Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Yıldırım Beyazıt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Anabilim Dalı

Multidisciplinary optimization for outer geometry of air-to-air missile

Hava-hava füzesinin dış geometrisinin disiplinlerarası eniyilenmesi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 476264 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

The aim of the study herein is to develop efficient optimization-based aerodynamic design for short term air-to-air missile outer geometry. Dimensioning of a product can be performed by trial-and-error process conducted by an experienced designer or by the tests until the requirements are verified. When the computer aided design have been introduced in the development and manufacturing processes, the time spent on making designs are significantly reduced. Optimization methods are also involved in the design processes. They have been developed in order to choose the best element from initial set of elements with given objective which has minimizing or maximizing function such as maximizing the product efficiency and minimizing the costs. They basically divide into two categories as gradient and genetic algorithms differing from each other to find the best suitable combination. In aviation industry, many studies have been carried out with implementation of surrogate models on analysis and using design of experiments methods within different optimization algorithms. In this study, body and aerofoil dimensions are determined as outer geometry parameters. These parameters are used as the inputs for flight simulation software in order to calculate aerodynamic parameters. Finally, aerodynamic parameters are used for the guidance simulation of the missile. Surrogate models which are statistical methods and simulate the analyses in order to reduce the calculation times are also used in the optimization process. All codes and simulation programs are integrated in ModeFrontier™ software. ModeFrontier™ is also used for performing different optimization methods such as gradient and genetic based algorithms.

Summary:

