KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
Yelkenli Teknelerin Fiziği
Bölüm 1
Çağlar
boyunca
Gezegenimizin yüzeyinin büyük bir bölümü suyla kaplıdır ve bu suyun üzerinde
rüzgarlar eser. İlk çağlardan beri insanoğlu rüzgar gücünü kullanarak insanları
ve eşyaları su üzerinde karada olduğundan çok daha az bir efor harcayarak
taşımayı öğrenmiştir. Ve yüzyıllar boyunca birbirlerinden okyanuslarla ayrılmış
uzak kara parçalarının önce keşfedilmesini, daha sonra da birbirine
bağlanmasını sağlayan araçlar yalnızca yelkenli gemiler olmuştur. Günümüzde
okyanus aşırı yolculukların en yaygın biçimi suyu çok aşağılarda bırakarak
uçmaktır. Rüzgarın şiddeti ve yönü hala geçiş zamanını eski çağlarda olduğu
gibi etkilemekteyse de bu artık çok önemsizdir. Biri çok eski, biri de çağdaş
olan bu iki taşıma türü -yani eski çağın yelkenli gemileri ve günümüzün modern
uçakları-arasında görünüş, yapı malzemesi, çalışma yükseklik ve hızları
arasındaki farklar göz önüne alındığında bunların ortak bir fizik ve teknoloji
kullanıyor olamayacakları fikri anlayışla karşılanabilir. Oysa, göreceğimiz
gibi, aslında bu ikisinin arasında çok yakın bilimsel bir bağ vardır.
Günümüzden dört bin yıl önce Mısır'da, Nil Nehri'nde kullanılan bir yelkenli gemi ile başlayalım. Nil, güneyden kuzeye akar ama rüzgar genelde kuzeyden güneye eser. Akıntıya karşı güneye gitmek için yelken Şekil 1'deki gibi basılır ama akıntıyla birlikte kuzeye gitmek için indirilirdi.
Şekil I
O zaman bile
akıntıya daha iyi tutunmak ve geminin su üzerindeki bölümüne çarpan rüzgarın
ters yöndeki etkisini yenmek amacıyla suya enlemesine-uzunlamasına
değil- salmalar indirilirdi. Bu da gösteriyor ki etkileşen katı, sıvı ve
gazlardan oluşan bu ilginç sistemde katı cismin hızı ve yönü su üstü ve su altı
kuvvetlerinin dengesi tarafından belirlenir.
Bu kuvvetler su altı çekmesini (direncini) de kapsar ki bu istenmeyen kuvvetin
bileşenleri yüzey sürtünmesi, biçim çekmesi (form direnci) ve dalga oluşturma
çekmesidir. Her ne kadar bunlardan ilk ikisi tekne hızının karesi ile orantılı olarak
büyürlerse de, düzgün ve aerodinamik ya da hidrodinamik bir gövde yapılarak
kontrol altında tutulabilirler. Asıl zorluk üçüncüdedir. Su dalgaları dağılma
özelliğine sahip olup, dalgaboylarının karekökü ile orantılı hızlarla
ilerlerler. Bu da dalga oluşturma çekmesinin bir noktadan sonra çok hızlı
artmasına ve deplasmanlı bir tekne gövdesinin maksimum hızının, kendisi kadar
bir dalganın hızı ile sınırlanmasına neden olur.
İlk kez İngiliz mühendis William Froude tarafından keşfedilen bu ilginç olgu, Şekil 2'de gösterilmiştir.
Şekil 2
Böylece,
aralarında iki tane Queen Mary ve United States de bulunan transatlantiklerin
saatte 40 milin üzerinde hız yapmak için neden o kadar uzun yapılmaları
gerektiği anlaşılmış olur.
Aynı nedenle
on metre boyunda klasik bir yelkenli tekne rüzgar saatte yirmi mil hızla
estiğinde bile ancak saatte yedi mil hıza ulaşabilir. Bu bariyer ancak 'GÖVDEYİ
sudan çıkararak aşılabilir' ki bunu yapmanın yolları da suyun altında eğimli
bir yüzeye ya da bir su altı kanadına çarpan suyun dinamik kuvvetini kullanarak
Arşimet ilkesini ihlal etmek ya da iki veya daha fazla sayıda gövdenin üzerine
bir üstyapı inşa etmektir.Bu ikinci durumda denge, yüzen hacimlerin birbirinden
ayrılmasından gelir ve tekneler hız bariyerinin aşılabilmesi için çok ince
yapılabilir.
Şekil 3'dekine
benzer gemilerini hepimizin tanıdığı Vikingler bu istenmeyen su altı
kuvvetlerini en aza indirebilmek için gemilerin düzgün, ince ve uzun olması
gerektiğini anlamışlardır.
Şekil 3
Ama nedense
ben onların yelkenden çok kürekle yol aldıklarını düşünüyorum. Rüzgarın önünde
sürüklenen bir yaprak gibi değil de, hedefi seçme olanağının olduğu 'yelken
teknesi' denebilecek teknelerle uzun seyirler yapanlar önce Çinliler,
arkasından da Araplar olmuştur.
Böyle bir
tekne, rüzgar doğrudan B noktasından A noktasına doğru esiyor olsa bile A'dan
B'ye gidebilir. Günümüzde, Şekil 4'de gördüğümüz bambu yelkenli junklar ve
dohalar Çin denizinde ve Arap körfezinde hala kullanılıyor ama bu teknelerin
nasıl olup da rüzgar üstüne seyir yapabildiğini anlamak için önce yelkenlerin
nasıl çalıştığını anlamamız gerekir.
