Dikey ve Yatay Uçuş Kabiliyete Sahip İnsansız Hava Aracı (Tilt-rotor İHA)

Transkript

1 Dikey ve Yatay Uçuş Kabiliyete Sahip İnsansız Hava Aracı (Tilt-rotor İHA) Eylül 2013

2 İçindekiler Firma Tanıtımı ve Hedefleri... 4 Proje Genel Tanıtımı... 5 Çıkış Noktası... 5 Proje Özeti... 7 Albatross un Özellikleri... 8 VTOL Özelliği... 8 Mevcut Modellere Göre Avantajlar... 8 Atılım Üniversitesi İşbirliği... 9 Üretilecek Alt Sistemler... 9 Test ve Tam Boy Prototip Sistem Özellikleri Genel Özellikler Fonksiyonel Özellikler Faydalı Yük Kamera Özel Amaçlı Algılayıcılar Sistem Gövde Elektronik Sistemler Yazılım Algılayıcılar Yer İstasyonu Proje Ekibi Tamamlanmış Çalışmalar Yatay Uçuş Otopilot Algoritmaları VTOL Sistem Prototip Testleri Yatay Uçuş için Dinamik Modelleme Dikey Uçuş İçin Dinamik Modelleme Devam Eden Çalışmalar Uçak Tasarımı Prototip ve Test Platformu Üretimi Fırçasız Motor Hız Kontrol Ünitesi

3 CFD Analizleri Simülasyonlar Gömülü Denetim Uygulamaları Kompozit Üretimi Gelecek Çalışmalar Sonuç Kaynaklar

4 3

5 Firma Tanıtımı ve Hedefleri Se Savunma ve Havacılık, Se Teknoloji Çözümleri ismi ile 2002 yılında bilişim sektöründe faaliyet göstermek amacı ile Ankara da kurulmuştur. Kuruluşundan bu yana özel yazılım, donanım tedariki, uzak mesafe kablosuz ağlar, danışmanlık ve sistem entegrasyonu konularında faaliyette bulunmuştur. Yurt içinde Üretim Kaynak Kullanımı ve Otomasyonu, Meslek Odası Yönetim Sistemi, Kütüphane Yönetim Sistemi, Öğrenci Bilgi Sistemi, Altındağ Belediyesi Uzak Mesafe Veri Aktarım Sistemi, Tr.net Uzak Mesafe Veri Aktarım Sistemi ve yurt dışında KKTC Girne Amerikan Üniversitesi Bilişim Sistemleri ve Ağ Sistemleri Tedarik ve Kurulumu, Girne Amerikan Üniversitesi Öğrenci Bilgi Sitemi isimli projeler gerçekleştirmiştir yılında SE Savunma ve Havacılık adını alarak savunma sanayi alanında faaliyet göstermeye ve Ar-Ge çalışmalarına başlamıştır. Firmanın tamamlamış olduğu projeler, üniversitelerle ve çeşitli savunma sanayi alanında faaliyet gösteren firmalarla birlikte gerçekleştirilen, ağırlıklı olarak uzaktan komutalı ve insansız sistemler üzerinedir. Üniversitelerle tamamlanan projeler Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından kısmi olarak desteklenmiştir. TÜBİTAK, firmanın hava aracına ve üretim kabiliyetine güvenerek, kendi geliştirdikleri bir enerji sistemini test etmek amacıyla üretilecek olan İHA projesini firmaya vermiştir ve Ekim 13 itibari ile sözleşmesi imzalanıp insansız hava aracının üretimine başlanmıştır. Firmanın ana projesi, ekibinin bilgi birikimi ve tecrübesi ile dünyada kullanılan mevcut sistemlerden daha farklı bir sistem olan, yurt içi patentinin de (TPE 2011/03596) firmaya ait olduğu ve hala devam etmekte olan Albatross isimli insansız hava aracı projesidir. Prototipi tamamlanmış olan Albatross, IDEF 13 te görücüye çıkmıştır ve olumlu tepkiler almıştır. Projenin benzeri dünyada sadece İsrail (IAI) tarafından üretilmektedir (Panther UAV). Hedefler Kısa vadeli hedefimiz, Albatross u tamamlayıp ülkemize fayda sağlayabilmektir. Orta ve uzun vadeli hedeflerimiz ise Albatross u geliştirip gemi ve botlardan kalkar hale getirmek ve kapsamlı bir üretim tesisi kurarak, sistemde kullanılan bütün parçaların yerli olarak üretilmesi ve kullanılmasını sağlamaktır. Kompozit gövde üretimi, kontrol devrelerinin tasarımı ve prototip üretimi, otopilot ve yer istasyonu kontrol yazılımlarının tamamı Ankara Gölbaşı İlçesinde Gazi Üniversitesi Teknopark bünyesinde bulunan firmamızda yapılmaktadır. 4

