Yüksek İrtifa Uçuşunun Avantajları, Limitleri ve Operasyonel Gerçekler

Yüksek İrtifa Uçuşunun Avantajları, Limitleri ve Operasyonel Gerçekler

Bir uçağın optimum uçuş irtifası, atmosferik koşullara ve anlık ağırlığına bağlı olarak değişen, aynı zamanda da yakıt ekonomisini gözeterek belirlenen bir figürdür. Uçak mühendisleri, yakıt verimliliği, yolcu konforu ve operasyonel emniyet parametreleri arasında en iyi dengeyi sağlamak için optimum seyir irtifalarını hesaplar ve uçakları bu uçuş seviyelerinde aerodinamik olarak en iyi performansı verecek şekilde tasarlarlar.

IATA, 2024 yılı tahminlerine göre dünya çapında yaklaşık 99 milyar galon jet yakıtı tüketilmiştir. Bu rakam, özellikle yüksek irtifada uçmanın sağladığı yakıt verimliliği avantajlarının ne kadar kritik olduğunu göstermektedir [1].

Hava taşımacılığı yapan jet uçaklarının yüksek irtifada seyretmeyi tercih etmelerinin temel nedenleri; yakıt verimliliği, yolcu konforu ve operasyonel uçuş emniyetidir.

Yüksek İrtifada Uçuşun Avantajları

• Yakıt Verimliliği ve Hız (Ekonomi): Yüksek irtifalarda havanın yoğunluğunun azalmasıyla beraber sürtünme de azalır. Bu durum, uçağın aynı miktarda yakıtla daha uzun mesafe kat edebileceği anlamına gelir. Jet motorları da yüksek irtifalarda maksimum kapasitelerine daha yakın çalıştıkları için daha verimli hale gelirler.

Uçak ağırlığının yakıt tüketimine etkisi konusunda önemli bir kural vardır. Ağırlıktaki her %1'lik azalma, yakıt tüketiminde yaklaşık %0,75'lik bir tasarruf sağlar.

• Yolcu Konforu: Çoğu meteorolojik aktivite (yağmur bulutları, türbülans vb.) 35.000 feet'in altında meydana gelir. Daha yüksek irtifalarda uçmak, olumsuz hava koşullarına maruz kalma riskini azaltırken, bu sayede de rotadan sapma sonucu uçuş süresindeki artışlar ve gecikmelerin önüne geçilir. Dahası yolcular için de genellikle seyahat süresi daha kısa ve daha az sarsıntılı, konforlu bir yolculuk anlamına gelir.

2024 yılında havacılık sektöründe türbülans tahmin teknolojilerinde önemli gelişmeler yaşanmıştır. IATA'nın Turbulence Aware platformu, gerçek zamanlı türbülans verilerini havayolu şirketleri ile paylaşarak, pilotların daha güvenli ve konforlu rotalar seçmelerine yardımcı olmaktadır. Bu sistem sayesinde, uçak operatörleri türbülansın tam olarak nerede olduğunu bilerek uygun önlemleri alabilmektedir [2].

• Operasyonel emniyet: Yüksek irtifa, pilotlara acil durum senaryolarında, sorunla başa çıkabilmek için daha fazla zaman tanır. Ayrıca daha yüksek irtifada uçakların potansiyel enerjileri de daha fazla olacağı için alçalış senaryolarında yüksek süzülme oranları da elde edilir. Modern jet uçakları motorları kaybetseler bile mükemmel süzülme oranlarına sahiptir; 37.000 feet'ten motorsuz kalan bir uçak, yaklaşık 60-70 deniz mili ileriye süzülerek acil iniş yapabilecek bir havalimanı bulabilir.

1983 yılında yaşanan "Gimli Planörü" hadisesi bu konu özelinde tipik bir örnektir. Air Canada'nın 143 sefer sayılı Boeing 767 uçağı, yakıt miktarındaki bir hesaplama hatası nedeniyle 41,000 feet irtifada havada yakıtsız kaldı. Kaptan Bob Pearson'un planör pilotluğu tecrübesi sayesinde, devasa uçak tam 22 dakika boyunca motorsuz bir şekilde süzülerek Kanada'daki eski bir askeri üs olan Gimli'ye başarılı bir acil iniş yaptı. Bu olay, yüksek irtifanın sağladığı potansiyel enerjinin ve emniyet marjının ne denli hayati olduğunu kanıtlamıştır [3].