Şekil 4
Değişik
türlerde dirençleri yenmek için gereken enerji, havanın su üzerindeki göreli
hareketinden kaynaklanır. Ama bu enerjiyi kullanarak kendi seçtiğimiz bir işi
yapmak istiyorsak, deyim yerindeyse, bir ayağımızın suyun içinde olması
gerekir. Ne demek istediğimi anlamak için bir balon üzerine monte edilmiş bir
rüzgar jeneratörünü gözünüzün önüne getirin. Balon ancak bir yere bağlıysa
jeneratör enerji üretebilir. Eğer balonun ipini keserseniz tüm yapı birlikte
rüzgarın önünde sürüklenecek, jeneratör artık göreli (zahiri) bir rüzgar
hissetmeyecek ve kanatların dönmesi duracaktır.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 2
Kare
(Kabasorta) Yelken
Bu makale
çıkış noktası olarak kabasorta yelkenleri aldığı için böyle yelkenlerle
donatılmış tam armalı bir tekneye (Şekil 5) bir göz atmakta yarar var.
Yelken alanının çoğu, serenlerden aşağı doğru açılan dört köşeli yelkenlerden
oluşuyor.
Şekil 5
Çalışma
ilkeleri paraşüte benzeyen ama ondan daha verimsiz olan bu yelkenler rüzgarın
estiği yönde 'çekme' adı verilen bir tür direnç oluştururlar. Böyle bir arma
ile bir yerden başka bir yere gidebilmek için rüzgarın oldukça kuvvetli olması
ve olabildiğince arkanızdan gelmesi gerekir. Rüzgarın kuvvetli olmsı gerekir
çünkü rüzgar yönünde yol almaya başladığınızda göreli (zahiri) rüzgar hızı azalır.
Bu göreli
hızın karesi ile orantılı olan kuvvet küçülür. Bu arada tekne gövdesinin sudaki
hızının karesi ile orantılı olan çekme (drag) kuvveti ise, daha önce gördüğümüz
gibi tekne hızının karesinden daha büyük bir oranda artar. Bu da, eğer orta
kuvvetteki rüzgarlarda tekneyi gövde hızına ulaştırmak istiyorsanız, resimdeki
gibi toplam alanı inanılmaz büyüklükte olan çok sayıda yelken (rüzgar demiri de
denebilir) açmanız gerekir.İşte bu, Nil'deki Mısır teknelerinin enlemesine
salmalarının su üstündeki benzeridir. Deplasmanlı teknelerin açtığı balon
yelkenler (spinnaker) de aynı amaca hizmet ederler.
Bunun kötü
yanı şuradadır: Tekne zaten gövde hızına yakın bir hızla gittiği için, rüzgar
şiddeti güvenli bir sınırın üzerine çıktığında armada oluşan basınç, teknenin
hızlanması ile azaltılamaz. Bu yıkıcı kuvvet, göreli rüzgar hızının kübü ile
büyür ve sonuçta biz bu dayanılmaz kuvvete neredeyse hareketsiz bir cisimle
karşı koymaya çalışırız.
Tek kaçış yolu
yelken alanını küçültmektir ama Şekil 6'da görüldüğü gibi, zor koşullar altında
bu son derece tehlikeli bir operasyondur. Horn Burnu'nun her dönülüşünde
tekneden düşerek kaybolan ortalama bir yelkenci de bunun kanıtıdır.
Fırtinada çırpınan büyük bir kumaş parçasını kontrol etmek çok zordur. İki yelkenci
arkadaşım kuvvetli rüzgarda yelkeni kontrol almak isterken güverteden sinek
gibi denize uçmuşlardı. Neyse ki her iki durumda da mucize eseri olarak
kurtarma operasyonları başarılı oldu.
Şekil 6
Kontrolden
çıkmış bir yelkenin verebileceği hasarın korkusu ve yelkeni küçültmek ya da
tümüyle kapatmak için kısa sürelerde çabuk davranabilme telaşı günümüzün modern
yelkencileri ile kabasorta armalı gemilerdeki gemicilerin kafasını sürekli
olarak meşgul eden ortak kaygılardır.
Aslında
kabasorta armalı gemiler yalnızca mutedil rüzgarlı sakin denizlerde ve
duvarlara astığımız resimlerde çok hoş görünürler. Doğrusu bu tekneler
konusunda süregiden romantikleştirme çabalarına karşı fazla sabırlı
davranamıyorum.
Bana kalırsa
kabasorta armalı gemilerin tasarımları mürettebatın insanüstü çabalarını
gerektirecek biçimde yapılmaktaydı.Bu da uzun yolculuklarda kaçınılmaz olarak
disiplini korumak adına hepimizin bildiği kaba kuvvet gösterilerine yol
açıyordu. Bu tür gemilerin artık dünyanın hiç bir yerinde herhangi bir yük
taşımacılığında kullanılmıyor olması hiç de sürpriz değil.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 3
Havacılık
ve Denizcilik
Daha önce sözü
edilen Çin teknelerinin (junk), güverte üzerinden yalnızca bir kişi tarafından
jaluzi ya da stor perde gibi yerine basılıp indirilebilen,son derece zekice
tasarlanmış yelkenleri vardı (Şekil 7). Daha da önemlisi, bu yelkenlerin
malzeme ve yapıları, teknelerin etkili bir biçimde rüzgarüstüne doğru seyir
yapabilmelerine olanak veriyordu ki batı dünyasının bunun nasıl
yapılabileceğini öğrenmesi için yüzlerce yıl geçmesi gerekmiştir. Bunun nasıl
olduğunu anlamak için başta sözü edilen denizcilik havacılığı bağlantısını
anlamak gerekir.