6 Proje Genel Tanıtımı Çıkış Noktası Ülkemizde eksikliğini hissettiğimiz, terörle mücadelede verimli olarak kullanılabilecek, istihbarat, gözetleme ve keşif amaçlı bir İnsansız Hava Aracı projesine başladık. Bu projeye başlamamızdaki temel amacımız kendi yerli imkânlarımız ile üretilebilecek bir sistemi yaratmak oldu. Yurtdışından benzer ürünleri ancak çok yüksek maliyetlerle getirebilmek ve sistemlere acil ihtiyaç duyulan zamanlarda oluşabilecek sorunlardan ve zaman kaybından duyduğumuz rahatsızlık bizi motive eden faktörlerin başlarında gelmektedir. Bu aşamada yerli savunma sanayi ürünlerinin ülkemizin çıkarları açısından kıyas kabul edilemez olduğuna inanmaktayız. Bunun yanı sıra, dünyada çok hızlı gelişen insansız sistemler içerisinde insansız hava araçlarına duyulan ihtiyaç sebebiyle ülkemizin savunma sanayine katma değer sağlayabilmenin gururunu yaşamayı gerçekleştirmek için var gücümüz ve imkânlarımızla çalışmalarımıza devam etmekteyiz. Test aşamasında bulunduğumuz İHA projemiz, mini ile taktik boyutları arasında yer alan, üç rotorlu, iki rotoru dönme eksenine sahip, sabit kanatlı, dik inip kalkış yapabilen, havada asılı kalabilen ve uçuş modunu havada değiştirebilen bir sistemdir. Bu projeye başlamamızdaki sebeplerden bir başkası da, hem Türkiye de üretilen veya üzerinde çalışılan dik kalkış-iniş yapıp düz uçuşa geçebilen bir İHA bulunmaması hem de ülkemizin coğrafi yapısı, askeri ihtiyaçları ve teröre karşı verdiğimiz mücadelede, Albatross un tasarımsal yaklaşımı sayesinde ülkemize ve ordumuza sağlayacağı avantajlardır. Ürünümüz, ülkemizi, savunma sanayi konusunda insansız hava araçlarına bağımlılıktan kurtaracak, ülkemize terörle mücadele ve sınır güvenliği konularında fayda sağlayacaktır. İhracat değeri yüksek olan bu milli ürünümüzü yurt dışına da ihraç ederek uluslararası pazarda ülkemizin adını geçirmenin gururunu yaşamak hayallerimizin başında gelmektedir. 5

7 Strateji Türkiye de ilk defa tasarlanmış olan yapısıyla Albatross İHA projemize başlarken, ülkemizin stratejik öncelik verdiği konuları göz önünde bulundurduk ve bilgi birikim ve tecribemizi bu alanlara aktarmak için çalışmalarımıza yön verdik. Savunma Sanayi Müşteşarlığı nın Savunma Sanayi Sektörel Strateji Dokümanı, Türkiye İnsansız Hava Aracı Sistemleri Yol Haritası nı ve TUBİTAK Vizyon 2023 Teknoloji Öngörü Projesi dokümanlarını kendimize harita yaptık. Proje sonunda elde edilecek tasarımın fikri mülkiyet hakları ile koruma altına almayı planlıyoruz. (Firmamızı hali hazırda gizli patenti bulunmaktadır. Patent no: 2011/03596). Böylelikle, bir taraftan var olan iç ve dış talebe cevap verirken, diğer taraftan pazarda rekabet edebilirliğin korunması içinde avantaj elde edilmiş olacak. Geliştirdiğimiz prototip kendisinden çeşitli modellerin tasarlanabileceği nitelikte olacak, hem askeri hem de kamu ve özel kuruluşların kullanımı sağlanacaktır. Sonuç olarak İnsansız Hava Aracı konuları ülkemizin stratejik öncelik verdiği konulardan biridir. Sanayi- üniversite işbirliği ile prototipi tamamlanan Albatross sayesinde askeri / sivil amaçlı kullanılabilecek mili yeni bir üretilecek olup, diğer taraftan dışa bağımlılık azaltılarak ulusal bilgi birikiminin ve yetkinliklerin artmasına katı sağlayacaktır. Bunların yanı sıra, yenilikçi bir ürünle yurtiçi ve yurtdışı pazarlara girilerek Türkiye nin rekabetçiliğinin artmasına katkı sağlanacaktır. Yurtiçi stratejisi olarak, geliştirdiğimiz prototipten 2 tip ürün üretmeyi planlamaktayız. Bunlardan birincisi askeri standartlarda üretilecek olan ürün diğeri ise sivil kullanım için üretilecek üründür. Proje kapsamında üretilecek olan ürünümüz askeri amaçlı kullanılan diğer ürünlerden farklıdır ve pazardaki büyük bir boşluğu dolduracaktır. Askeri amaçlı kullanılan ürünler ya uçak ya da helikopterlerin karakteristik özelliklerini göstermekte olup, Albatross her iki araç tipini de göstermektedir. Dikey kalkış/iniş özelliği ve tasarımın özelliği gereği herhangi bir fırlatıcı ya da zorunlu olarak düz bir piste ihtiyaç duymaması başta Güneydoğu Anadolu Bölgesi olmak üzere, karadan keşfi zor olan engebeli arazilerde kullanılabilecektir. Belirlenen hedefi alıp getirebilecek ve aynı zamanda canlı görüntü aktarımı (keşif/gözlem) gerçekleştirebilecektir Savunma Sanayi Sektörel Strateji Dokümanı nda hava araçları için belirlenen vizyon Türk Silahlı Kuvvetlerinin tüm İnsansız Hava Aracı ihtiyaçlarının yurtiçinden karşılanması dır. 6