Uçaklar Neden Belirli Bir İrtifanın Üzerine Çıkamaz?

Uçakların daha yüksek irtifalara tırmanamamasının sebepleri arasında birkaç kritik teknik faktör bulunmaktadır:

1. Havanın Yoğunluğu ve Motor İtki Kuvveti Sınırlamaları:

Yüksek irtifalarda hava incelmeye başlar ve yoğunluğunu da azalır. Jet motorlar itki üretebilmek için oksijen ve yakıta ihtiyaç duyarlar ancak yüksek irtifalarda yeterli oksijen bulunmamaktadır. Hava yoğunluğu azaldıkça motorların ürettiği itki kuvveti de azalır.

Mühendislik açısından uçakların çıkabileceği maksimum irtifa, "servis tavanı" olarak tanımlanır. Bir uçağın tırmanış hızının dakikada 100 feet altına düştüğü, operasyonel olarak ulaşabileceği en yüksek irtifadır. Bu önemli performans metriği; uçuş planlamasını, rota seçimini ve genel uçak tasarımını etkileyerek hava araçlarının en uygun emniyet ve verimlilik aralığında kullanılabilmelerini sağlar. Ticari havayolu taşımacılığı yapan yolcu uçaklarında servis tavanları genellikle 39.000 ile 43.000 feet arasında değişmektedir.

2. Aerodinamik Sınırlar ve "Coffin Corner"

Düşük Hızlı Perdövites (Stall): Yüksek irtifalarda hava daha ince olduğundan, kanatların yeterli kaldırma kuvveti üretebilmesi için true airspeed daha yüksek olmalıdır. Hız düştüğünde aerodinamik sürtünme artar ve uçak hız kaybetmeye başlar. Bu durum uçağın düşük hızlı perdövitese daha yatkın hale gelmesi anlamına gelir

Yüksek Hızlı Perdövites ve Kritik Mach Sayısı: Uçak çok hızlı uçarsa (özellikle yüksek irtifada true airspeed çok yüksekken), kanatlar üzerindeki hava akımı ses hızına veya ses hızının üzerine çıkabilir ve şok dalgaları oluşturur. Şok dalgaları, aşırı sürtünmeye neden olur, kaldırma kuvvetini önemli ölçüde azaltır ve uçağın aerodinamik özelliklerini olumsuz etkileyerek "mach tuck" gibi olaylara yol açar. Mach tuck, uçağın burnunun aşağı vermesine neden olabilir, bu da uçağın hızını artırarak durumu daha da kötüleştirebilir ve kontrol yüzeylerini etkisiz hale getirebilir ("control blanketing"). Ticari jet uçakları süpersonik uçuş için tasarlanmadığından, bu sınıra yaklaşmak uçağın yapısal hasar almasına yol açabilir.

"Coffin Corner": Uçağın çok yüksek bir irtifada tehlikeli bir hız kombinasyonuna ulaştığı durumu ifade eder. Bu noktada, uçağın düşük hızlı perdövitese (çok yavaş uçma) girmesi ile yüksek hızlı perdövitese (çok hızlı uçma ve şok dalgaları oluşumu) girmesi arasındaki hız aralığı çok daralır. İrtifa arttıkça dış hava sıcaklığı düşmesi ses hızını da düşürür ve dolaylı olarak "coffin corner" riskini artırır.

3. Operasyonel Emniyet Kaygıları

Kabin basıncının aniden düşmesi (dekompresyon) durumunda, uçağın hızla daha düşük bir irtifaya alçalması gerekir. Daha yüksek irtifalardan alçalabilmek daha fazla zaman alır ve bu durum yolcuları tehlikeye atabilir. Ani dekompresyon senaryolarında, fizyolojik olarak önemli bir sınır olan "Time of Useful Consciousness" (TUC) önem kazanır. TUC, irtifa arttıkça dramatik şekilde azalır. Örneğin, 35.000 feet'te 15-30 saniye olan bu süre, 50.000 feet'te sadece 5 saniyeye düşer. Bu süre, yolcuların oksijen maskelerini takabilmesi için hayati öneme sahiptir. Bu nedenle ticari uçakların servis tavan limitleri TUC süreleri de hesaba katılarak belirlenir.

