Süpersonik nedir? İlk sonik patlamayı kim buldu?

Supersonik uçakları hepimiz biliriz. Özellikle savaş uçaklarında kullanılan süpersonik teknolojisine örnek F-16 savaş uçaklarıdır. Geçtiği zaman büyük bir ses patlaması yapar. Şimdi bu teknolojiyi inceleyerek, Ses nedir? Ses hızı nedir? Süpersonik nedir? Sonik patlama nedir? İlk sonik patlamayı kim buldu? Nasa’nın kullandığı insan bilgisayarlar nedir? Süpersonik teknolojisi nerelerde kullanılır? sorularının cevabını vereceğiz.

Süpersonik nedir?

Süpersonik kavramına geçmeden önce ses ve ses hızı hakkında kısa bilgiler verelim.

Ses nedir? Ses hızı nedir?

Ses, canlıların işitme organlarıyla algıladıkları periyodik basınç değişimlerine verilen addır. Fiziksel boyutu nedir diye sorarsanız ses, katı sıvı veya gaz ortamlarında meydana gelen basit bir mekanik düzensizlik diyebiliriz.. Bir madde içindeki moleküller titreşerek sesi oluşturur.

Titreşimle oluşan ses, aslında bir enerji çeşididir. Ses desibel ile ölçülür ve kısaca db olarak gösterilir. Normal insanın ses gücü 50 ile 60 desibel arasındadır. Bunun üstündeki her ses bizi rahatsız eder. Mesela yüksek ses 90 desibel, füze kalkarken 120 desibel ses üretir.

Şimdi ses hızı kavramına geçelim. Ses oluştuktan sonra yayılma hızına denmektedir. Normal deniz seviyesi ve 20 santigrat derece sıcaklık baz alındığında, ses hızı 1 saniyede 343.2 metredir. Frekanslara göre değişmez ve her frekansda ses aynı hızdadır. Kısaca  ses hızını 340 m/s, 1,087 ft/s, 761 mph ya da 1,225 km/h olarak görebilirsiniz.

Ses hızı, hava sıcaklığı ve yoğunluğuna göre değişir. Mesela ses hızı soğuk havada azalırken, sıcak havada daha da hızlanır. Gündüz güneş ışığı dünyayı ısıttığı için, dalga şeklinde ilerleyen ses yukarı doğru yönelir. Gece ise sıcaklık düşer ve ses dalgaları daha uzağı ve aşağı doğru hareket eder.

Rüzgar arkadan gelirse onla beraber bağırdığınızda, ses zemine doğru hareket eder. Rüzgara karşı bağırırsanız ses yukarı doğru gider. Deniz içinde suyun yapısından dolayı yansıtıcı bir yüzey oluşur ve  ses denizde 4 ile 5 kilometre kadar ilerleyebilir.

Eğer hareketli bir kaynağın oluşturduğu ses hızı, yayılma hızını geçtiğinde aniden ses patlaması olur. Bu durumda ses dalgaları ışın gibi konik alana yayılmaya başlar. İşte bunada şok dalgaları denir.

Bir cismin oluşturduğu ses hızının, ortamdaki ses hızına bölümü ile Mach sayısı elde edilir. Teknik olarak ses hızı, Mach sayısı ile söylenir.

İlk defa ses hızını geçen insan ses hızını Chuck Yeager’dir.

Süpersonik terimi ise, ses hızının (Mach 1) üzerinde bulunan ses hızlarını belirtmek amacıyla kullanılır. Eğer bu cihaz uzun süreli bir şekilde sesten hızlı gitmeye devam ediyorsa, bunada supersonik cihazlar denir. Supersonik teknolojisi en çok savaş uçakları için kullanıldığı için örneğin F-16 bir süpersonik uçaktır. Ayrıca ilk defa yapılan Bloodhound SSC’de bir supersonik arabadır.

İlk sonik patlamayı kim buldu?

ABD ile SSCB (Rusya) arasında 1955’le başlayan meşhur Uzay Yarışı döneminde NASA’nın uçuş yörüngelerini, itme gücünü ve roket dinamiklerini hesaplamak için işe aldığı “insan bilgisayarlar” vardı. Onlardan biri de 1967’de saflara katılan Christine Darden’dı. Sekiz yıl sonra Darden, matematiksel becerilerini mühendislik alanına uygulamaya girişti ve NASA’nın Langley Araştırma Merkezi’ndeki çok az kadın mühendisten biri oldu.

Christine Darden, sonik patlama minimizasyonunu inceleyen bir projede görevlendirilmişti. O sıralarda modern bilgisayarlar yeni kullanılmaya başlanmıştı. Bu sayede Christine Darden, matematik becerilerini de kullanarak, sonik patlamaların etkilerini hesaplayan bilgisayar programları geliştirdi.

Proje üzerinde tam zamanlı çalışırken bir yandan da Virginia’daki George Washington Üniversitesi’nde matematik ve mühendislik bilimleri alanında doktora yapıyordu. Tezinde, NASA‘daki çalışmalarından da faydalanarak süpersonik (sesten hızlı) yolcu uçaklarının çevresel etkilerini inceledi.

Uçak gibi bir nesne sesten daha hızlı hareket ederse yerde “ses patlaması‘ şeklinde duyulan basınçlı hava dalgaları yaratır. Bu patlamalar o kadar şiddetli olabilir ki altlarındaki yapılara zarar verebilir ve hatta camı parçalayabilir.

Süpersonik taşıtların risklerini değerlendirmek isteyen NASA ekipleri, rüzgâr tünelleri kullanarak patlamaları taklit ediyordu. Christine Darden ise patlamaların etkilerini hesaplayan bir bilgisayar programı geliştirmeye koyuldu. Darden’ın verileriyle model deneyleri karşılaştırılınca ikisinin aynı sonuçları verdiği görüldü ama Darden’ın yöntemi model simülasyonu oluşturmaktan daha ucuz ve daha verimliydi.

Ne yazık ki NASA, süpersonik yolcu uçağı projesini durdurdu ama Christine Darden’ın çalışmaları boşa gitmedi. Çalışmalarının askeri uçaklarda faydalı olabileceğini fark eden Durden, ses patlaması araştırmalarını tamamlayarak 1983’te mühendislik doktorasını verdi.

1942 yılında doğan Christine Darden, 3 çocuk sahibi ve halen hayatta. Ses hızını aşan uçaklara öncülük eden Darden, halen gelişmeleri takip ediyor.

İlk sonik patlamayı bulan kişi. Christine Darden NASA’da çalışırken bir fotoğrafı

Ayrıca bakınız

• Uçaklara yön veren VOR sistemi nedir? VOR nasıl çalışır?
• Uçaklar hangi mesafe ölçme tekniklerini kullanıyor?
• Hipersonik uçak ile füze savunmaları geçilebilir mi?
• Sesin hız sınırı en çok kaç olabilir? Ses hızı değişebilir mi?