Şekil 7
Bir levha
çevresinde, levha yüzeyi ile küçük bir açı yaparak akan bir akışkanın levhaya
uyguladığı kuvvetin büyüklüğü ve yönü, Newton'dan başlayarak günümüze değin pek
çok fizikçiyi uğraştırmış olan bir problemdir. Newton'a atfedilen bir teoriye göre,
küçük açılar için uygulanan kuvvetin önemsiz olduğu, açı büyüdükçe kuvvetin de
açının sinüsü ile orantılı olarak büyüyeceği öngörülmüştü. Yüz yıldan daha uzun
bir zaman önce yazdığı, makalede Lord Rayleigh, bu öngörüye şöyle karşı
çıkmıştı: 'pratik insanlar özellikle açının küçük değerleri için hedeften epey
uzaklaşıldığını bilirler..'Ve o zamanlar henüz doğmamış olan denizcilik
havacılığı (aeronautics) bilimini müjdelercesine 'çekme' ya da 'kaldırma'
kuvvetini açıkça tanımlamaya çalışıyordu. Çinli kürekçilerin su içinde hareket
eden kürekten daha büyük bir kuvvet elde etmek için, küreklerini suya özel bir
biçimde daldırmalarından yola çıkarak 1876 yılında şöyle yazıyordu: Bir
levhanın bir sıvı içerisinde geniş yüzeyi doğrultusunda hareketine karşı oluşan
direncin, levhanın yanal hareketi ile arttırılabileceği gerçeği çok ilginç. Bu,
yapay uçuş açısından yaşamsal önemi olan bir poblem olacağa benziyor.
Bu fikri
geliştirerek küçük açılar için çok daha büyük bir kuvvetin oluşması gerektiğini
hesapladı ki, yirminci yüzyılın başında ve sonraları, büyük bilim adamları
tarafından geliştirilen hava kanatlarının dolaşım teorisine göre bugün biz bu
kuvvetin daha da büyük olması gerektiğini biliyoruz. Bir kuşun yere doğru,
kanatlarının alanına eşit bir paraşütle inebileceğinden daha küçük bir düşey
hızla süzülebilmesini sağlayan kuvvet budur.Ve havada yana doğru hareket
ediyor olsa bile, bir uçağın, kanatlarının gerçek alanına orantılı bir kuvvetle
havada kalmasını sağlayan kuvvet de budur.
Şu andaki ilgi alanımıza dönecek olursak, rüzgarla küçük bir açı
yapacak şekilde ayarlanan bir yelkenin ürettiği, rüzgarın esiş yönüne dik olan
ve tekneyi rüzgarın geldiği yönle küçük bir açı yapacak şekilde götüren kuvvet,
işte bu kaldırma (çekme) kuvvetidir.Ama çizimde görüldüğü gibi (Şekil 8) bu
kuvvetin tekneyi yana sürüklemeye çalışan bileşeni, pruva yönündeki çekme
bileşeninden çok daha büyük olacaktır.
Şekil 8
Bu da yelkenli
teknelerin su altında, yanal hareketini zorlaştıran ama ileri hareketini
etkilemeyen bir yapıya sahip olmalarını zorunlu kılar. Çinlilerin icad ettiği,
günümüzde hala Hollanda yerel teknelerinde yandan indirilen salmaların
fonksiyonu da budur. Rüzgar sörfü, dingi ve yelkenli yatlar gibi modern
teknelerde bulunan çeşitli boy ve biçimlerdeki sabit ya da hareketli (sürme)
salmalar da bu amaca hizmet ederler.
Su içinde
teknenin ön ve arkasındaki bu yüzeylerin işlevi, öyle görülüyor ki Rayleigh ve
Froude tarafından, kimi günümüz yatçılarından daha iyi anlaşılmıştır. Gene
makaleden okuyalım:
Uzun bir cismin su içindeki uzunlamasına hareketinin, bu cismi belirli bir
hızla yanlamasına hareket ettirebilecek kuvvetten etkilendiğinin kanıtı olarak
bay Froude şöyle diyor: 'Bütün denizciler bilir ki hemen tramola attıktan sonra
bir teknenin rüzgar altına düşme miktarı, tekne hız kazandıktan sonraki düşme
miktarından daha fazladır. Tekne hız kazandıkça düşme miktarı yalnızca göreceli
olarak değil, mutlak olarak azalır.
Buradan da
görülüyor ki, teknenin yana doğru hareketini (düşme) önleyen kuvvet, su içinde
yana doğru hareket eden kanat biçimli yapıya gösterilen direnç değil, bu
yapının simetri düzlemine küçük bir açı ile yaptığı ileri hareket sonucunda
ortaya çıkan çekme kuvvetidir. Bu yapı su altında dikey bir su kanadı
olarak, yelken ise gene dikey bir hava kanadı olarak görev yapar. Bu kanatlar
üzerinde, he ikisi de yatay olarak oluşan boylamasına ve enlemesine kuvvetlerin
çekme ve direnç olarak adlandırılmaları talihsizliktir. Teknelerin uçaklardan
yavaş olmalarının nedeni, bu araçlardaki kanat biçimli yapılar üzerinde oluşan
kuvvetlerin büyüklüklerinin farklı olmasıdır.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 4
Hava ve su
kanatları
Bir hava ya da
su kanadının kalitesini belirleyen pek çok faktörden, şu anda konumuzla ilgili
olan yalnızca üçünden söz edeceğiz: simetri, biçim (kesit) ve uzunluk/genişlik
oranı. Kuşların ve çoğu uçağın kanatlarının üst yüzlerinin alt yüzleriyle
benzerliği yoktur. Görünüşe bakılırsa ne kuşların ne de yolcu uçaklarının baş
aşağı uçmak gibi bir gereksinimleri yoktur. Ama düz uçabildikleri kadar
başarılı bir biçimde baş aşağı da uçması gereken akrobasi uçaklarının simetrik
yapıdaki kanatları neredeyse diğerleri kadar başarılıdır. Bu durumda giriş
açısı, simetrik olarak aerodinamik biçim verilmiş olan kanadın akışkanın akış
doğrultusu ile yaptığı açıdır.
