Hava Özgün Yazılar

Dördüncü ve Beşinci Nesil Motorlar Arasındaki Farklar

Son yıllarda TUSAŞ Milli Muharip Uçak TF-X ve Sukhoi Su-57 Felon motorlarının beşinci nesil isterlerine sahip olmadığı konusu çokça tartışılmaktadır. Nitekim Savunma Sanayii Başkanı Prof. Dr. İsmail Demir de Milli Muharip Uçağın ilk prototiplerinin 4.5 nesil olacağını birçok kez ifade etmiştir.

Yazıya başlamadan önce şunu belirtmek gerekir ki; dördüncü nesil ve beşinci nesil artyakıcılı turbofan motorlar arasında sanıldığı kadar çok büyük ve kesin çizgilerle ayrılmış farklar yoktur. Fakat bu zamana kadar üretilmiş beşinci nesil uçak motorlarının kabiliyetlerine bakılarak ve günümüz ile geleceğin muharebe şartlarının gereklilikleri düşünüldüğünde genel geçer fikre sahip olabiliriz.

Günümüzde üretimi devam eden dördüncü nesil savaş uçağı motorları şunlardır: General Electric F404, General Electric F110, Eurojet EJ200, Snecma M88, Saturn AL-31F/41F.

Günümüzde başarıyla üretilmiş veya geliştirmesi devam eden beşinci nesil savaş uçağı motorları ise şunlardır: Pratt Whitney F119, Pratt Whitney F135, Xian WS-15, Saturn İzdeliye 30.

Bunların haricinde; beşinci nesil savaş uçağı motoru olma iddiası ile ortaya çıkmış fakat üretime geçmemiş ve prototip aşamasında sonlandırılmış iki motor var: General Electric YF120 ve General Electric/Rolls Royce F136.

Pratt Whitney kendi internet sitesinde F-35’in sahip olduğu F135-PW-100 motorunun 4. nesil motorlara göre bazı farklarını şu şekilde belirtmiştir:

  • 4. Nesil motorlara göre termal yönetim kapasitesinde %50 artış
  • 4. nesil motorlardan 13 kat daha güvenli
  • 4. nesil motorlara göre planda olmayan motor sökme işlemlerinde %93 azalma

Dördüncü ve beşinci nesil savaş uçağı motoru arasındaki farklar temel olarak teknoloji, malzeme bilimi ve tasarım kavramlarındaki ilerlemelere atfedilebilir. Bu farklar motorun performans, verimlilik ve gizlilik yeteneklerinde iyileşmelere yol açar. Lafı uzatmadan 5. nesil bir savaş uçağı motorunun hangi kabiliyetlere sahip olmasının beklendiğine bakalım:

1- Geliştirilmiş Motor Performansı ve Supercruise Yeteneği

5. nesil motorlar genellikle daha yüksek itiş-ağırlık oranları sağlar, böylece uçakların daha hızlı ivmelenmesine, daha yüksek hızlara ulaşmasına ve daha yüksek bir tırmanış hızına sürdürülebilir şekilde ulaşmasına olanak tanır. Motorun kuru itki gücünün, yani artyakıcı (afterburner) açmadan üretebileceği güç, uçağın supercuise yapabilmesinin en önemli etkenlerindendir. Çoğu 4. nesil motor süpersonik hızlara ulaşmak için artyakıcı açılmasını gerektirir ve bu da menzili ciddi şekilde azaltır ve kızılötesi gizliliği olumsuz etkiler. Supercruise elbette sadece motora bağlı bir yetenek değil fakat en önemli ilk iki etkenden biridir. Supercruise hakkında çok daha detaylı bilgi almak için şu yazımızı okuyabilirsiniz: “Supercruise Nedir ve Neden Önemlidir”