8 Bu sebepten ötürü proje ile birlikte Türk Silahlı Kuvvetleri nin hâlihazırda envanterinde bulunmayan bir ürün geliştirilmiş olup Silahlı Kuvvetlerin ihtiyacı karşılanacaktır. Yurtdışı stratejisi olarak, proje kapsamında gerçekleştirilecek olan ürünün de sanayi ürünü haline gelmesiyle beraber, bu ürünün Avrupa, Kafkaslar ve Ortadoğu pazarlarına verilmesi planlanmaktadır. Askeri amaçlı kullanım için Avrupa pazarında İHA üretim bilgisine sahip olmayan ülkelerin ordularının potansiyel müşteri olacakları tahmin edilmektedir. Kafkaslarda ise Azerbaycan gibi askeri alanda işbirliği yapılan ülkelerin ürüne talep gösterecekleri düşünülmektedir. Ortadoğu ülkelerine satılacak ürünlerin ise, mevcut şartlar göz önünde bulundurulduğunda sivil kullanım amaçlı olacağı tahmin edilmektedir. Proje Özeti Proje, iki rotoru hareketli eksene (tilt rotor) sahip olmak üzere üç rotorlu; yüksek manevra ve hız kabiliyetine haiz; helikopter gibi dikine kalkış-iniş ve uçuş yapabilen (VTOL); sabit kanatları ile uçma ve yatay kalkış-iniş kabiliyetine sahip; her iki uçuş modu arasında havada geçiş yapabilen; kablosuz bir şekilde gerçek zamanlı olarak veri alışverişinde bulunabilen; kamera, tutucu (gripper) vb. unsurları stabil olarak taşıyabilen ve askeri/ sivil amaçlı kullanılabilecek milli, yeni bir İnsansız Hava Aracı nın (İHA) tasarımı, denetimi, testleri ve üretiminden oluşmaktadır. Proje kapsamında üretilecek sistem dik kalkış iniş, yatay kalkış iniş ve havada dikey uçuştan yataya, yataydan dikeye geçiş yetilerine sahip İnsansız Hava Aracı keşif, ölçüm, görüntüleme vb. görevlere sahip olacak ve Türkiye de üretilen ilk tilt-rotor uçak özelliğini taşıyacaktır. Uçuş ve görev yüksekliği ft olup ağırlığının kg arasında değişmesi planlanmaktadır. Sistemin, ağırlığının yaklaşık %50 ini batarya oluşturacaktır. Kanat açıklığının 2,7 m olduğu düşünülürse dik uçuş modunda yaklaşık toplam 0,5 saat, yatay uçuş modunda yaklaşık toplam 3 saat uçması öngörülmektedir. Üretilecek sistemin görev tanımına göre değişecek 1.5 kg a kadar olan faydalı yükün sistem tarafından uçuş boyunca taşınması da planlar arasındadır. 7

9 Albatross un Özellikleri VTOL Özelliği Dik iniş kalkış yapabilmesi (VTOL), herhangi bir fırlatıcıya veya düz bir zemine ihtiyaç duymadan kalkış yapabilmesine ve paraşüt vb. gibi iniş takımlarına ihtiyaç duymadan her türlü araziye iniş yapabilmesini sağlamaktadır. Dik iniş kalkış yapabilen İHA lar üzerlerine kolayca monte edilebilen faydalı yüklerin çeşitliliğine göre farklı görevlere sahiptirler (Kamera - Keşif gözlem, Dedektör Mayın tarama gibi). Havada asılı kalma özelliği ile sabit ya da yavaş seyir eden nesnelerin takibi kolaylaşmaktadır. Mevcut Modellere Göre Avantajlar Mevcut sabit kanatlı modellere göre modelimizin avantajı dik kalkış ve iniş yapabilmesi ve havada asılı kalabilmesidir. Sadece döner kanatlı modellere göre avantajımız ise düz uçuşa geçmesi ile daha yüksek hızlara çıkabilmesi ve bu sebeple daha uzun bir menzile sahip olmasıdır. Şekil 2: IAI Panther UAV 8