Teknelerde
rüzgarın yelkene bir yandan ya da diğer yandan çarpabileceği açıktır, bu
nedenle de su altındaki kanadın (salma ve dümen) her iki yana doğru da
sürüklenmeyi aynı şekilde önlemelidir. Teknenin simetri ekseni üzerinde bulunan
sabit ya da hareketli salmalar her zaman simetrik olurlar ama teknenin yan
tarafından indirilebilen rüzgaraltı salmaları (leeboards) farklı olabilir,
çünkü her iki bordada birer tane rüzgaraltı salması bulunur.
Hollanda
teknelerinin simetrik kesitli salmalardan daha etkili, birbirinin ayna
görüntüsüne sahip iki tane rüzgaraltı salmasına sahip olduklarını daha yeni
öğrendim. Şurası açıktır ki yelken, eğer kumaşsa, iki boyutlu olduğu için her
iki yönde de bükülebilir. Bu esnekliğin bedeli ise üç boyutlu bir kanada göre
düşük olan verimliliği ile birlikte her zaman açık bırakılamama özelliğidir.
Uzunluk/genişlik oranına gelince, denizcilik havacılığı bize uzun ve ince
kanatların daha verimli olduklarını öğretti. Bu da Bermudan adı verilen ve
teknelerde eski, dört köşeli yelkenlerin yerini alan, uzun orsa/kısa altabaşo
yakalı modern üçgen yelkenlerin biçimlerini açıklıyor.
Bir kanadın
kalitesinin mutlak ölçüsü, genellikle birkaç derece olan ortalama giriş açısı
altında üretilen enlemesine ve boylamasına kuvvetlerin oranı demek olan
inceliktir (finesse). Bir başka isim, Şekil 9'da görülen ve denizcilik
havacılığında süzülme açısı ya da kaldırma/direnç(sürtünme) oranıdır.
ŞEKİL 9 - 4 dereceden
küçük geliş açıları için bükülmüş bir
plakanın (solda) ve bir
hava kanadının (sağda) üretiği
kaldırma ve direnç
(sürtünme) kuvvetleri.
Her iki elemanın da
uzunluk/genişlik oranı 6'dır.
Bu şekilde de
iki boyutlu bir kanadın performansının üç boyutlu bir kanada göre düşük olduğu
görülüyor. Eğer tek motorlu bir uçağın pilotu iseniz, bu oran size, eğer yerden
bir kilometre yüksekteyken motorunuz stop ederse en fazla kaç kilometre sonra
uygun bir iniş noktası bulmanız gerektiğini söyler. Bir yelken teknesi için,
biri teknenin su üstü yapısı ve kanadının(yelkeninin) performansı ile ilgili,
diğeri ise teknenin su altı yapısı ve kanadının (salması) performansı ile
ilgili olan iki açı vardır. Teknenin yelken performansının bu ikisi tarafından
belirleneceğini varsaymak yanlış olmaz. Daha öce de belirttiğim gibi, kanat
teorisi yirminci yüzyılın başlarında geliştirildi. Bu oyundaki en zeki
katılımcılardan biri, kendisi de amatör bir matematikçi olan ve tümüyle
bağımsız bir biçimde akışkanların dolaşım teorisini ortaya koymuş olan
Lanchester adlı İngiliz'dir. Gerçek kanatlarda ortaya çıkan sürtünme kuvvetini
ilk anlayan ve ortaya koyan, bu sürtünmenin kanat uçlarında ortaya çıkan
anaforlarla bağlantısını ilk açıklayan odur. İngiltere'deki ilk otomobili
üreten Lanchester'in hızlı otomobiller yapan bir şirketi vardı. Ama onu en
yüksek mertebeye koymamın, yelken teorisi herkes tarafından anlaşılmadan çok
önce yazdığı birkaç satırdır. F. W. Lanchester tarafından 1907 yılında yazılan
satırlar şöyledir:
'Yelkenli
teknelerin mekaniği problemi, havada çalışan kanatlar (yelken planı) ve su
altında çalışan kanatların (salma) tepkilerinin birbirlerini desteklemesine
dayanıyor. Bu varsayımın sonucu olarak, görünüşe bakılırsa, yelkenli bir
teknenin rüzgara karşı seyredebileceği minimum açı, su üstü ve su altındaki
süzülme açılarının toplamıdır.'
Şekil 10'da
gösterilen Lanchester'in parlak rota teoremi, yelkenli bir teknenin
performansının yalnızca bir ß açısı cinsinden ifade edilebileceğini anlatıyor.
Bu ß açısı, tarih boyuca yeni geliştirilen her yelken türü için sürekli
küçülmüştür. Yelkenli buz kızaklarının olağanüstü performanslarının nedeni,
süzülme açısının neredeyse sıfır olması ve ß açısının yalnızca yelken ve
kızakçının rüzgar alan yüzeyleri tarafından belirlenmesidir.
