Multi-disciplinary design and optimization of air to surface missiles with respect to flight performance and radar cross section

Abstract

Bu çalışma taktik bir füzenin dış geometrik parametrelerini füze uçuş menzili enyüksek, uçuşu devam ettirebilmesi için önemli bir parametre olan radar görünürlüğü de en düşük olacak şekilde tasarlamaktır. Bir füzeyi aerodinamik olarak en şekillendirmenin radar kesit alanı üzerinde olumsuz etkisi olduğu bilinmektedir. Bu yüzden geometri üzerindeki değişikliklerin aerodinamik etkileri ve radar kesit alanı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Temsili modellerin menzil, kontrol edilebilirlik ve X bant frekansda radar kesit alanı değerleri Genetik Algoritma kullanılarak saptanmıştır. İstatistiksel parametreler kullanılarak temsili modellerin başarımı değerlendirilmiştir. Tasarım değişkenleri olarak onyedi geometrik parametre tanımlanmıştır. Tasarım değişkenlerinin eniyi konbinasyonu için menzilin enyüksek, radar kesit alanı endüşük değerinde olması istenmektedir. Bu çok amaçlı eniyileme çalışması doğrusal olmayan bir kısıt olan durağan kararlılık limiti dikkate alınarak çözülmüştür. Ağırlıklandırılmış sonuçlar bilinen füze konfigürasyonlarıyla kıyaslanmak için kullanışmıştır. Menzil ve Radar Kesit Alanı için ağırlıklar Pareto çözümler için değişiklik göstermektedir.

This study focuses on the external configuration design of a tactical missile based on maximizing flight range while minimizing the radar signature which is a crucial performance parameter for survivability. It is known that shaping of a missile according to aerodynamic performance may have significant negative effects on the radar cross section. Thus, the impact of the geometry changes on the aerodynamic performance and the radar cross section is investigated. Suggorage models for the flight range, control effectiveness and the radar cross section (RCS) at an X band frequency are established by employing Genetic Algorithm. Accuracies of surrogate models are discussed in terms of statistical parameters. Seventeen geometrical parameters are considered as the design variables. Optimum combinations for the design variables are sought such that flight range is maximized while the radar cross section is minimized. The multi objective optimization problem is solved by imposing the static stability margin as a hard nonlinear constraint. Weighted sum approach is utilized to compare results with known missile configurations. Weights for flight range and Radar Cross Section are varied to obtain Pareto optimal solutions.