Milli Muharip Uçak sahip olduğu General Electric F110 GE-129 tipi motorları ile supercruise yapamamaktadır. Bu sebeple TEI genel müdürü Prof. Dr. Mahmut Faruk Akşit, Mayıs 2022’de şu açıklamalarda bulunmuştur:

“Biz Raptor’ların motorunun itiş gücünü verebilecek seviyeye geldik. Milli Muharip Uçak için 35 bin pound güçte bir motor yapabileceğimize eminiz. Kendimize güveniyoruz. MMU için yapılması planlanan motorun üreteceği 35 bin pound güç, 30 bin ila 40 bin beygir arasında bir güç demektir. Tek bir motorla böyle bir güç elde edilecek ki Milli Muharip Uçağı’mızda bu gücü üreten iki motor olacak. İki tane 30 bin ila 40 bin beygir arasında güç üreten motor müthiş bir ivmeyle sizi ittiriyor. Savaş uçağının atak olması lazım. Böyle bir güce ihtiyaç var.”

Aynı zamanda TUSAŞ’da Milli Muharip Uçak program direktörleri de ısrarla F110 motorlarının “ara çözüm” olduğunu muhtelif röportajlarda vurgulamışlardır.

2- Adaptif Motor Teknolojisi

Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT) olarak adlandırılan bu teknoloji sayesinde; yalnızca yüksek hız (mevcut birçok savaş uçağı motoru) veya yalnızca yüksek yakıt verimliliği (mevcut ticari motorların çoğu) için tasarlanmış bir motora sahip olmak yerine, nihai ADVENT motoru her iki koşulda da çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

F-35 Lightning II’de kullanılan Pratt Whitney F135 motoru, adaptif motor teknolojisini kullanır. Bu motorlar, uçuş koşullarına bağlı olarak by-pass oranını ve fan basınç oranını otomatik olarak ayarlayarak performansı, yakıt tüketimini ve termal gizliliği optimize eder.

3- Malzemeler ve İmalat

4. Nesil motorlar ile 5. nesil motorlar arasında geçen yaklaşık 20 yılda malzeme bilimi ve imalat teknolojileri çok ilerlemiştir. 5. nesil motorlar, motorun ağırlığını hafifletmek ve dayanıklılığı artırmak için kompozit malzemeler ve eklemeli imalat gibi gelişmiş malzemeler ve imalat tekniklerini kullanır. Aynı zamanda titanyum alaşımlar ve nikel bazlı süper alaşımlar gibi daha gelişmiş ısıya dayanıklı ve hafif malzemeleri daha fazla kullanır. Bu malzemeler daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir, böylece motorlar ek soğutma ihtiyacı olmadan daha yüksek performans ve stres seviyelerinde çalışabilir.

4- Azaltılmış Kızılötesi İmza

5. nesil motorlar, ileri teknoloji soğutma sistemleri ve nozzle (egzoz) tasarımları kullanarak uçağın kızılötesi imzasını en aza indirmek için gelişmiş teknolojilere sahiptir. Bu, kızılötesi radar ve sensörler tarafından tespit olasılığını azaltır ve uçağın stealth teknolojisinin en önemli yönüdür.

Motorun ısı imzası, “hava çerçeve” yapısıyla karşılanabilir, bu yapı önde soğuk havayı motorlardan önce çekip, soğuk havayı motor egzozunu “saran” bir şekle dönüştürerek ısıyı sarmalar. Bunu bir sosisin etrafına sarmalanmış pastırma gibi düşünebilirsiniz: Sosis sıcak egzoz, pastırma ise sıcak egzozu saran soğuk hava. Motorun orta gövdesindeki ısı, uçağın dış gövdesi ve kaplamasıyla telafi edilebilse de; özellikle dışarı uzanan nozzle bölümünün ısısı çok önemlidir.

5- Azaltılmış Gürültü

Bazı kaynaklara göre 5. nesil bir savaş uçağı motoru azaltılmış gürültüyle, düşük ses frekansında çalışmalıdır. Fakat bunun uçağın gizliliğini ne derece etkilediği tartışmalı bir konudur.

