Havacılık

Uçaklar Neden 400 Hz Elektrik Enerjisi Kullanır?

aminyaumUçaklar, diğer deniz ve bazı kara taşıtlarında olduğu gibi AC ve DC elektrik enerjisine ihtiyaç duymaktadır. Bu elektrik enerji çeşitlerinin birbirine göre avantajı-dezavantajı bulunmaktadır. DC akımın AC akıma göre en büyük üstünlüğü depolanabilmesidir. Bu sayede ilk uçaklarda enerji sağlamada daha çok bataryalar tercih edilmiştir.

Havacılıktaki teknolojik gelişmeler uçakları daha karmaşık yapıya dönüştürmüş, sonucunda DC akım ortaya çıkan yeni görevler için yetersiz kalmıştır. Bunun neticesinde; AC akım gündeme gelmiştir. Örneğin; Radar Sistemleri, Silah Sistemleri, Karmaşık Kokpit Göstergeleri, Galley(uçak mutfağı) Ekipmanları, Isıtma Sistemleri, Uçak İç ve Dış Aydınlatma Sistemleri, Çevresel Sistemler, Yolcu Eğlence Sistemleri vb. sistemler. AC elektrik enerjisinin kullanılması, DC enerjisi kullanılmamasını gerektirmez. Uçaklarda DC elektrik enerjisine mutlaka ihtiyaç vardır. En acil durumlarda dahi bataryalar sorumluluğu alarak hayati uçak sistemlerinin beslemesini gerçekleştirirler. Eğer beslenecek sistem AC bir enerjiye ihtiyaç duyuyorsa, Statik Inverterler vasıtasıyla o sistemi besleyerek, enerjisiz kalmasını önlerler. Yalnız DC elektrik enerjisinin bir kusuru, voltaj seviyesinin değiştirilememesidir. Başka bir ifadeyle, transformatörler DC akımda çalışmadıklarından, bu işi AC akım üstlenmiştir.

Uçaklarda çeşitli voltaj standartları kullanılmaktadır. Bunlar;

115VAC/400Hz (Faz-Nötr Arası Potansiyel Fark)

28VAC/400Hz (Fazlar Arası Potansiyel Fark)

26VAC/400Hz

5VAC/400Hz

28VDC

Yukarıdaki voltajlara baktığımızda göze çarpan yüksek frekanstır. Evlerimizde, işyerlerimizde kullandığımız elektrik enerjisi, faz-nötr arası 220VAC, fazlar arası 380VAC/50 Hz’ dir. Acaba uçaklarda niye böyle bir frekans tercih edilir ki?

Ne tür bir sistem tasarlarsanız tasarlayın o sistemden optimum düzeyde faydalanmak isterseniz, sisteme etki eden bazı parametrelerden fedakarlık yapmalısınız. Bu şuna benzer; uzak bir yerde çok önemli bir toplantınız var, fakat herhangi sebeple bu toplantınıza geç kalacaksınız. Oraya otobüsle gitmek yerine cebinizden bir miktar fazla para vererek uçak bileti alıp toplantıya zamanında yetişirsiniz.(Toplantı ön planda)

Yukarıdaki örnekte olduğu gibi, uçak üzerindeki hedeflerimizden biri de ağırlıktan kaçınmaktır. Ne kadar az yük, o kadar performans. O zaman uçak üzerine monte ettiğimiz komponentler, kablolar ve jeneratörlerin de küçük yapıda olması gerekir. Uçak tasarımcıları bu yapıyı oluşturmak için frekanstan fedakarlık yapmışlardır. Yani 400 Hz kullanmışlar, bu sayede altörnetörler ve komponentler daha küçük ve hafif, elektrik kabloları daha ince kesitli hale gelmiştir. Peki kaynağın AC ya da DC olması ağırlığı nasıl etkiliyor?

DC bir kaynağa bağlı bir elektrik devresinden geçen akım, devreye bağlı iletken kesitinin tamamını kullanarak akar. Fakat AC bir devrede bu durum frekansa göre değişir. AC akım tarafından oluşturulan Eddy akımları Skin Effect denilen olguya sebep olur. Bu durumda; AC akım, frekansına bağlı olarak iletkenin dış kısmını kullanır. Frekansın artması akım akışını iletkenin çeperlerine doğru yaklaştırır. Bu olay aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu da uçaklarda kullanılan kabloların, bobinli aletlerin, transformatör, jeneratör sargıları vb. endüktif elemanların kesitlerinin azalmasını sağlamıştır.

