Dikey İniş Kalkış Yapabilen Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracı Çalışmaları

Transkript

1 Dikey İniş Kalkış Yapabilen Sabit Kanatlı İnsansız Hava Aracı Çalışmaları Zafer ÖZNALBANT 1, Mehmet Ş. KAVSAOĞLU 1 IX. UHUM, 6 Mayıs 2017, Ankara 1 Anadolu Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi

2 Sunum İçeriği Motivasyon Uçak Tasarımı ve Teknik Özellikleri Uzunlamasına Kararlılık Analizi Kontrol Sistemi ve Donanımı Test Uçakları ve Ana Uçak İmalatı Uçuş Testleri Sonuç 2/32

3 Motivasyon Boeing Phantom Swift Lokheed Martin ARES Project Kore Havacılık Araştırma Enstitüsü Smart UAV NASA GL-10 [6] 3/32

4 Motivasyon Dikey iniş/kalkış ve konvansiyonel uçuş kabiliyetlerine sahip özgün bir insansız uçağın tasarlanması, kararlılık özelliklerinin incelenmesi, uygun kontrol yöntemi entegresi ve nihayetinde imal edilerek uçuş tecrübelerinin yapılması amaçlanmıştır. 4/32

5 uçak tasarımı ve teknik özellikleri

6 Uçak Tasarımı W 0i = W pl + W prp W 0 Sabit kanatlı uçak tasarım yöntemleri ile yapısal ağırlık oranı hesabı, Dikey kalkış kıstasları dikkate alınarak itki sistemi ağırlık oranı hesabı, W 0i 1 + W str W 0 W 0i 1 Sabit paralı yük ağırlığı kabulü, W 0 = 9,817kg (iterasyon sonucu) 6/32

7 Uçak Tasarımı: Eskiz ve CAD Model Meyledebilir pervane sistemine sahip uçak CAD Modeli İlk eskiz çalışması 7/32

8 Nihai Uçak için Tasarım ve İmalat Sonrası Değerler Parametre Tasarım Değeri W e,g W Prp, g W pl, g W 0, g V cr, m/s 20.6 V stall, m/s 15 S, m Açıklık Oranı 5.13 c, m 0.3 W e, W prp,w pl, W o : uçağın ağırlıklarını tanımlamaktadır. V cr : Uçağın tasarım seyir hızını, V stall : Taşıma kaybı hızını tanımlamaktadır. S ve c : sırasıyla kanat referans alanı ve ortalama veter uzunluğudur. 8/32

9 uzunlamasına kararlılık analizi

10 Denge Durumu İncelemesi 740m irtifa da hız değişimine göre denge durumu değerleri Ön motor meyil açısı ve ön motorlar gaz kolu ayarlarının uçuş hızına göre olması gereken değerler Arka motor gaz kolu ayarı ve yunuslama dümeni açısının uçuş hızına göre olması gereken değerler 10/32

11 İmajiner Eksen İmajiner Eksen Kararlılık Analizi: Kök yerleşimi 5 4 Geçiş Uçuşu Kök Yerlişimi : V = 1 m/s FS : V FS = 5m/s Geçiş Uçuşu Kök Yerlişimi (Fügoid Mod) 3 : V FS = 10m/s : V = 15m/s FS : V = 20 m/s FS Reel Eksen Kısa periyot köklerin sanal eksende gösterimi Reel Eksen Uzun periyot (Phugoid Mod) köklerin sanal eksende gösterimi 13,5m/s den düşük uçuş hızlarında uçak uzunlamasına kararsız; 13,5m/s den yüksek hızlarda uzunlamasına kararlı 11/32

12 kontrol sistemi ve donanımı

13 Uçuş Moduna Göre Kontrol Elemanları Uçuş Modu Askı Yunuslama Kontrol Yalpa Kontrol İstikamet Kontrol Arka motor itki değişimi Ön motorlar itki değişimi Ön motorlar meyil açısı değişimi Geçiş Modu Arka motor itki değişimi + Yunuslama dümeni açı değişimi Eşzamanlı, ön motorlar meyil açısı ve ön motorlar itki değişimi + Yalpa dümeni açı değişimi Konv. Mod Yunuslama dümeni açı değişimi Yalpa dümeni açı değişimi İstikamet dümeni açı değişimi 13/32

14 Kontrol Algoritması Başlama Başlangıç Değerleri Atanması Çevrime Girişi Duyarga Ham Verilerinin Alınması Kullanıcı Kontrol Komutlarının Alınması Verilerin Filtrelenmesi Komutların Referans Olarak Atanması Motor ve Eyleyicilere Gönderilecek Sinyallerin Hesaplanması Kontrol Sinyallerinin Gönderilmesi Uçak Cevabı Gövde İçi Duyarga ve Donanımlar - Uçuş kontrol kartı - 3 eksen jiroskop - 3 eksen ivme ölçer - 3 eksen pusula - Barometrik irtifa ölçer - Sonar mesafe ölçer - Sayısal pitot-statik tüp - RF Kumanda alıcısı Saniyede 170 çevrim yapılmaktadır 14/32

15 Kontrol Donanımı ve Yerleşimi Ana Motorlar Motor Meyil Mek. Arka Motor Kanatçık Eyleyicisi Uçuş Kontrol Kart Telemetri Yer Kontrol Sistemi Kanatçık Eyl. 15/32

16 test uçakları ve ana uçak imalatı

17 Prototip ve Ana Uçak İmalatı Test uçakları V2, V3 ve V4b Ana uçak imalatı: 16 Adet kalıp ve 132 parça tasarımı imalatı ve montajı 17/32

18 Prototip ve Ana Uçak İmalatı İmalat sonrası ana uçak 18/32

19 uçuş testleri

20 Uçuş Testleri Video

21 Uçuş Testleri: 56. Test uçuşu sonuçları Dış ortam geçiş uçuşu için motor meyil açısı (μ m ), ölçülen yunuslama açısı (θ) ve referans yunuslama açısı θ m değişimi Dış ortam geçiş uçuşu için meyil açısı (μ m ) ve uçuş hızı (V) değişimi 21/32

22 Bazı Kırımlar

23 sonuçlar ve gelecek çalışmalar

24 Sonuçlar ve Gelecek Çalışmalar Askı, geçiş ve seyir uçuşları başarıyla gerçekleştirildi, Geçiş uçuşunda yunuslama açısı sabit kalma kıstası kısmen başarılı oldu, Geçiş uçuşu esnasında, yalpa ve istikamet girişimleri önlendi. Geçiş uçuşu aerodinamik ve itki sisteminin matematik modeli geliştirilmesi, Optimum/gürbüz kontrollör tasarımlarının yapılması, Yumuşak bir geçiş uçuşu için ileri çalışmalar, 24/32

25 Teşekkürler Bu tez çalışması, 213M344 numaralı proje ile Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırmalar Kurumu (TUBITAK) tarafından, Kampüs Plan Programı kapsamında BOEING Firması tarafından, 1308F310 numaralı proje ile Anadolu Üniversitesi tarafından Desteklenmiştir.