VTOL (Vertical Take-Off and Landing), dikey kalkış ve iniş kelimelerinin kısaltmasıdır. Günümüzde, CTOL (Konvansiyonel Kalkış ve İniş | Conventional Take-off and Landing), STOVL (Kısa Kalkış ve Dikey İniş | Short Take-Off and Vertical Landing) ve V/STOL (Dikey ya da Kısa kalkış ve iniş | Vertical or Short Take-Off and Landing) gibi sistemler de mevcuttur. CTOL günümüzde çoğunlukla kullanılan iniş ve kalkış sistemidir. Diğer tiplerin başlıca kullanım sebebi ise dar ve sıkışık alanlara hava aracını indirmeye olanak sağlamasıdır.
Harrier Jump Jet
Birinci Dünya Savaşı’nın sonunda havacılık teknolojisinin, savaşın sonucunu büyük bir oranda etkilediği açık bir şekilde belliydi. Hava sahasını domine edebilen taraf kara ve deniz operasyonlarında da çoğunlukla başarılı oluyordu. İkinci Dünya Savaşı esnasında da beklenildiği gibi bu durum devam etti. Hava sahasında üstünlük gösteren taraf, taktiksel gözlem uçuşları yaparak cepheye asker sürme ve yarma konusunda son derece başarılı oluyordu. Ayrıca uçaklar topçulara yer hedefi bildirimi, stratejik pozisyonların bombalanması, savaş alanına piyade ve erzak desteği, harekata kalkmış askerlerin istihbaratını verme gibi savaş alanında üstünlük sağlayacak hareketleri yapabiliyordu.
Sikorsky R-4
Hawker Siddeley P.1127
1942 yılında dünyanın ilk seri üretim helikopteri olan Sikorsky R-4 üretilmeye başlandı. Sadece tek yolcu taşıma kapasitesine sahip olan R-4 denizde ve karada kurtarma helikopteri olarak kullanıldı. 1943 yılına gelindiğinde çok daha yüksek taşıma kapasiteli H-5 modeli geliştirildi. R-4 modeline göre çok daha kullanışlı olan bu model, erzak ve teçhizat lojistiğinde önemli rol oynadı. Savaş alanında konumlanma kabiliyetleri sayesinde ülkelerin ilgisini çeken bu sistem üzerine çalışmalar hızlandı. 1957 yılına gelindiğinde Ralph Hooper ve Sydney Camm adlı iki havacılık mühendisi tarafından dünyanın ilk V/STOL uçağı olan Hawker Siddeley P.1127 prototipi üretildi. Hawker P.1127, döner nozullara sahip olan Rolls-Royce Pegasus/F402 turbofan motoru kullanıyordu. Nozullar, uçağa aşağı eksendeki tüm taraflara manevra yeteneği veriyordu ve bu sayede de P.1127 bir helikopter gibi manevra yapabiliyordu.
Pegasus itiş doğrultusu kontrollü turbofan motoru, iki alçak basınç (AB) ve iki yüksek basınç (YB) türbin kademesi tarafından tahrik edilen üç alçak basınçlı ve sekiz yüksek basınçlı kompresör kademesine sahip çift şaftlı bir tasarıma sahiptir. Çift şaftlardan birisi AB türbini ile fanı birbirine bağlarken diğeri YB türbini ile kompresörü birbirine bağlayarak iki şaftında optimal hızda çalışması sağlanır. Ancak Pegasus diğer çift şaftlı turbofan motorlardan farklı olarak aksi yönde çalışan bir çift şaflı motordur. Burada amaçlanan uçak VTOL kullanımdayken veya düşük hızlarda seyir halindeyken motorun uçak üzerindeki jiroskopik etkilerini en aza indirmektir.