ŞEKİL 10 - Lanchester
Rota Teoremi.
Teknenin rüzgarüstüne
seyiryapabileceği en küçük açı su üstü ve su altı süzülme açılarının
toplamıdır.
Tekerlekler
üzerinde hareket eden ve hareket yönündeki dirençleri yanal dirençlerinden çok
küçük olan kara yelkenlilerinin de ß açıları çok küçüktür.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 5
Gerçek
Yelkencilik
Su taşıtlarına
dönecek olursak, ideal bir yelken makinesinin bir tanesi havada, bir tanesi de
suyun içinde olmak üzere iki kanadının olması gerektiği açıktır. Bu ideal
konfigürasyona en yakın örnek, hepimizin iyi bildiği ve yelkenli su araçlarının
en yaygın türünü oluşturan rüzgar sörfüdür. Dünyada yüzbinlerce, büyük bir
olasılıkla da milyonlarca rüzgar sörfü bulunuyor. Zekice tasarlanmış,
taşınabilir, göreceli olarak ucuz olan bu araç, bir zamanlar milyonerlerin
sporu olarak bilinen yelken sporunu milyonlarca kişinin yapabileceği kadar
yaygınlaştırdı. Ama eğer siz de benim gibi orta yaşın üzerinde ve biraz da
kilolu iseniz, ve de buz gibi sulara düşmekten hoşlanmıyorsanız, oturup sörfü
ilk defa denemekte olan birisini izlemek daha eğlenceli olabilir.
Bir teknenin
rüzgarüstüne ß'dan daha büyük herhangi bir açıyla seyir yapabileceğini
gördükten sonra şimdi de (dengeye ulaşıldığı durumlarda) teknenin hızını
belirleyen tek faktör olan görünür (zahiri) rüzgar konusuna biraz daha yakından
bakabiliriz. Eğer tekne rüzgaraltına doğru gidiyorsa görünür rüzgarın gerçek
rüzgardan daha az olacağını görmüştük.
Ama, Şekil 11'den
de anlaşılacağı gibi, başka yönlere giderken görünür rüzgar, gerçek rüzgardan
daha çok da olabilir.
ŞEKİL 11- Gerçek ve
Görünür Rüzgar .
Bu nedenle hız
yelkenciliği, tekne hızını arttırmak için görünür rüzgarı arttırmayı
gerektirir. Ama görünür rüzgar arttıkça yönü de teknenin pruvasına doğru döner.
Burada limit nedir? Cevap: teknenin rüzgarüstüne seyir yapabileceği en küçük
açı olan ß açısı limit değerdir. Bu sonucu, yani görünür rüzgar en çok pruvaya
döndüğünde teknenin en yüksek hıza ulaştığı sonucunu izleyen başka bazı
sürprizler de var!
Sörfçüler ve
buz yelkencileri gibi teknelerinin gövde hızı sınırlı olmayan sporcular bunu
bilir ve rüzgaraltı tramola için kullanırlar.
Rüzgar
kemerede başlar ve hızlandıkça pruvayı rüzgardan açarlar, böylece de, Şekil
12'de görüldüğü gibi rüzgar arkadan olmasına rağmen orsa seyir yapabilirler.
ŞEKİL 12 - Yelkenli bir
teknenin hızı gerçek rüzgar hızını geçebilir.
Eğer rüzgar A'dan B'ye doğru esiyorsa, A'dan aşlar, yarı yolda kavança atar ve B noktasına aynı anda yola çıktıkları rüzgardan daha önce ulaşırlar. Burada kaçırmanızı istemediğim çok önemli bir mesaj var. Kanat gibi davranan ve çekme kuvveti üreten küçük bir yelken, bir aracı rüzgaraltındaki bir hedefe rüzgardan daha hızlı ulaştırabilir. Balon ya da benzeri bir yelken en iyi olasılıkla rüzgar hızına yaklaşabilir fakat sıfıra yakın görünür rüzgarda tekneti yürütebilmek için anlamsız ölçülerde büyük olmak zorundadır. Bir diğer mesaj ise hızlı teknelerin, gerçek ve görünür rüzgar hızları arasındaki büyük farktan ötürü tramolaları daha büyük açılarla yaptıkları gerçeğidir. Katamaran ve benzeri tekneler, küçük açıyla tramola yapabilen yavaş tekneler tarafından 'rüzgarüstü performansı zayıf' olarak bilinirler. Tramolalar arasındaki açı yalnızca hızları gerçek rüzgar hızının yanında ihmal edilebilecek kadar küçük olan tekneler için ß açısının iki katı kadar olabilir.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 6
Hız
Yelkenciliği
Eğer
istediğiniz şey hız yelkenciliği ise, ß açısı size rüzgardan ne kadar daha
hızlı gidebileceğinizi ve bu maksimum hıza ulaşabilmek için hangi yöne gitmeniz
gerektiğini de bildirir (Şekil 14).
Cosec ß, tekne
hızının rüzgar hızına oranının maksimum değerini verir ve bu maksimum değer,
hakiki rüzgar tekne kemeresinin ß kadar arkasından estiği zaman elde edilir. Bu
durumda görünür rüzgarın, tekne pruvasından yaptığı açı da ß olur.
