Uydu fırlatma araçlarında kullanılan faydalı yük kapsülünün yapısal tasarımının eniyilenmesi

Abstract

Uydu Fırlatma Aracı; uydu, çeşitli deney araçlar, gözlem robotları gibi Faydalı Yüklerin atmosfer dışına taşınması ve istenilen yörüngeye yerleştirilmesi amacıyla kullanılan bir sistemdir. Faydalı Yük, Faydalı Yük Kapsülü ismi verilen ve Faydalı Yükü uçuş koşullarında maruz kalacağı çevresel etkilerden koruyan bir kapsül içerisinde taşınır.Uydu Fırlatma Araçlarının tasarımında öne çıkan ölçütlerden en önemlisi taşınabilen Faydalı Yük ağırlığıdır. Bir Uydu Fırlatma Aracı ile taşınabilecek Faydalı Yük ağırlığını artırabilmenin başlıca yollarından biri, Faydalı Yük için ayrılan hacmi koruyarak Faydalı Yük Kapsülü ağırlığını enküçüklemektir. Bu tezde Faydalı Yük Kapsülü tasarımının, istenilen hacimdeki Faydalı Yükü uçuş koşullarından gelen aerodinamik ve ataletsel yükler gibi etkilere karşı dayanıklı olacak şekilde en düşük ağırlıkta yapılabilmesi hedeflenmiş ve bir Eniyileme Sistemi geliştirilmiştir. Eniyileme Sistemi'ne Faydalı Yük Kapsülü tasarımını eniyilemek amacıyla Tabu Arama sezgisel yöntemi entegre edilmiştir. Tabu Arama entegre edilmiş Eniyileme Sistemi ile mevcut Faydalı Yük Kapsülü tasarımının tümkomşu konfigürasyonları değerlendirme altına alınmaktadır. Faydalı Yük Kapsülü konfigürasyonlarının yapısal dayanımlarının uçuş şartlarına uyumlu olduğu saptanarak gerekli tasarım değişiklikleri gerçekleştirilmektedir. Faydalı Yük Kapsülü konfigürasyonlarının yapısal dayanımını değerlendirmek amacıyla Eniyileme Sistemi'ne yapısal analiz programı entegre edilerek otomatize bir sistem haline getirilmiştir. Tabu Arama ile ağırlığı enküçüklenmiş ve yapısal dayanımı uygun olan Faydalı Yük Kapsülü konfigürasyonu seçilmesi sağlanmıştır.Tabu Arama entegre Eniyileme Sistemi, Faydalı Yük Kapsülü ağırlığını %75,5 oranında iyileştirmiştir. Tabu Arama entegre edilmiş Eniyileme Sisteminin performansını değerlendirmek ve doğrulamak amacıyla Eniyileme Sistemine Matlab Genetik Algoritma aracı entegre edilmiştir. Faydalı Yük Kapsülü eniyileme probleminin Genetik Algoritma entegre Eniyileme Sistemi ve Tabu Arama entegre Eniyileme Sistemi'nden elde edilen çözümlerine ait amaç fonksiyonu değerleri ile karar değişkenlerinin değerleri karşılaştırılmıştır.Genetik Algoritma amaç fonksiyonu değeri Tabu Arama ile elde edilen çözüme ait amaç fonksiyonu değerine %1'lik bir marj içinde kalmıştır. Tez kapsamında Uydu Fırlatma Aracı Faydalı Yük Kapsülü ağırlık enküçüklemesi için Eniyileme Sistemi geliştirilmiş, geliştirilen Eniyileme Sisteminde Tabu Arama kullanılmış ve daha önceden performansı kanıtlanmış Genetik Algoritma ile performansı doğrulanarak geliştirilen sistemin kullanılabilirliği sağlanmıştır.

Space Launch Vehicle is a system to transport and place the payload such as satellites, experimental tools, and observation robots into desired orbit. Payload is transported in Payload Fairing which protects payload from environmental effects exposed during flight. Payload capacity is the major criteria in design of Space Launch Vehicles. One option to increase payload capacity of Space Launch Vehicles is to minimize Payload Fairing weight while protecting the volume allocated for payload. In this thesis, an Optimization System is developed to minimize Payload Fairing weight while maintaining the Payload Fairing structural design strong enough to protect payload from effects such as aerodynamic and inertial loads that emerged from flight conditions. Tabu Search is integrated to the Optimization System to perform optimization. All neighbor configurations of the present Payload Fairing configuration are evaluated with Tabu Search integrated into the Optimization System. Design variables are changed after evaluating the Payload Fairing configurations' structural strength under flight conditions. Structuralanalysis program is integrated to the Optimization System to evaluate the structural strength. It is found that an optimized and structurally appropriate Payload Fairing configuration can be selected with Tabu Search integrated Optimization System.Tabu Search integrated Optimization system decreased the Payload Fairing weight by 75,5%.MATLAB Genetic Algorithm Toolbox is integrated to the Optimization system in place of Tabu Search to evaluate and verify Tabu Search integrated Optimization System. The problem is solved with Genetic Alogorthm integrated Optimization System and the solutions of both method is compared by considering decision variables' and objective function values. Objective function value of Tabu Search is in 1% margin of the objective function value of Genetic Algorithm.In the scope of thesis, Optimization System is developed and Tabu Search is integrated for Space Launch Vehicle Payload Fairing weight minimization. This system is verifiedby comparing the performance of the system with the proved genetic algorithm performance.