Rolls-Royce Pegasus II Turbofan Motoru McDonnell Douglas AV-8B Harrier II
Rolls-Royce Pegasus Nozulları, Hawker P.1127 (Dikey sistem için)
Saturn AL-41F1S Nozulları, Sukhoi Su-35 (Manevra kabiliyeti için)
İtiş doğrultusunun yönü, belirlenen açı ve eksen sınırları arasında hareket edebilen nozul sayesinde ayarlanır. Bu nozul sistemi ilk başta dikey eksende manevra kabiliyeti için üretildikten sonra seyir halindeki uçaklara çok daha yüksek manevra olanağı tanıdığı için VTOL sistemi dışındaki kalkış sistemli motorlara da uygulanmaya başlanmıştır. Pegasus’un çelikten yapılmış ön iki nozulu AB kompresöründen gelen hava ile beslenir. Arka nozullar ise Nimonic malzemeden yapılmış jet egzozlarıdır. Arka nozullardan çıkan havanın sıcaklığı 650°C civarındadır. Çelik, yüksek sıcaklıklarda deformasyona uğrayacağından yüksek sıcaklıklarda metal deformasyonu çok az olan Nimonic alaşımı kullanılır.
Lockheed Martin F-35B Lightning II (STOVL)
VTOL sisteminin avantajları kullanıldığı yere göre değişkenlik gösterir. Piste gerek duymadan iniş ve kalkış kabiliyeti, havada asılı kalma, hızlı konumlanabilme, esnek manevra yetenekleri gibi özellikler konvansiyonel sistemli hava araçlarının genel olarak erişemediği özelliklerdir. Ancak bu avantajlar sistemi büyük ölçüde kısıtlar. Taşıdığı yük ağırlığı, menzil, irtifa, maksimum seyir hızı, verimlilik ve dayanıklılık gibi kabiliyetleri sınırlar. VTOL uçak için konuşacak olursak, dikey kalkış esnasında gövdeyi kaldırmak için çok fazla itiş kuvveti gerekecektir. Bu yüzden yakıt tüketimi önemli ölçüde artar. Ayrıca bakım masrafları da konvansiyonel sistemlere göre oldukça masraflıdır. Fazlasıyla negatif etken olduğu için spesifik operasyonlar ve tatbikatlar dışında V/STOL ve STOVL sistemler daha yaygın olarak kullanılır.
Bell Boeing V-22 Osprey, Tiltrotor, V/STOL
Günümüzde Harrier ve F35B uçakları dışında Bell Boeing V-22 Osprey de kullanılmaktadır. Osprey, uçak ile helikopter arasında geçiş formuna sahip bir hava aracıdır. Rotorları besleyen iki adet Rolls-Royce T406 turboşaft motorunu kullanır. Böyle bir hava aracı olmasının temel sebebinde, uçak ile helikopterin kabiliyetlerini birleştirme arzusu yatar. Geleneksel helikopterlere göre daha fazla menzile, yük kapasitesine ve azami hıza sahiptir.
Harrier Jump Jet
VTOL İhtiyacının Doğuşu
Birinci Dünya Savaşı’nın sonunda havacılık teknolojisinin, savaşın sonucunu büyük bir oranda etkilediği açık bir şekilde belliydi. Hava sahasını domine edebilen taraf kara ve deniz operasyonlarında da çoğunlukla başarılı oluyordu. İkinci Dünya Savaşı esnasında da beklenildiği gibi bu durum devam etti. Hava sahasında üstünlük gösteren taraf, taktiksel gözlem uçuşları yaparak cepheye asker sürme ve yarma konusunda son derece başarılı oluyordu. Ayrıca uçaklar topçulara yer hedefi bildirimi, stratejik pozisyonların bombalanması, savaş alanına piyade ve erzak desteği, harekata kalkmış askerlerin istihbaratını verme gibi savaş alanında üstünlük sağlayacak hareketleri yapabiliyordu.
Sikorsky R-4
Hawker Siddeley P.1127
1942 yılında dünyanın ilk seri üretim helikopteri olan Sikorsky R-4 üretilmeye başlandı. Sadece tek yolcu taşıma kapasitesine sahip olan R-4 denizde ve karada kurtarma helikopteri olarak kullanıldı. 1943 yılına gelindiğinde çok daha yüksek taşıma kapasiteli H-5 modeli geliştirildi. R-4 modeline göre çok daha kullanışlı olan bu model, erzak ve teçhizat lojistiğinde önemli rol oynadı. Savaş alanında konumlanma kabiliyetleri sayesinde ülkelerin ilgisini çeken bu sistem üzerine çalışmalar hızlandı. 1957 yılına gelindiğinde Ralph Hooper ve Sydney Camm adlı iki havacılık mühendisi tarafından dünyanın ilk V/STOL uçağı olan Hawker Siddeley P.1127 prototipi üretildi. Hawker P.1127, döner nozullara sahip olan Rolls-Royce Pegasus/F402 turbofan motoru kullanıyordu. Nozullar, uçağa aşağı eksendeki tüm taraflara manevra yeteneği veriyordu ve bu sayede de P.1127 bir helikopter gibi manevra yapabiliyordu.