Bir ürünün boyutlandırılması tecrübe ile edinilmiş birikimler sayesinde denemeyanılma yöntemleriyle ya da ürünün gereksinimleri sağlanana kadar gerçekleştirilecek testlerle ortaya çıkarılabilir. Bilgisayar destekli tasarımın geliştirme ve üretim süreçlerine entegrasyonu başladığında tasarım için harcanan süre önemli ölçüde azalmıştır. Eniyileme yöntemleri de buna benzer şekilde tasarım süreçlerine dahil olmaya başlamıştır. Bu yöntemler tasarıma girdi olarak kullanılacak değişkenlerden en iyi kombinasyonun seçilmesine yönelik oluşturulmuşlardır. Tasarıma yönelik olarak kullanılan bu değişkenlerin belirli yöntemler sonucunda ortaya çıkardığı hedef çıktıların minimize veya maksimize edilmesiyle ürünün verilmliliğinin artırılması ve maliyetin düşürülmesi hedeflenmektedir. Eniyileme yöntemleri genetik algoritmalar ve gradyan algoritmalar olmak üzere başlıca iki gruba ayrılırlar. Bu iki algoritma çeşidi birbirlerinden en iyi kombinasyonu seçme yöntemleri açısından ayrılmaktadır. Havacılık sektöründe deney tasarımlarıyla beraber eniyileme algoritmalarının kullanılarak tasarımın sürdürüldüğü birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada kısa menzilli bir hava-hava füzesinin hedefe olan uçuş süresinin minimize edilmesi ile dış geometrisinin eniyilenmesi amaçlanmaktadır. Hava-hava füzeleri uçaktan fırlatılarak havadaki tehdidi etkisiz hale getirmek amacıyla kullanılmaktadırlar. 30 km'den az menzile sahip hava-hava füzeleri kısa menzilli, diğerleri ise uzun menzilli hava-hava füzeleri olarak adlandırılmaktadır. Kısa menzilli hava-hava füzeleri genellikle kızılötesi arayıcı sayesinde hedefi takip etmektedir. Kızılötesi arayıcı hedeften aldığı verileri füze bilgisayarına iletmekte, füze bilgisayarı ise bu bilgileri hedefe yönlenmek için gerekli doğrultuyu oluşturmak amacıyla kanatçık hareketlerini belirmekte kullanmaktadır. Hemen hemen tüm kısa menzilli hava-hava füzeleri sahip oldukları roket motoru ile itki oluşturmaktadırlar. Çalışma boyunca farklı disiplinler birbirleriyle entegre olacak şekilde bir yapı kurulmuştur. Bu yapı aynı zamanda disiplinlerarası olarak adlandırılmaktadır. Her bir yazılımın oluşturduğu çıktı, özelleştirilmiş yazılımlar sayesinde diğer bir yazılıma özelleştirilmiş yazılımlar sayesinde girdi olarak ulaştırılmaktadır. Bu sayede analizler kesintisiz olarak sürdürülmüştür. Analizler iki boyutlu düzlemde gerçekleştirilmiştir. Analizlerin iki boyutta gerçekleştirilmesi nedeniyle sadece yanal hareket denklemleri çalışmaya dahil edilmiştir. Füze ve hedefin ilerlediği irtifa değeri ve hedefin hızı sabit olarak belirlenmiştir. Aerodinamik terimler yanal hareket denklemlerinin oluşturulması için hesaplanmıştır. Aerodinamik terimlerin hesaplanması sürecinde füzenin hücum açısı ve kayma açısı sıfır olarak kabul edilmiştir. Yanal hareket denklemleri kullanılarak füzenin kanatçık açısı ile dönüş açısı arasında transfer fonksiyonu oluşturulmuştur. Bu transfer fonksiyonu yanal otopilot kontrol sisteminde kullanılarak füzenin hedefe yaklaşmasının sağlanması hedeflenmiştir. Yanal otopilot oransal seyir güdüm sistemi çalışma prensibi baz alınarak oluşturulmuştur. Bu süreçte yapılan varsayımlar ilgili bölümlerde belirtilmiştir. Kontrol sistemlerinde füzenin gerçek donanımları PID kontrolcü sayesinde modellenebilmiştir. PID kontrolcülerin katsayıları ilgili yazılımlarda sisteme en uygun olacak şekilde seçilmiştir. Gerçek ortamda ilerleyen bir füzenin uçuşu boyunca bir takım özellikleri değişmektedir. Bu özellikler başlıca hız, kütle, eylemsizlik momenti ve ağırlık merkezidir. Anlamlı sonuçlar elde edebilmek amacıyla bu değişkenlerin uygun şekilde modellenmesi gerekemektedir. Bu nedenle döngüsel bir analiz yapısı benimsenmiştir. Döngüsel yapı, iç ve dış olmak üzere iki ayrı döngüden oluşmaktadır. Dış döngü füzenin dış geometri özelliklerini belirlerken iç geometri ise dış geometrisi oluşturulan füzenin değişkenlerini güncelleyerek hedefe ulaşmasını sağlamaktadır. Bu döngüsel yapıda her 0.1 saniyede bu değişkenlerin güncellenmesi sonucunda yeni girdiler oluşturularak güncel çıktılar oluşturulmuştur. Eniyileme süresince oluşturulan her bir dış geometrinin uçuş boyunca değişkenleri güncellenerek hedefe ulaşması sağlanmıştır. Füze ile hedef arasındaki mesafe 10 metreden az olduğunda hedefi etkisiz hale getirmek için yeterli mesafeye ulaşıldığı kabul edilerek geçen süre hesaplanmıştır. Bu sürenin ise minimize edilmesi sonucunda en iyi tasarım geometrisi belirlenmiştir. Eniyileme süresince hareketli ve hareketsiz kanatçıkların boyutları füzenin dış geometri değişkenleri olarak belirlenmiştir. Belirlenmiş sınırlar arasında birçok kombinasyon oluşturularak en iyi tasarımın belirlenmesi amaçlanmıştır. Eniyileme yöntemi olarak genetik algoritmalardan biri olan MOGA-II seçilmiştir. Jenerasyon sayısı, seçme olasılığı ve mutasyon olasılığı gibi MOGA-II algoritmasına ait özellikler çalışmanın daha verimli sonuçlanması için en uygun olacak şekilde belirlenmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda ortaya çıkan en iyi sonuçlar ortaya konmuştur.