ŞEKİL 14 . Hız
yelkenciliği. Tekne hızının rüzgar
hızına oranının maksimum değeri Cosec ß’dır. Bu maksimum oranı elde etmek için
gerçek rüzgar kemere doğrultusunun ß kadar gerisinde iken seyre başlanır ve
görünür (zahiri) rüzgarın pruvayla yaptığı açı ß oluncaya kadar hızlanılır.
Kaliforniya’nın
kuru göl yataklarında yarışan kara yelkenlilerinin sahip olduğu küçük ß açıları
bunların saatte 90 deniz miline ulaşan hızlar yapmalarına yol açıyor.
Aynı şekilde
Wisconsin’de buz üzerinde kullanılan buz yelkenlileri de saatte 100 deniz
milini aşıyorlar. Tekneler için hız denemelerinin yapılacağı ideal parkur,
rüzgarın rotaya hemen hemen dik estiği ve tekneyi yavaşlatacak dalgaların
olmadığı sulardır.
Kumsal bir
dille okyanustan ayrılan İngiltere’deki Weymouth, işte böyle ideal bölgelerden
bir tanesidir. Burada dalgaları engelleyen kumsal, rüzgarı engellemiyor. Her
yıl, rüzgarların genellikle kuvvetli estiği Ekim ayında dünyanın dört bir
yanından gelen hız tutkunları garip görünüşlü tekne ve armalarıyla burada
mümkün olduğunca hızlı yelken yapmaya çalışıyorlar. “Hız Haftası” adı
verilen bu etkinlikler, yelkencilikte her türlü yeniliği teşvik eden ve
inanılmaz önyargı ve baskılara karşın geçtiğimiz kırk yıl boyunca çok gövdeli
teknelerin gelişmelerine öncü katkılarda bulunan Amatör Yatçılık Araştırma
Derneği tarafından düzenleniyor. Beni bu dernekle tanıştıran kişi, astronomi
camiasında iyi tanınan, aynı zamanda sıkı bir yelkenci ve İngiltere’de su
kanatlı ilk trimaran tekneyi inşa eden yenilikçi bir denizci olan Martin
Ryle idi.
1995 ve 1997
Ekim aylarındaki hız haftalarına katıldım. Size yapılanlar konusunda fikir
vermek için aşağıdaki fotoğraflar eşliğinde birkaç şey söylemem gerekiyor.
Etkinliklerde uzun yıllardan bu yana olduğu gibi rüzgar sörfleri (Şekil 15)
çoğunluktaydı.
ŞEKİL 15. Weymouth hız haftasında en çok
sayıda rstlanan tekneler rüzgar sörfleriydi. Kaydedilen en yüksek hızi 30
km/saat hızla esen rüzgarda 50 km/saat oldu.
Erkekler kategorisindeki en hızlı sörfçü 30 km/saat hızla esen
rüzgarda 50 km/ saatlik hıza ulaştı. Rüzgar sörfü, etkinliklerdeki yegane –
tabiri caizse- tek gövdeli tekneydi.
Bütün diğer tekneler değişik biçimlerde yapılmış iki ya da üç
gövdeden oluşuyorlardı. Yeniliklere gelince, Şekil 16’da birbirlerine
atkılarla bağlanmış bir “çift” sörf görülüyor. Buradaki fikir, doğrultma
momentinin bir önceki şekildeki gibi sörfçünün ağırlığıyla değil, bu yapıyla
sağlanması düşünülmüş.
ŞEKİL 16. Dengeyi arttırmak amacıyla
düşünülmüş olan “çift” rüzgar sörfü.
Bir sonraki şekilde (Şekil 17) Polinezya orijinli
yelkeniyle bir trimaran görülüyor. Gövdeler teknenin suda kayması için,
gövdeden çıkan suya dik kanatçıklar ise önceki bölümlerde geniş olarak
incelediğimiz yanal direnci arttırmak üzere tasarlanmıştır.
ŞEKİL 17. Yüksek
performanslı Polinezya türü bir yelkene sahip olan “kayan” bir trimaran.
Göreceğimiz son tekne (Şekil 18) gerçekten üç boyutlu
bir kanat yapısı içeriyor. Tramoladan sonra, teknenin rüzgarüstü bordası
değiştiğinde de kanadın üst kenarı bu kez alt kenar oluyor. Bu yazıda hep hava
kanatlarından söz edildi ama bunun ilk gerçek örneğini bu teknede görüyoruz.
Arkadaki küçük beyaz kanat tıpkı uçaktaki irtifa (yükseklik) kanadının görevini
yerine getiriyor. Değişik açılara ayarlanan bu kanat, ana kanadın görünür
(apparent-zahiri) rüzgarla istenen açıyı yapmasını sağlıyor. Yakında
göreceğimiz gibi bu, kanat yelkenle çalışan bütün teknelerin çalışma
ilkesidir.
ŞEKİL 18. Kanat
yelkenli bir katamaran. Asimetrik olduğundan tramola sırasında ters çevrilmesi
gerekiyor. Uçaklardaki irtifa dümeni gibi çalışan arkadaki küçük beyaz kanat
rüzgarla değişik açılara ayarlanarak ana kanadın rüzgarla olan açısının sabit
olması sağlanıyor.
Sörfün 1995 hız haftasındaki en hızlı yelkenli olduğundan söz
etmiştim. Sörfler yirmi yıldan daha uzun bir zaman süresince en hızlı
yelkenli olma unvanını ellerinde bulundurdular. Ama son yıllar gerçek yelkenli
teknelerin dönüşüne tanık oldu. Birkaç yıl önce “Yellow Pages Endeavour”
adlı trimaran saatte 18-20 mil hızla esen rüzgarda saatte 46.5 mil hız yaptı.
