Modern yolcu uçaklarının kuyruk kısmındaki küçük bir delik, aslında uçağın “yerdeki kalbi” olarak nitelendirilen Yardımcı Güç Ünitesi’ne (APU) açılan kapıdır. Küçük bir gaz türbini motoru olan APU, uçağın elektrik, iklimlendirme ve motor çalıştırma ihtiyaçlarını ana motorlardan bağımsız olarak karşılar. Bu sayede uçağınız, harici güç kaynaklarına ihtiyaç duymadan hazır hâle gelir ve operasyonel özgürlüğünü korur. Havada veya yerde, konforlu ve güvenli bir yolculuk için çalışan gizli kahraman, o hafif uğultuyla size kendini hissettirir.
Modern bir yolcu uçağının kuyruk kısmına dikkatli bakıldığında, egzoz çıkışına benzer küçük bir delik göze çarpar. Bu nokta, uçağın devasa ana motorlarından bağımsız olarak çalışan, uçağın “yerdeki kalbi” olarak nitelendirilen Yardımcı Güç Ünitesi’nin (Auxiliary Power Unit - APU) dışarıya açılan kapısıdır. APU, uçağın sadece bir ulaşım aracı değil, aynı zamanda kendi kendine yetebilen sofistike bir yaşam alanı olmasını sağlar.
Yardımcı güç ünitesi veya yaygın olarak bilinen adıyla APU, aşağıda gösterildiği gibi, uçaklara takılan küçük bir gaz türbini motorudur ve aşağıdaki görevleri yerine getirir:
• Şaft tahrikli jeneratörlerden elektrik gücü sağlamak;
• İklimlendirme için pnömatik hava basıncı sağlamak; ve
• Motor çalıştırmak.
Uçak için birincil güç kaynağı olmadığı ve esas olarak uçak motorları çalışmadığında yerde kullanıldığı için “yardımcı güç ünitesi” olarak adlandırılır. APU, yukarıdaki iki hizmeti sağlar, ancak belirli durumlarda havada da kullanılabilir.
APU’nun Temel Fonksiyonları ve Gerekliliği
APU, aslında uçağın ana motorlarını çalıştırmak, elektrik enerjisi sağlamak ve kabin iklimlendirmesini yönetmek için tasarlanmış küçük bir gaz türbinli motordur. Özellikle yer hizmetlerinin kısıtlı olduğu havalimanlarında, uçağın dış bir yer güç ünitesine (GPU) veya hava arabasına ihtiyaç duymadan operasyon yapabilmesine olanak tanır.
Pnömatik Güç (Hava Desteği): Ana motorların çalıştırılması için gerekli olan yüksek basınçlı havayı sağlar. Ayrıca yerdeyken kabinin soğutulması veya ısıtılması için air condition sistemlerini besler.
Elektriksel Güç: Uçağın tüm aviyonik sistemlerini, ışıklandırmasını ve galley ekipmanlarını besleyen jeneratörü tahrik eder.
Uçuş Sırasında Destek: Uçuş sırasında ana motorlardan birinin veya jeneratörlerin arızalanması durumunda, APU yedek güç kaynağı olarak devreye girerek uçuş emniyetini en üst düzeye çıkarır.
APU’nun Genel Yapısı
Burada, pnömatik güç üretmek için bir yük kompresörünü tahrik eden, güç bölümü olarak bilinen küçük bir türbin motoru bulunmaktadır. Yük kompresörü ayrıca elektrik jeneratörünü içeren accessory gearbox’ı tahrik eder. Aşağıdaki APU şematik diyagramını incelediğimizde yerleşik düzen, temel bir gaz türbini motoruna benzemektedir.
Bu konfigürasyon, pnömatik güç gerektiğinde havanın kompresörden alındığını göstermektedir. Bu tür bir APU düzeni, pnömatik güç talebinin az olduğu küçük uçaklarda kabul edilebilir olsa da, pnömatik amaçlarla kompresörden çekilen hava, soğutma amacıyla türbinlere giden havayı azalttığı için daha büyük uçaklarda kabul edilemez bulunmuştur. Soğutma havasının azalması, türbinin ömrünün kısalmasına neden olur.
APU’nun sonraki modellerinde, bu sorun bir yük kompresörü eklenerek ortadan kaldırılmıştır. Bu konfigürasyonda, giriş havası yük kompresörüne ve güç bölümü kompresörüne yönlendirilir. Yük kompresörü artık güç bölümünden hava çekmeden tüm pnömatik yükleme gereksinimlerini karşılar. İki santrifüj kompresör kademesine sahip güç bölümü, bir santrifüj yük kompresörünü tahrik ederek, sisteme talep geldiğinde pnömatik basınç üretir.