10 Şekil 3: Draganfly X6 Atılım Üniversitesi İşbirliği Atılım Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mekatronik Bölümü Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Kutluk Bilge Arıkan ile Se Savunma Sanayi Havacılık Elektrik Elektronik Mühendislik İmalat Sanayi Ticaret Limited Şirketi arasında 01/03/2012 tarihi itibari ile 18 ay süren STZ kodlu Üç Dönerkanatlı Özerk Hava Taşıtı (3DÖHAT) Konulu SAN-TEZ projesi kapsamında Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenmektedir. Atılım Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Uçan Robotlar Laboratuvarında şirket çalışmaları yapılabilmektedir ve Atılım Üniversitesi Robot Teknolojileri Araştırma Merkezi (RoTAM) ile işbirliği görüşmeleri sürmektedir. Üretilecek Alt Sistemler Motor Kuvveti (Thrust) Ölçer Sistemi: Sistemde kullanılacak motorların parametrelerini (Motor sabitleri, kaldırma kuvveti vs.) elde etmek amacıyla kullanılacaktır. ESC: Electronic Speed Controller, fırçasız motorları sürmek için tasarlanmış, standart ESC lere göre yüksek tepki süresi ve hassasiyete sahip motor sürücü olarak kullanılacaktır. IMU-AHRS-INS: İlk etapta hazır ürünleri kullanacak sistemlerimiz daha sonra AR-GE çalışmasını başlattığımız kendi ataletsel ölçümleme birimlerimiz ile sistemlerin üzerinde kullanılmaya başlanacaktır. 9

11 Otopilot Yazılım ve Donanımları: Tasarımı başlatılmış olan otopilot yazılımı uçuş ve görev kontrolü, faydalı yük kontrolü sağlayacak ve tamamen firmamız tarafından üretilecektir. Tilt Rotor mekanizması: Tilt rotor mekanizması özgün bir tasarım olup sistem üzerinde kullanılacaktır. Şekil 4: Tilt rotor mekanizması Yer istasyonu: Askeri standartlara uygun güvenlikli kullanıcı dostu ve tek operatör tarafından kullanılması planlanan yer istasyonu firmamız tarafından üretilecektir. Hedef takip eden pan-tilt anten mekanizması: Hava aracının havadaki pozisyonuna göre takip eden anten sistemi firmamız tarafından tasarlanıp üretilecektir. Görüntü işleme ve Faydalı Yük Yazılımı: Tasarımı başlatılmış yazılımın hava aracından gelen görüntüleri işleyip değerlendirmesi gerçekleştirilecektir. 10

12 Test ve Tam Boy Prototip İlk gerçek ölçülü prototipte, alüminyum iskelet üzerine aerodinamik olarak tasarlanmış şase içerisinde ana işlemci olarak PC104 bilgisayar, atalet sensörü olarak IMU, motor sürücüler, alt işlemciler bulunacaktır. Ön iki motora bağlı olan mekanizma sayesinde rotorlar dikey ve yatay konuma getirilebilecektir. Motorlar bu servo sistemine bağlı olup üstlerine sabit palli döner kanatlar bulunmaktadır. Ayrıca İHA nın arka kısmında gövde ile arka kanat arasında bir rotor daha bulunmaktadır. Sabit kanatlarına bağlı servo sistemi ile yatay uçuşta kontrolünü de kolaylıkla sağlayacak İHA nın arka kanatlarında da servo sistemi ile stabilite artırımı, manevra kabiliyetinin arttırılması ve sistemin kontrolü sağlanmış olacaktır. Sistem Özellikleri Genel Özellikler Tasarımını yapmakta olduğumuz model yaklaşık 2,5 metre kanat açıklığına sahip olup 15 kg ağırlığındadır. 1 kg faydalı yük taşıması planlanmaktadır. 10,000 ft yükseklikte 3 saat görev süresi öngörülmektedir. Kontrol menzili 50km olarak planlanmaktadır. 11

13 Şekil 5: Tilt-rotor İHA nın boyutları 12

14 Şekil 6: Tilt-rotor İHA nın iç yapısı Fonksiyonel Özellikler VTOL: Araç bulunduğu noktadan dik şekilde kalkış yapabilme özelliğine sahip olacaktır. Aynı sistem kullanılarak dik şekilde iniş de sağlanacaktır. Hover: Araç uçuş sırasında pervanelerinin yönünü değiştirerek havada asılı kalabilecek veya düşük hızlarda yatay ve dikey uçuş yapabilecektir. Düz Uçuş: Araç sabit kanatlı uçak gövdesine sahip olması ile pervanelerinin normal konuma getirilerek düz şekilde uçabilecek, yüksek hızlara ve irtifalara çıkabilecektir. Oto Pilot: Sistem oto pilot özelliğine sahip olacak, yüklenen görevi pilota ihtiyaç duymadan gerçekleştirme özelliğine sahip olacaktır. Kullanılacak oto pilot yazılımı firmamız tarafından geliştirilecektir. Otomatik iniş kalkış: Araç otomatik pilot ve otomatik denge kontrol yazılımları ile dik ve yatay iniş kalkışını pilota ihtiyaç duymadan yapabilecektir. 13