Bu göz kamaştırıcı hıza ulaşan deneysel araçların yüksek performanslarının
gerçek nedeninin kanat kesitli yelken olduğunu, bununla birlikte piyasada
satılmak üzere tasarlanmış konvansiyonel teknelerde bu kanatların iyi
çalışmayacağını düşünebilirsiniz. Size klasik yelkenler uzun bir süre daha,
kıyı seyri olsun, okyanus seyri olsun teknelerde pratik olarak ve daha da
önemlisi güvenli olarak kullanılmaya devam edecek gibi geliyorsa, çok yanlış
düşünüyorsunuz derim. Bir dahaki bölümde sizi buna ikna etmeye çalışacağız.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 7
UÇAĞI ANDIRAN YELKENLİLER
Amatör Yatçılık Araştırmaları Derneğinin en seçkin üyelerinden
ve zamanının çoğunu kanat yelken kavramının geliştirilmesine adayan öncülerden
olan John Walker, 30 yıl önce kendisine dört kanatlı bir tekne yapmıştı.
Yirmi beş yıl ve epeyce araştırmadan sonra, iki kanatlı ve daha üstün
performanslı bir tekne yaptı.
Bu tekneyi Şekil 19'da sol tarafta görebilirsiniz. Tekne
Atlantik Okyanusu'nu başarıyla geçti ve geri döndü. Bu arada da ciddi bir
kasırgadan hasarsız çıkmayı başardı. Kamara üzerinde bulunan ve yelkenlerin
dönmesini sağlayan ana eksenin solunda, iskele kanat-yelkeninin hemen arkasında
zar-zor görülen donanım, kuyruk kanadıdır.
ŞEKİL 19. John Walker
yapımı tekne
Kuyruk kanadının ana kanatlarla açısını bilgisayar denetler,
işin geri kalan kısmını da rüzgar halleder.
Şekil 19'da
ise Walker'in evrimden geçmiş ve gerçek uçaklar gibi tek kanatlı olarak
üretilmiş olan en son ve en güzel modeli görülüyor. Rüzgaraltı tarafta görülen
küçük kanadın seyir yapılan rotaya uygun olarak ana kanatlarla açısını, güneş
panelleriyle çalışan bir bilgisayar kontrol ediyor. Güneş panelleri de
enerjilerini rüzgarın kendisi gibi Güneş'ten alıyorlar.
Paneller Şekil 20'de ana kanadın hemen önünde
görülebilir. Simetri problemi, kanadın hemen önünde yer alan bir flap
(hareketli kanatçık) yardımıyla çözülmüş. Bu flaplar inişe geçen yolcu
uçaklarının kanatlarının hemen ön tarafında açıldığını gördüğümüz flaplara çok
benzer. Teknede her iki yöne de döndürülebilen flaplar itme gücünde çok büyük
bir artış sağlarlar.
Şekil 20
Şekil 21'de
ise flap operasyonu görülüyor. Tüm bu resimler, bu yazıyı hazırlayabilmeme
yardımcı olmak üzere değerli yardımlarını esirgemeyen Dick Ogilvie ve John
Walker'in izniyle yayınlanıyor.
Tüm uçak kısmının (kanatlar, flaplar vb.) çevresinde serbestçe dönebildiği
dikey yatak, aynı şekilde (Şekil 21) açık bir biçimde görülüyor. Kuyruk
açısını ayarlayan küçük motor da gücünü Güneş panellerinden alıyor. Doğal
olarak bir yedekleme sistemi, hatta gerekli olması durumunda kullanılabilecek
olan manuel (elle) kontroller de unutulmamış.
Şekil 21
Her şey bir işlemci tarafından yönetiliyor ve daha çok bir
uçağın kokpitini andıran kokpitte (Şekil 22), dümen simidinin solunda
ileri ve tornistan hareketler için küçük bir mors kolu görülüyor. Tabii iyi
dizayn edilmiş diğer çok gövdeli tekneler gibi bunun da orsa seyrinde yan
yatmayıp dikey pozisyonda seyrettiğini söylemeye gerek yok. Tek kanatlı model
şu an İngiltere, Plymouth'ta seri üretim aşamasına geçmiş durumda ve anlaşılan
bu yıl bunlardan birinin Amsterdam'da boy göstermesi bekleniyor.
Şekil 22
Teknede uçak kanadı kullanmanın gerektirdiği bir başka şey daha
var. Nasıl uçak alana her indikten sonra kanatları sökülmüyorsa, bu teknelerin
kanat-yelkenleri de her seyirden sonra indirilmeyecek. Eğer dönmekte serbest
bırakılıp rüzgara göre kendini ayarlamasına izin verilirse bir kanat-yelkenin
vindajı (rüzgara karşı göstereceği direnç) herhangi bir konvansiyonel teknenin
çıplak direği ve armasından daha az olacak. Üstelik rüzgar estiğinde halatlarda
olduğu gibi vurma sesleri de çıkarmayacak. Ve kanatlar rüzgarda mutludur, en
hafif uçakların seyir hızları bile fırtına ve orkanların Bofor ölçeğinin çok
üzerindedir.
