comet gövdesi hazırlanarak hidrostatik teste tabi tutuldu. Test sırasında da belli bir basınçlandırma döngüsünün ardından oluşan yorulma sonucu (Fatique Failure) gövdenin, kare şekilli pencerelerin köşelerinden, yarıldığı görüldü.
İşte bu hidrostatik test ile elde edilen sonuçlar, uçağın havada parçalanmasının sebebinin kare pencere tasarımı olduğunu gösterdi. Özellikle, pencerelerin 90° açılı köşeleri çok fazla basınç alıyor ve zamanla basınçlandırma döngüsü içinde gövde malzemesi bu noktalarda aşrı yoruluyor bu da gövdenin önce çatlamasına ve arkasından yarılarak havada parçalanmasına neden oluyordu. Dört keskin köşe, pencere üzerindeki basınç stresinin %70’ini üzerine alıyor, tekrarlanan kullanımlar sonucunda gövdenin yarılarak parçalanmasına neden oluyordu.
Bu tür olayları önlemek için tasarım mühendisleri, basınca dayanacak yeni bir şekil bulmak için harekete geçti. İşte, o zamandan sonra kullanılan dairesel şekilli (yuvarlak veya oval) pencere şekline geçildi.
Günümüz yuvarlak köşeli yolcu pencereleri tek değil, 3 akrilik katmandan oluşuyor ve cam değil. En dıştaki katman (Outer Pane) en kalın olanı ve kabin basıncının tümünü üzerine alıyor, orta katman da (Middle Pane) kalın ve dış katman ile arasındaki basıncı eşitlemek için, en altında küçük bir nefes deliğine (Breather Hole) sahip. Kabin basıncı bu Breather Hole sayesinde dış katmanın iç yüzeyine geçebiliyor. En ince katman ise (Strach Pane) yolcu olarak elimize değdirebildiğimiz iç panel olup orta panele fiziki bir zarar verilmesini önlüyor. Dış panel ile orta panelin arasında bir boşluk yaratma için, “Spacer/Combined Seal” adı verilen bir conta bulunuyor. Ayrıca, yolcu pencerelerinin bulunduğu bölgedeki sağlam yapılı pencere çerçeveleri (Windows Frame) strese, dolayısı ile yarılmaya karşı dayanıklılığı artırıyor.
2018’de ABD Southwest Airlines’ın B737 uçağında sol motorundan fırlayan bir fan pali, uçağın sol tarafındaki bir yolcu camının dış ve orta panellerini kırmış, buradan hızla atmosfere boşalan kabin basıncının bir yolcuyu kısmen dışarıya emdiğini ve sonunda ölümüne neden olduğunu biliyoruz.
Comet uçaklarının yaşadığı havada patlama faciaları sonunda uçak gövdesine uygulanan hidrostatik test ile elde edilen sonuçlar tüm kabin basınçlı uçaklarda olası benzer faciaları önlemiş, havacılık 56 masum insanın canı karşılığında çok önemli bir dersini almıştı.
İlk jet motorlu ticari uçak olan ‘de Havilland Comet’in başına gelen olaylardan bu hayati ders alınmasaydı, kabin basınçlı uçak teknolojisi bu kadar ilerleyemeyecekti.
Erhan İnanç