15 Faydalı Yük Faydalı yükler sistemin yapacağı görevi belirlemektedir. Kamera Keşif ve gözlem için İHA üzerinde faydalı yük olarak kamera yerleştirildiğinde, termal kamera ile canlıları algılayabilir, gece görüş kamerası ile 24 saat çalışabilir, yüksek çözünürlüğe sahip özel kameralar ile görünmeyecek kadar yüksek irtifadan hedefi fark edebilir. Şekil 7: Termal Kamera Özel Amaçlı Algılayıcılar İHA üzerine çeşitli algılayıcılar yerleştirilerek çeşitli görevler tanımlanabilir. Bu görevler insansız bir taşıtın yapmaması halinde insan hayatını tehlikeye atabileceğinden böyle bir sistemin üzerine yerleştirilerek, mayın tarayan İHA, radyoaktivite ölçen İHA gibi modları olabilir. Firmamızın üzerinde çalıştığı İHA havada askıda kalabildiği için sadece sabit kanatlı sistemlerle yapılaması mümkün olmayan ölçümleri yapabilmesi öngörülmektedir. 14

16 Sistem Şekil 8: Sistem Bileşenleri Gövde Gövde alüminyum alaşım şase üzerine kompozit (Karbon fiber) gövde ve kanatlardan oluşacaktır. Elektronik Sistemler Fırçasız Motor Hız Kontrol Ünitesi Kendi tasarım ve üretimimiz olan motor hız kontrol ünitesi ile hassas motor devir ayarları sağlanacak, bu hassasiyet aracın denge ve uçuşunun daha kararlı olmasına yardım edecektir. Genel Kontrol Bilgisayarı Tüm alt sistemleri denetleyen ve haberleşmelerini sağlayan ana denetleyicidir. 15

17 Denge Kontrol Ünitesi Atalet sensörlerinden gelen veriyi işleyerek filtrelenen veriyi kontrol sinyallerine çevirip aracın denge ve stabilizasyonunu kontrol eden alt sistemdir. Kablosuz Haberleşme Üniteleri Datalink: Yer ünitesiyle veri iletişimini sağlar, telemetri bilgilerini gönderir. Firmamızın daha önce projelerinde kullandığı uzun menzilli (50+ km) veri aktarım üniteleri modifiye edilip sistem üzerinde kullanılacaktır. Videolink: Faydalı yük kameradan görüntü aktarır. Bu bağlantı kullanılacak bant genişliğinin fazla olması nedeni ile analog sinyaller ile iletilecektir. Görüntü İşleme Ünitesi Kameradan gelen görüntüleri işler ve sıkıştırma işlemlerini gerçekleştirir. Batarya Batarya Lityum Polimer teknolojiye sahip yüksek enerji ağırlık oranına sahiptir. Görev süresine göre hücre sayısı artırılıp azaltılabilir. Kullanılması planlanan tüm ana ve alt sistemlerin ilk aşamada hazır ürünlerden oluşması, daha sonrasında hepsinin firmamız tarafından tasarlanıp üretilmesi planlanmaktadır. Bu sayede dışa bağımlılık ve veri güvenliği sorunları da çözülecektir. Yazılım 16

18 Şekil 9: Sistem Yazılımları Genel Kontrol Yazılımı Genel kontrol yazılımı, hava aracındaki genel işleyişi ve birimler arasındaki haberleşmeyi sağlar. Algılayıcılardan gelen verileri yorumlayıp gerekli sinyalleri alt sistemlere iletir. Uçuş ve Denge Kontrol Yazılımı Uçuş ve denge kontrol yazılımı IMU ve diğer sensörlerden gelen bilgileri işleyen yazılımdır. LQR, H infinity regülatörleri ve robust kontrolcü algoritmaları ile verileri işleyerek kontrol sinyallerini oluşturur. Oto-Pilot Yazılımı Otomatik pilot yazılımı hava aracının navigasyon kabiliyetini kontrol eder. sensörlerden aldığı bilgileri işleyerek otomatik iniş kalkış ve uçuşu sağlar. yazılımı da firmamız bünyesinde tasarlanmaktadır. GPS ve diğer Otomatik pilot Faydalı Yük ve Görüntü İşleme Yazılımları Faydalı yük yazılımı hava aracındaki faydalı yükün işlevlerini ve durumunu kontrol eden ve gerekli bilgileri işleyip yer istasyonuna aktaran yazılımdır. 17