KARE YELKENDEN KANAT
YELKENE:
YELKENLİ TEKNELERİN FİZİĞİ
Bölüm 8
TEKNELERLE OYNAMAK
Defalarca tekrarladığımız gibi yatçılık (yelkencilik), rüzgardan
enerji elde etme denemeleri ve bu enerjiyi tekneleri suyun üzerinde bir
yerden başka bir yere götürmek için kullanma çabasıdır. Otomobil ve bisiklet
gibi kara araçlarında üretilen güç motorun ya da aracı kullanan kişinin gücüyle
sınırlıdır. Yolun eğiminden (ya da rüzgardan) kaynaklanan değişken yük, vites
kutusundaki dişliler yardımıyla üretilen güçle uyum halinde tutulur. Böylece
güç kaynağı en verimli olduğu devirde çalışırken aracın hızı da üretilen gücü
tüketecek şekilde ayarlanır.
Yelkenli teknelerde ise üretilen güç rüzgara gösterilen yüzeyin
(yelken yüzeyinin) alanıyla ve görünür (rölatif) rüzgar hızının
üçüncü kuvvetiyle (kübüyle) doğru orantılıdır. Bilindiği gibi, denizde
karşılaşılabilecek rüzgar hızları on kat değişiklik gösterebilir. Dolayısıyla
rüzgar hızındaki değişiklikleri bu sayıyla sınırlı tutsak bile iyi ve kötü
rüzgar güçleri arasında bin kat gibi inanılmaz bir fark oluşur. Bu farkla
uğraşırken bir de karşımıza sınırlı gövde hızı hastalığı çıkar ve işi daha da
karmaşık hale getirir. Böylece, daha önce de söylediğimiz gibi yelken
alanlarında yapılması gereken değişiklikler çok büyük değerlere ulaşır. Bu da
yelkenleri gerektiğinde daha büyük veya daha küçük boyutlu yelkenlerle
değiştirmek anlamına gelir.
Bu yazıyı hazırlayabilecek ruh durumunda olmak için Markermeer'de
bir gün boyunca yelken yaptım. Su üzerinde olmak ve rüzgarın gücüyle su
üzerinde kaymak harika duygulardı. Bu duyguları paylaşan diğer insanlara karşı
derin bir kardeşlik duygusu hissettim. Bu duyguları zedelemek istememekle
birlikte şöyle bir benzetme yapmaktan da kendimi alıkoyamıyorum: yelkenlerin
birini indirip diğerini basmak, otomobille giderken her yokuşun dibinde
tekerlekleri çapı değişik olan tekerleklerle değiştirmek, tepe üzerine
varıldığında da yeniden değiştirmeye benzetilebilir. Rüzgar şiddeti arttığında
ana yelkene camadan vurma işi çoğu teknede son derecede acıklı bir iştir
ve yalnızca cenoa sarma sistemi manuel (düz) vitesli otomobiller ya da
bisikletlerdeki vites değiştirme hızıyla kıyaslanabilir.
Yelkenlerin çekildiği direkler, direkleri tutan çarmık ve
gurcatalar, yelkenleri basmaya, rüzgara göre açılarını ayarlamaya ve indirmeye
yarayan yüzlerce metre sentetik ve çelik halat, makaralar, kilitler, traveler
düzenekleri, gönderler ve güverte üzerindeki her şey yalnızca iki parametreyi
ayarlamak içindir, yelken alanı ve yelkenin rüzgarla yaptığı açı. Ve
yelkenlerin dönme eksenleri rüzgar etki merkezinden mümkün olduğunca uzağa yerleştirilir,
bu nedenle yelkenleri ayarlamak için pahalı vinçlere ve bir vücut geliştirme
sporcusunun kaslarına gereksinme duyarsınız. Buna bir de öğrenmeniz gereken
yüzlerce yelken terimini ve atmanız beklenen onlarca gemici düğümünü ekleyin;
sonuçta yalnızca su üzerinde bulunmak ve rüzgar tarafından itilmek için
ödemeniz gereken bedelin hayli büyük olduğu ortaya çıkar.
Birden birinin çıkıp yelken basma, indirme, camadana vurma gibi
sözcüklere lugatında yer olmayan, güvertesinde hareketinize çapariz veren tek
bir halat bulunmayan, rüzgar kuvvetini kullanarak kendini ayarlayan, tekneyi
boyuna göre sahip olması gereken gövde hızının iki katı hızla götüren, dahası
içkiniz dökülmesin diye tekneyi yatay tutan, bir motor gibi kolayca alınıp
satılan bir itici güce sahip olan, üstelik okyanus geçebilecek bir tekne satmak
istediğini düşünün. Tekne işine büyük yatırım yapan üreticilere ne büyük bir
darbe olur değil mi? Yachting World adlı etkili İngiliz dergisinin
performansını ispatlamış olan Walker Wingsail adlı trimarana böylesine
büyük bir düşmanlıkla saldırması pek de şaşırtıcı değil. İngiliz Yüksek
Mahkemesi de hakkın kuvvete galip gelmesinin ender örneklerinde birini vererek
dergiyi bir buçuk milyon pound tazminat ödemeye mahkum etti.
Geleneksel yelkenliler eski Hollanda yeldeğirmenleri kadar
pitoresktir. Ama yeldeğirmenlerinden nasıl modern rüzgar jeneratörlerine
geçildiyse, benzer bir değişiklik yelken teknelerinde de yapılmak zorundadır.
Bir çocuk klasiği olan Wind in the Willows'da Mr. Mole (Bay Köstebek)
teknelerle oynamak kadar zevkli bir şey olmadığını söyler. Buna yürekten
katılıyorum ama çoğunun tasarımının oynamaktan öte bol miktarda konu verdiğini
de hissediyorum.
Yazarlar: V. Radhakrishnan
Tercüme eden: Murat Alev
Hazırlayan: Alp Tezbasaran
Soru ve
önerileriniz için ; yedidenizinhakimi@msn.com