Tez No |
İndirme |
Tez Künye |
Durumu |
476264
|
|
Multidisciplinary optimization for outer geometry of air-to-air missile / Hava-hava füzesinin dış geometrisinin disiplinlerarası eniyilenmesi
Yazar:FURKAN KARAMAN
Danışman: DOÇ. DR. ARİF ANKARALI
Yer Bilgisi: Yıldırım Beyazıt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Konu:Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin:Geometri optimizasyonu = Geometry optimisiation ; Otomatik denetim sistemleri = Automatic control systems ; Otomatik yönlendirme = Automatic guidance ; Sistem benzetimi = System simulation
|
Onaylandı
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
92 s.
|
|
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.
|
|
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. |