19 Güç Kontrol Yazılımı Güç kontrol yazılımı bataryalarda kalan enerjiye göre menzil ve uçuş süresi bilgilerini hesaplar. Güç kontrol biriminden aldığı verileri işleyip gerçek zamanlı enerji harcama hesaplamalarını yapar ve tahmini uçuş süresini kullanıcıya bildirir. Algılayıcılar Ataletsel Seyrüsefer Birimi (INS) Ataletsel Sensör Birimi, üç ivmeölçer, üç jiroskop, üç magnetometre ve gerekli bazı sensörlerin birleşmesiyle oluşur. Gürültüden arındırılması için filtrelenmiştir. Roll, Pitch ve Yaw açı ve açısal hız bilgilerini gönderir. İlk etapta hazır ürünlerin kullanılacağı sistemimizde, ileriki aşamada kendi bünyemizde IMU/INS tasarlamak ve üretmek de hedeflerimiz arasındadır. 30 Hz ile 1000 Hz arası hızlarda istenilen verileri gönderen INS, bu değişkene göre ve hassasiyetine göre farklı modellere ayrılır. Küresel Konumlandırma Birimi (GPS) INS çok hassas bir sensördür ve her zaman tam doğru bilgiyi ölçemeyebilir. Bu sebeple doğruluğuna güvendiğimiz bir sensörü INS dan gelen veriyi doğrulamak için kullanmamız yararımıza olacaktır. GPS, konum, yükseklik, hız, bilgilerinden yönelim gibi bilgileri elde edip INS dan gelen veriyi günceller. Mesafe Algılayıcıları Kızılötesi Algılayıcılar: İHA'nın düşük irtifada yerden yüksekliğini ve çevredeki objelerin yakınlığını algılamak için kullanılmaktadır. Ultrasonik Algılayıcılar: İHA'nın kızılötesi algılayıcılara göre daha uzun mesafeleri ultrasonik sinyallerle algılayan bir çeşit sensördür. Basınçölçer Basınç algılayıcısı sayesinde mutlak yükseklik bilgisi edinilir. Bu bilgi ile GPS'ten gelen veri doğrulanır ve daha doğru sonuç elde edilmiş olur. Akımölçer Motorların ve işlemcilerin üstünden geçen akımı ölçer. Sistemler ve alt sistemlerde kısa devre kontrolü sağlar. Elde edilen akım bilgisi sayesinde kalan enerjinin hesaplanması için gerekli alt sistemlere akım bilgisini iletir. Yer İstasyonu Yer istasyonu sabit, mobil ve araçla tümleşik olarak üç ayrı şekilde tasarlanmıştır. Bilgisayar, özel kontrol kartı ve antenden oluşur. Bilgisayar askeri standartlarda dış kullanıma uygundur. Özel kart anten pan-tilt özelliğini kontrol eden arabirimdir. Anten ise video ve veri haberleşmesini sağlamak için iki farklı frekansta çalışır. 18

20 Şekil 10: Yer İstasyonu Yer istasyonunda çalışan iki yazılım vardır, bunlar görev kontrol yazılımı ve anten kontrol yazılımıdır. Görev Kontrol Görev kontrol yazılımı İHA'nın görevlerinin tanımlandığı ve işlendiği yazılımdır. İHA'dan gelen video ve foto bilgileri bu yazılım üzerinden işlenir. İHA'ya gönderilen rota ve görev bilgileri araç üzerinde çalışan yazılım tarafından alınır. Bu görevler gerçekleştirilirken video ve telemetri bilgileri gerçek zamanlı yer istasyonuna iletilir. Şekil 11: Yer İstasyonu Arayüzü Anten Kontrol Anten kontrol yazılımı aracı havada takip ederek anten menzilini maksimum seviyede kontrol etmeye yarar. Aracın koordinatları ve antenin yerdeki konumundan aldığı bilgileri kullanarak yer istasyonu antenini araca yönlendirir. 19

21 Ar-Ge Çalışmaları Proje Ekibi Proje dahilinde firmamızda Mekatronik, Kontrol, Bilgisayar, Havacılık ve Elektronik Mühendislerinden oluşan bir ekip çalışmaktadır. Hava aracının tasarımında gerekli matematiksel model ise danışmanlık hizmeti alımı ile sağlanmıştır. Aşağıdaki tabloda proje ekibinin görev dağılımı gösterilmektedir. Hava Aracı Mekatronik Müh. Mekatronik Müh. Kontrol Mühendisi Bilgisayar Mühendisi Havacılık Mühendisi Elektronik Mühendisi Hava aracının yazılım donanım entegrasyonundan ve ilgili simülasyonlardan sorumlu Denetleyici testleri, otopilot tasarımı ve uçuş testlerinden sorumlu Denetleyici tasarımı, gömülü sistemler entegrasyonu ve testlerden sorumlu Ara yazılımlar, gömülü sistem yazılım tasarımı ve sistem işleyişinden sorumlu Sistemin aerodinamik tasarımı, CFD testleri, uygulama ve aerodinamik testlerinden sorumlu Gömülü sistem tasarımı ve sistem elektroniğinden sorumlu Yer İstasyonu Bilgisayar Mühendisi Elektronik Mühendisi Yer istasyonunun yazılım tasarımı ve arayüz tasarımınsan sorumlu Yer istasyonu pantilt anten mekanizması ve hava aracı ile iletişiminden sorumlu Alt Sistemler Mekatronik Müh. Bilgisayar Mühendisi Elektronik Mühendisi Ataletsel sensörlerin birleştirilmesi, tasarımı ve üretiminden sorumlu Tüm alt sistemlerin yazılımlarından sorumlu Algılayıcılar, ESC, Kamera gibi alt sistemlerden sorumlu Tablo 1: Proje Ekibi Görev Dağılımı 20