Üreticinin gereksinimleri genellikle APU’nun uçaktaki konumunu belirler. Gürültü faktörü ve sıcak egzoz gazları sorunu nedeniyle, APU yer hizmet alanlarından mümkün olduğunca uzak bir konuma yerleştirilir. Genellikle uçağın kuyruk kısmına yerleştirilir; ancak kuyruğa monte edilmiş motorun konumu nedeniyle bu pratik olmayabilir. APU, bazı uçaklarda iniş takımı bölmelerine veya kanat yapılarına monte edilebilir. APU’nun bulunduğu yer neresi olursa olsun, havayı APU girişine getirmek ve egzoz gazlarını dışarıya tahliye etmek için kanallar gerekecektir.
Teknik İnceleme: Airbus A330 ve Garrett GTCP331-350 Örneği
Yardımcı güç ünitesi (APU) basınçsız kuyruk konisinde bulunur. APU, uçağın harici pnömatik ve elektrik güç kaynaklarından bağımsız olmasını sağlayan bir ünitedir. APU, gövde kuyruk konisinde bulunan yanmaz bir bölmeye monte edilmiştir. İki erişim kapısı, inceleme ve bakım için APU bölmesine erişim sağlar. Bir egzoz kanalı, APU gazını atmosfere salar. APU, sabit hızlı bir gaz türbini motorudur. Sabit hızlı gaz türbini motoru, aksesuar dişli kutusunu ve bir yük kompresörünü tahrik eder.
APU’nun çalışması, Elektronik Kontrol Kutusu (ECB → Electronic Control Box) tarafından kontrol edilir ve izlenir. ECB, çalıştırma, hız kontrolü, arıza izleme, gösterge ve uçuş sistemleri için arayüz oluşturma gibi APU işlevleri üzerinde tam yetkiye sahiptir.
APU, tüm uçuş süresi boyunca çalışacak şekilde tasarlanmıştır. APU çalıştığı sürece elektrik gücü mevcuttur, ancak bleed havası talebe göre sınırlıdır ve 25.000 ft’nin üzerinde kapatılır. Yardımcı güç ünitesi (APU) GTCP331-350, aşağıdaki gibi farklı alt sistemlere ayrılmıştır:
Üç temel modülden oluşan motor sistemi: güç bölümü, yük kompresörü ve aksesuar tahrik dişli kutusu;
• APU montaj sistemi;
• Hava giriş sistemi;
• Tahliye sistemi; ve
• Egzoz sistemi.
• Güç Bölümü (Power Section)
Bu bölüm, sistemin termodinamik merkezidir. İki aşamalı bir santrifüj kompresör, yanma odası ve üç aşamalı bir aksiyel türbinden oluşur. Yaklaşık 41.730 RPM gibi çok yüksek bir hızda sabit dönerek, yük kompresörünü ve bağlı komponentleri çalıştırmak için gerekli torku üretir.
Yük Kompresörü (Load Compressor)
Güç bölümünden bağımsız olarak uçağın pnömatik ihtiyacını karşılayan bu bölüm, Inlet Guide Vane (IGV) ile donatılmıştır. Elektronik Kontrol Ünitesi (ECB), bu kanatçıkların açısını değiştirerek uçağın o anki ihtiyacına göre (iklimlendirme veya motor çalıştırma) hava akışını milimetrik hassasiyetle ayarlar.
Motor Kompresörü (Engine Compressor)
Motor kompresörü, iki aşamalı bir santrifüj kompresördür. Her kompresör aşaması bir pervane ve bir difüzöre sahiptir. Motor santrifüj kompresörünün görevi, hava basıncını artırmak ve dönme kanatçıkları aracılığıyla yanma odasına yönlendirmektir.
Yanma Odası (Combustion Chamber)
Yanma odası ters akışlı dairesel bir yapıya sahiptir ve türbin göbeği muhafazasını çevreler. Sıkıştırılmış hava yanma odasında iken, yakıt atomize edilir ve hava ile karıştırılır. Yanma sırasında, genleşen gaz akışı türbine yönlendirilir ve enerjisi dönme hareketine dönüştürülür.