Uçak tasarımındaki yaygın bir kurala göre; bir librelik yükün kaldırılması toplam ağırlığı önemli derecede(beş libreye kadar) azaltmaktadır. Bunun sonucunda ekstra yapısal parça ve yakıt gereksinimi ortadan kalkacaktır. Ağırlıktaki bu azalma uçağın alacağı menzili daha az bir yakıtla almasını sağlayacak ve uçuşu daha ekonomik bir hale dönüşecektir. Ağırlıktaki azalma ayrıca uçağın maliyetini de düşürecektir. Çünkü uçak üzerinde daha küçük ve hafif 50 Hz frekansa göre daha üstün 400 Hz elektrik jeneratörleri bulunmaktadır.

400 Hz frekansa sahip elektrik enerjisinin filtreleme işlemi 50Hz frekansa göre daha kolaydır. Ayrıca uçaklarda kullanılan ve günümüzde yavaş yavaş yerini Laser Gyrolara kaptıran Directional, Vertical Gyro vb. aletler 400 Hz ile çalışmakta ve belli bir frekansın altında çalışması gyro rotorunun devir sayısını çok olumsuz etkilemekte ve bu da hatalı verilere yol açabilmektedir.(bu hatalar kazalara sebep olabilir)

Yukarıda 400Hz gibi yüksek bir frekansın yararlarından bahsettik. Bunun olumsuz bir yanı da vardır. DC bir akımın AC ye göre üstün yanları olduğu gibi, AC akımın da avantajları vardır. Bu da uzak mesafelere kolaylıkla taşınabilmesidir. DC akım uzak mesafelere taşındığında verim kaybolur. AC akımı uzak mesafelere taşımak için güç sabit kalmak şartıyla, voltaj değeri arttırılıp, akım değeri azaltılır. Bu sayede şehirler arası ve şehir içi yüksek, orta ve alçak gerilimde elektrik iletimi, ince kesitli aliminyüm iletkenler yardımıyla yapılır. Bu hatlarda frekans yine 50Hz’ dir. Elektrik hatlarında kaçınılmaz bir gerilim düşümü meydana gelir. Örneğin; evimiz, bulunduğumuz mahalledeki elektrik trafosuna ne kadar uzaksa evimizdeki voltaj o oranda azalır. Trafo çıkışlarındaki voltaj Faz-Nötr arası 220/230VAC/50 Hz iken evimizde 200VAC/50 Hz, hatta daha düşük olabilir. Buna benzer şekilde bir AC kaynaktan uzun mesafeye elektrik enerjisi taşımak istiyorsunuz; cihazı devreye bağlamadan ölçtüğünüz voltaj ile cihaz takılı durumdaki voltaj farklı olacak ve cihaz çalışmayacak, çalışsa dahi verim tam olmayacaktır. Gerilim düşümünün ortaya çıkması, enerjiyi taşımada kullanılan iletkenin direncinden kaynaklamaktadır. Bunu önlemek için iletken kesiti arttırma yoluna gidilebilir ya da trafonun çıkış voltajı arttırılabilir.

Eğer AC enerjinizin frekansı 400 Hz gibi yüksek bir değer olursa, gerilim düşümü daha da kolay olur. Yani, Frekansın artması ağırlığı azaltır; bununla birlikte almaca gelen enerjiyi de düşürür. Uçaklarda kullanılan iletim hatlarının uzunluğu, şehir şebekelerinde kullanılan iletkenler kadar uzun olmaması uçaklar için çok büyük bir kusur teşkil etmemektedir.

Uçaklarda bulunan jeneratörlerin çıkış voltajı, jeneratörden çekilen akım, frekans vb. parametreleri sürekli ölçmek ve gerektiğinde tedbirler almak gerekir. Bunlardan frekansa baktığımızda, frekansın azalması AC ile çalışan birçok cihazın çalışmasını etkileyecek endüktif reaktans dediğimiz bobinin AC’deki direncinde azalmaya yol açacak ve akım artacak; sonucunda duman çıkmasına neden olacak ve komponent yanacaktır. Frekansın yükselmesi bazı cihazlar açısından tehlikeli, bazıları açısından tehlikesizdir. Bu nedenle uçaklarda jeneratör çıkış frekansını 400Hz de sabit tutmak en istenilen durumdur. Bir cihazı kendi çalışma frekansının altında çalıştırmanın çok tehlikeli olduğunu unutmayın…

2 Yorum

  • Müslüm bey verdiğiniz bilgiler için teşekkürler.Uçakta elektrik konusunda merak ettiğimiz her detayı yazmışsınız.Hidrolik sistemle ilgili bilgi varsa paylaşırsanız seviniriz.

Yorum Yaz