22 Tamamlanmış Çalışmalar Projenin gelinen noktasında aşağıda belirttiğimiz alt sistemler üretilmiş ve test aşamasında kullanılmaktadırlar; Mini model tasarımı, üretimi Matematiksel Model (Doğrusal Denklemler) Referans takipleri (basit otopilot algoritmaları ile) Simülasyon testleri yazılımı Anten pantilt mekanizması tasarımı Anten yazılımı IMU ve ESC devre tasarımları, prototip üretimleri Yatay Uçuş Otopilot Algoritmaları Yatay uçuşta kalkış, uçuş ve iniş algoritmaları ayrı ayrı yazılmış ve aralarında geçiş algoritması yazılmıştır. Bu algoritmalar bir bilgisayar üzerinden gerçek zamanlı olarak X-Plane simülatörünün yüklü olduğu bir bilgisayara aktarılmakta ve geri besleme sinyali ters yönlü olarak verilmektedir. Bu sistem ile yatayda iniş kalkış ve uçuş kabiliyeti bulunan bir uçak, istenilen bir noktadan başka bir noktaya pilotsuz ve operatörsüz olarak uçuş sağlayabilmektedir. Şekil 12: X-Plane Simülatörü 21

23 VTOL Sistem Prototip Testleri Test prototipi hazırlama sürecinde aşağıdaki adımlar takip edilmiştir. Şekil 13: 3 Boyutlu VTOL Test Prototipi Tasarımı Şekil 14: Kaldırma Kuvveti (Thrust) Ölçüm Test Platformu Test sisteminin tasarlanıp üretilmesi Test sistemi üzerine donanımlar entegre edilmesi Test sistemi için tasarlanan yazılımlar ile kontrollü hale getirilmesi Test sisteminin, gerektiğinde yerden var olan yüksekliğini arttırabilmesi, roll ve pitch eksenler için 40 derece, yaw ekseni için 90 derece limitlenmesi için özel olarak tasarlanmış bir platformda düşük hızlarda denge testleri yapılmıştır. Bir motor-pervane çiftinin kaldırabileceği azami ağırlık, hangi devirde azami kaç gram ağırlığı kaldırabildiği, hangi tip pervanenin daha verimli olacağının testlerini yapabilmek adına itiş kuvveti ölçüm sistemi tasarlanıp üretilmiştir. 22

24 Şekil 15: Test Prototipi Motora gönderilen sinyaline göre en verimli sonuç için hangi frekans aralığında çalışılacağı belirlenmesi ve itiş kuvveti ölçüm sistemi sayesinde sistemin matematiksel modelinin çıkarılmıştır. Yatay Uçuş için Dinamik Modelleme Şekil 16: Prototip Bileşenleri Yatay uçuş için matematiksel model çıkartılmış ve buna göre trim algoritması yapılmıştır. Bu sayede benzetim ortamında uçağın testleri yapılacak ve kararlılık analizleri yapılacaktır. Dikey Uçuş İçin Dinamik Modelleme Dikey uçuş için dinamik modelleme yapılmış ve gerekli olan tüm durumlar çıkartılmıştır. Bu sayede benzetim ortamındaki kararlılığına bakılabilecek ve analizler yapılabilecektir. 23

25 Devam Eden Çalışmalar Uçak Tasarımı İnsansız hava aracının tasarımı 3 boyutlu olarak montaj parçalarını da dâhil ederek yapılmaktadır. Üretici bilgileri, matematiksel model çıktıları, CFD analiz çıktıları ve maliyetlere göre revize edilmektedir. Prototip ve Test Platformu Üretimi İnsansız hava aracının özellikle dik kalkış ve tilt rotor özelliklerini geliştirmek amacı ile ürettiğimiz test platformu aynı zamanda bir SANTEZ projesi olup, Atılım Üniversitesi işbirliği ile devam etmektedir. Bu proje kapsamında değişik denetçi algoritmaları ve yöntemleri test edilip, hava aracına uygun olacak şekilde geliştirilmesi sağlanacaktır. Test platformunun üç rotoru da dönme kabiliyetine sahip olup, değişik manevra kabiliyetleri denenmektedir. Bütün mekanizma ve gövde parçaları firmamız tarafından tasarlanmış ve üretilmiştir. Platform 2.5 kg civarında toplam kalkış ağırlığı ile 20 dakika havada kalabilmektedir. 24