Motorun Tasarım Prensibi
Pegasus itiş doğrultusu kontrollü turbofan motoru, iki alçak basınç (AB) ve iki yüksek basınç (YB) türbin kademesi tarafından tahrik edilen üç alçak basınçlı ve sekiz yüksek basınçlı kompresör kademesine sahip çift şaftlı bir tasarıma sahiptir. Çift şaftlardan birisi AB türbini ile fanı birbirine bağlarken diğeri YB türbini ile kompresörü birbirine bağlayarak iki şaftında optimal hızda çalışması sağlanır. Ancak Pegasus diğer çift şaftlı turbofan motorlardan farklı olarak aksi yönde çalışan bir çift şaflı motordur. Burada amaçlanan uçak VTOL kullanımdayken veya düşük hızlarda seyir halindeyken motorun uçak üzerindeki jiroskopik etkilerini en aza indirmektir.
Rolls-Royce Pegasus II Turbofan Motoru McDonnell Douglas AV-8B Harrier II
Nozulun Tasarım Prensibi
Rolls-Royce Pegasus Nozulları, Hawker P.1127 (Dikey sistem için)
Saturn AL-41F1S Nozulları, Sukhoi Su-35 (Manevra kabiliyeti için)
İtiş doğrultusunun yönü, belirlenen açı ve eksen sınırları arasında hareket edebilen nozul sayesinde ayarlanır. Bu nozul sistemi ilk başta dikey eksende manevra kabiliyeti için üretildikten sonra seyir halindeki uçaklara çok daha yüksek manevra olanağı tanıdığı için VTOL sistemi dışındaki kalkış sistemli motorlara da uygulanmaya başlanmıştır. Pegasus’un çelikten yapılmış ön iki nozulu AB kompresöründen gelen hava ile beslenir. Arka nozullar ise Nimonic malzemeden yapılmış jet egzozlarıdır. Arka nozullardan çıkan havanın sıcaklığı 650°C civarındadır. Çelik, yüksek sıcaklıklarda deformasyona uğrayacağından yüksek sıcaklıklarda metal deformasyonu çok az olan Nimonic alaşımı kullanılır.
Sistemin Karşılaştırılması
Lockheed Martin F-35B Lightning II (STOVL)
VTOL sisteminin avantajları kullanıldığı yere göre değişkenlik gösterir. Piste gerek duymadan iniş ve kalkış kabiliyeti, havada asılı kalma, hızlı konumlanabilme, esnek manevra yetenekleri gibi özellikler konvansiyonel sistemli hava araçlarının genel olarak erişemediği özelliklerdir. Ancak bu avantajlar sistemi büyük ölçüde kısıtlar. Taşıdığı yük ağırlığı, menzil, irtifa, maksimum seyir hızı, verimlilik ve dayanıklılık gibi kabiliyetleri sınırlar. VTOL uçak için konuşacak olursak, dikey kalkış esnasında gövdeyi kaldırmak için çok fazla itiş kuvveti gerekecektir. Bu yüzden yakıt tüketimi önemli ölçüde artar. Ayrıca bakım masrafları da konvansiyonel sistemlere göre oldukça masraflıdır. Fazlasıyla negatif etken olduğu için spesifik operasyonlar ve tatbikatlar dışında V/STOL ve STOVL sistemler daha yaygın olarak kullanılır.
Bell Boeing V-22 Osprey, Tiltrotor, V/STOL
Günümüzde Harrier ve F35B uçakları dışında Bell Boeing V-22 Osprey de kullanılmaktadır. Osprey, uçak ile helikopter arasında geçiş formuna sahip bir hava aracıdır. Rotorları besleyen iki adet Rolls-Royce T406 turboşaft motorunu kullanır. Böyle bir hava aracı olmasının temel sebebinde, uçak ile helikopterin kabiliyetlerini birleştirme arzusu yatar. Geleneksel helikopterlere göre daha fazla menzile, yük kapasitesine ve azami hıza sahiptir.