Türbin (Turbine)
GTCP331-350 güç bölümünün türbini, üç aşamalı eksenel tasarıma sahiptir. Türbin rotorları, ana milin arka kısmını oluşturur. %100 çalışma hızları 41.730 RPM’dir.
Aksesuar Dişli Kutusu (Accessory Drive Gearbox)
Aksesuar dişli kutusu, ön APU modülüdür. Güç bölümünden gelen şaft gücünü ileten yük kompresör modülüne doğrudan bağlıdır. Dişli kutusu, şaft gücünü APU aksesuarlarına ve dişli kutusu pedlerine takılı APU elektrik jeneratörüne iletir. Aynı zamanda APU yağ sistemi için yağ deposu görevi de görür.
Motorun ürettiği yüksek devirli gücü, uçağın sistemleri tarafından kullanılabilir hale getiren mekanik birimdir. Üzerinde yer alan yağ pompası, yakıt kontrol ünitesi (FCU) ve elektrik jeneratörü gibi bileşenleri senkronize bir şekilde çalıştırır.
Operasyonel Yönetim ve Güvenlik: ECB
APU’nun yönetimi tamamen dijital bir beyin olan Electronic Control Box (ECB) tarafından yapılır. Pilotun sadece “START” düğmesine basması yeterlidir; ECB geri kalan tüm süreci (yakıt akışı, ateşleme, hız kontrolü ve koruma protokolleri) yönetir. Herhangi bir aşırı ısınma (EGT), yağ kaybı veya yangın durumunda ECB, üniteyi otomatik olarak kapatarak uçağı emniyete alır.
Yerleşim ve Akustik Tasarım
APU, gürültü ve ısı etkilerini minimize etmek için uçağın kuyruk konisindeki “APU Kompartman” adı verilen özel bir bölmede bulunur. Bu bölme, paslanmaz çelik veya titanyumdan yapılmış yangın duvarlarıyla (firewall) uçağın geri kalanından izole edilmiştir. Egzoz sistemi, sadece gazları tahliye etmekle kalmaz; üzerindeki susturucu (muffler) sayesinde yer personelinin konforu için gürültü kirliliğini de ciddi oranda azaltır.
Emme Sistemi (Intake System)
Hava emme sistemi, APU’nun plenum odasına ortam havası sağlar.
Hava emme sisteminin ana bileşenleri şunlardır:
• Hava emme yönlendirici;
• Hava emme ağzı;
• Hava emme flapı ve hava emme flap aktüatörü ile birlikte hava emme tertibatı ve hava emme kanalı.
Elektronik kontrol kutusu (ECB), hava emme flap aktüatörünü çalıştırmak için gereklidir. Elektronik kontrol kutusu (ECB), hava emme flap aktüatörünü çalıştırmak için gerekli elektrik gücünü sağlar. İki limit switch ve iki konum anahtarı, air intake flap aktüatörünün konumunu kontrol eder. Uçak yerdeyken elektrik gücü mevcut değilse veya flap aktüatöründe arıza varsa, air intake flap manuel olarak çalıştırılabilir.
Egzoz
APU egzoz sistemi, APU GTCP331-350 egzoz gazlarını dışarıya yönlendirir; ikincil işlevi ise egzoz gürültü seviyesini azaltmaktır. Egzoz sistemi iki ana bileşenden oluşur:
• Egzoz susturucu tertibatı; ve
• Süspansiyon.
Egzoz susturucu tertibatı, egzoz gazı akışını ortam havasına yönlendirerek egzoz gürültüsünü azaltır. Bu tertibat, APU ile egzoz susturucu arasında sıcaklık değişikliklerinden kaynaklanan genleşme ve büzülmeyi telafi eden esnek bir bağlantıdan oluşur. Egzoz susturucu süspansiyonu, egzoz susturucu bölmesi yapısının bir parçası olan iki kılavuz rayına sahiptir. Bu raylar U şeklindedir. Egzoz susturucusunda dört adet montaj braketi bulunur. Bu braketler kılavuz raylara oturur ve termal genleşmeye izin verir. Egzoz susturucusu termal yalıtıma sahiptir. Egzoz susturucusunun dış yüzeyindeki sıcaklığı 200°C sınırında tutar.
Havacılık teknolojisinin bu küçük devleri, uçakların yerdeki bağımsızlığını ve gökyüzündeki yedekliliğini garanti eder. Bir dahaki sefere uçağa binerken duyduğunuz o hafif uğultu, aslında uçağınızın size konforlu ve güvenli bir yolculuk sunmak için çalışan gizli kahramanı APU’nun sesidir.