26 Şekil 17: Test Platformu ve Tilt Rotor Prototipi Fırçasız Motor Hız Kontrol Ünitesi Piyasada bulunan fırçasız motor sürücülerin kabiliyetlerinin sistemimizde yetersiz kalması ve milli insansız hava aracımızın olabildiğince tüm bileşenlerinin tarafımızdan üretilmesi hedefimiz ile eş zamanlı yürütülen fırçasız motor sürücü tasarımı, üretimi ve testleri devam etmekte olup, testlerden olumlu sonuçlar alınmaktadır. Şekil 18: Fırçasız Motor Sürücü 25

27 CFD Analizleri Uçak tasarım sürecince, sistemin aerodinamik analizi yapılmış ve tasarım aşaması ile eş zamanlı olarak güncellenerek devam etmektedir. Simülasyonlar Yatay ve dikey uçuş modu için çıkartılan matematiksel model üzerinde denenmek üzere benzetim ortamında denetim algoritmaları kullanılmaktadır. Bu algoritmalar üretim sürecinin sonuna kadar geliştirilecek ve en güvenilir algoritma gerçek sistemde kullanılacaktır. Gömülü Denetim Uygulamaları Sistem üzerinde birden çok gömülü denetim uygulaması bulunmaktadır. Bu alt sistemlerin testlerine başlanmış ve devam etmektedir. Şekil 19: Gömülü Denetim Blok Diyagramı Kompozit Üretimi İnsansız hava aracı için üretimler Se Savunma bünyesinde başlamış olup, alüminyum kalıplar üzerine karbonfiber kumaşlar ve epoksi ile üretilmiş olan parçaların testleri de yapılmaktadır. Kompozit üretimi yapılırken özel kumaş katmanlar kullanılarak üretilir, vakumlanıp fırınlanarak kür işlemi yapılır. Bu kür işlemi sonucunda kalıptan ayırılan parça temizlenir ve uygun ölçülerde kesilerek kullanıma hazır hale getirilir. Aşağıdaki şekilde aşamaları verilen üretim, Se Savunma bünyesinde başarı ile sürdürülmektedir. 26

28 Şekil 20: Karbonfiber gövde üretim aşamaları Gelecek Çalışmalar Özel ihtiyaçlara göre sistemin yeni sürümlerinde şekillenecek olup farklı görevler yapabilen sistemler geliştirilecektir. Sistemin tanımlanan türevleri son ürünün tamamlanmasının ardından üretilmeye başlanacaktır. Sistem için tak-kullan faydalı yükler tasarlanması ve bu yüklerin üretilmesi planlanmaktadır. Sistemin sağlıklı ve kolay kullanılabilmesi için kullanıcılara eğitimler verilmesi de planlarımız dahilindedir. Gelecekte daha yüksek kabiliyetlere sahip insansız hava araçları üretmek hedeflerimizdendir. 27

29 Sonuç VTOL özelliği ile sistemimizin görev çeşitliliği mevcut modellere göre daha fazladır. Keşif ve takip görevlerini aynı sistemle yapmak mümkün olacaktır. Ek sistemlere (Katapult vs) ve kalkış için piste ihtiyaç duymaması kullanım kolaylığı yaratacaktır. Sistem büyük oranda otonom işleyeceği için kullanıcı ara yüzü basit ve kullanışlı olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu özellik de kullanıcının kısa bir eğitimden sonra sisteme tümüyle hakim olmasını sağlayacaktır. Tasarladığımız ürünün üretime geçmesi halinde mevcut sistemlerdeki dışa bağımlılık azalacak, kullanılan elektronik bileşenlerin de bünyemizde üretilmesi durumunda en alt seviyeye indirilecektir. Bu şekilde sistem maliyetinin de azalması kaçınılmazdır. Kaynaklar 1. Yıldız M., Kaçar A., Arıkan K.B., 2010, DÖNER-ROTOR MEKANİZMASINA SAHİP, İKİ ROTORLU SIRADIŞI UÇAN ROBOT TASARIMI, MODELLENMESİ ve YÖNELİM DENETİMİ, Mekatronik Mühendisliği Öğrenci Kongresi, 16 Haziran 2010, Atılım Üniversitesi, (Erişim: ) 2. Oner, K., T., Cetinsoy, E., Unel, M., Aksit, M., F., Kandemir, I., ve Gulez, K., (2008), Dynamic Model and Control of a New Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle with TiltWing Mechanism, (Erişim: ) 3. IAI Israel Aerospace Industries, Panther UAV (2010) en/businessareas_unmannedairsystems_pantherfamily.aspx?btl=1 (Erişim: ) 4. Draganfly X6 UAV Helicopter (2010) (Erişim: ) 5. Panther UAV Electrocally Powered Tilt-Rotor VT-UAV (2010) (Erişim: ) 6. FLIR - Thermal imaging cameras for Research and Development (2010) (Erişim: ) 28

30 İrtibat Bilgileri SE Savunma ve Havacılık Gazi Teknopark Yerleşkesi BB GÖLBAŞI ANKARA TÜRKİYE Tel: Fax: World Wide Web: Genel Adresleri: SE Savunma ve Havacılık