6- Kolay Bakım ve Onarım

Yeni nesil bir savaş uçağı motorundan, daha iyi bakım ve onarım konusunda geliştirilmiş tasarımlara sahip olması beklenir. Bu da bakım saatini azaltır ve işletme maliyetlerini düşürür. Modüler tasarımlar ve geliştirilmiş teşhisler, daha hızlı ve daha basit bakım işlemlerine yardımcı olur.

7- Daha Yüksek Aviyonik Entegrasyon

Yeni nesil motorlar, uçağın aviyonik, uçuş kontrolü ve diğer sistemlerle yoğun bir entegrasyona sahiptir. Performansı optimize etmek için veri sağlar ve varsa itki yönlendirme gibi fonksiyonlar için komut alabilir. 4. nesil motorlar genellikle uçak sistemleriyle daha sınırlı bir entegrasyona sahipti.

8- S-Duct Hava Alığı

Motora hava beslemesini uçağın ön tarafında bulunan hava alıkları (inlet) sağlar. İçeri giren hava motorun itiş gücü üretmesini sağlar. Üçüncü nesil savaş uçaklarında motor hava alığı koridoru çoğunlukla düz bir yapıda iken, dördüncü nesil uçaklarla birlikte S-Duct şeklinde tabir edilen, kıvrımlı hava koridoru yapısına geçilmiştir. Beşinci nesil bir uçakta ise motor hava alığı koridorunun kesinlikle S-Duct yapıda olması beklenir.

Örneğin aşağıdaki görselde bazı uçakların hava alıklarını görmektesiniz. Su-57’nin motoru çok net gözükürken, Rafale’de biraz gizlenmiş, F-22 ve F-35’de ise motor tamamen gizlenmiştir. Bu sayede uçağa ön taraftan gelen radar dalgaları ciddi ölçüde absorbe edilmektedir.

Not: Milli Muharip Uçağın gelen fotoğraflarından anlaşıldığı kadarıyla TUSAŞ mühendisleri bu görevi layıkıyla yerine getirmiş gözüküyor.

9- Çok Düşük Yoğunlaşma İzi (Contrail)

Uçakların arkasında, yoğunlaşma sonucu oluşan ize; kuyruk yoğunlaşma izi adı verilir. Uçaklar yaklaşık olarak 25 bin ila 30 bin feet irtifada yol alırlar. Bu seviyedeki sıcaklıklar çok düşüktür. Uçak yüzeyi ve egzoz gazı ise çevreye göre daha sıcaktır. Bu sebeple yoğunlaşma meydana gelerek uçağın arkasında bulutumsu şekiller oluşur. Beşinci nesil bir uçak motorunun bu izi çıkarması istenmez.

Contrail (yoğunlaşma izi) için bir çözüm, motorun nozzle kısmına su buharının yoğunlaşmasını engelleyen kimyasallar enjekte etmektir.

Contrail

Yukarıda saydığımız bazı maddelerin uçağın 5. nesil kabiliyetlerine etkisi düşük düzeyde olacağından görmezden gelinebilir. Örneğin yakıt verimliliği, bakım-onarım kolaylığı ve arıza sıklığı gibi. Fakat supercruise kabiliyeti, düşük kızılötesi ve düşük radar imzası; uçağın 5. nesil olarak tanımlanmasını doğrudan etkilemektedir ve muharebe alanında etkisi doğrudan gözlemlenecek özelliklerdir.

Özetle 5. nesil savaş uçağı motorları, 4. nesil muadillerine kıyasla performans, verimlilik, gizlilik ve bakım kolaylığı alanlarında gelişmeler sunar. Bu ilerlemeler 5. nesil savaş uçaklarının önceki nesillere göre genel üstünlüğüne katkıda bulunur.

Etkinlik Takvimi