4. Motor Tekrar Çalıştırma Sorunları

Yüksek irtifalarda, arızalanan bir motoru tekrar çalıştırmakta sorunlar yaşanabilir. Motor tam rölantiye geçerse, düşük hava yoğunluğu nedeniyle tekrar hızlanması ve belirli bir RPM değerine ulaşabilmesi zaman alabilir.

5. Operasyonel Değişkenler:

Her senaryoda en yüksek uçuş irtifasında uçabilmek operasyon dinamikleri ve yakıt tüketimi açısından ideal seçenek olmayabilir. Çünkü uçuş süresince yakıt tükettikçe uçağın ağırlığının azalması sonucunda optimum irtifaya tırmanmak daha verimli bir yaklaşım sunar. Bu durum “step climb” olarak adlandırılır.

Bazı senaryolarda da yüksek irtifanın aksine daha düşük irtifalarda daha iyi rüzgâr koşulları; kuyruk rüzgârı ve jet akımları mevcut olabilir. Yakıt ekonomisine ekstra katkı sağlayan bu uçuş irtifaları tercih sebebidir.

Her Uçak Optimum Uçuş İrtifasında Uçabilir mi?

EUROCONTROL verilerine göre, uçakların daha yüksek irtifalarda uçabilmeleri, hava sahası kapasitesini arttırırken, yılda 1 milyon ton CO₂ tasarrufu sağlamaktadır. Özellikle RVSM (Reduced Vertical Separation Minima) uygulamasına geçişin akabinde hava sahasında 1.000 feet'lik dikey ayırma minimaları tahsis edilmesi, ekstra uçuş seviyelerinin kullanımını da beraberinde getirirken, daha fazla uçağın optimum uçuş seviyesinde uçabilmesine olanak tanımaktadır. Genel kural olarak optimum uçuş seviyesinin altındaki her 1000 feet için yakıt sarfiyatı %1 oranında artmaktadır. EUROCONTROL verileri incelendiğinde son 25 yılda uçuşların talep ettiği seyir seviyeleri dramatik şekilde artmış; Eylül 1995'te uçuşların sadece %6'sı 35.000 feet (FL350) üzerinde uçuş seviyeleri talep ederken, Eylül 2021'de bu oran %40'a ulaşmıştır [4].

RVSM standartları sayesinde dikey ayırma minimalarının düşmesiyle daha fazla hava aracı optimum uçuş irtifasında uçabilme olanağına kavuşmuştur. Ancak günden güne artan hava sahası kullanım talepleri neticesinde özelikle yoğun hava sahaları göz önüne alındığında, hava araçları arasında emniyetli ayırmalar tesis edebilmek için çeşitli düzenlemeler (FUA, slot mekanizması vb.) ve regülasyonlara sıklıkla başvurulmaktadır. Benzer şekilde hava trafik kontrol üniteleri arasında yapılan anlaşma mektupları ve ayırma standartları da hava araçlarına tahsis edilen uçuş seviyeleri açısından farklılıklar gösterebilmektedir. Aynı uçuş seviyesinde aynı rotada uçuş planlayan trafikler, hava trafik kontrolörleri gözetiminde, çeşitli ayırma standartları vasıtasıyla emniyetli mesafelerde uçabilirler. Dolayısıyla bir uçağın optimum irtifasında uçabilmesi, hava sahasının anlık yoğunluğuna ve hava trafik kontrol direktiflerine bağlıdır. ANSP’lerin benimsedikleri ‘first come first served’ ya da ‘best capable best served’ gibi servis politikaları, aynı irtifada uçmak isteyen çoklu trafik senaryolarında optimum seyir seviyelerinin uygulanabilmesinde rehber olabilir.

Kaynaklar:

[1] Airline Profitability Outlook Improves for 2024

[2] https://www.iata.org/en/services/data/safety/turbulence-platform/

[3] Final Report of the Board of Inquiry Investigating the circumstances of an accident involving the Air Canada Boeing 767 aircraft C-GAUN that effected an emergency landing at Gimli, Manitoba on the 23rd day of July, 1983, FAA.

[4] EUROCONTROL Data Snapshot #21 on aircraft flying higher, more efficiently and sustainably, published 2021. (alert-passed)