Güdümlü mühimmatlar için açılır-kapanır kanat sistemi geliştirilmesi

Abstract

Halihazırda kullanılan kanat kitleri, mühimmat hava aracından bırakıldıktan sonra tek yönlü açılarak önceden belirlenmiş sabit bir ok açısında kilitlenmektedir. Kanat kitleri hedefe doğru süzülen mühimmatın maksimum menzilini arttırsa da uçuş sırasında önceden belirlenmiş ok açısında sabitlenmeleri terminal aşamasında kanatlar üzerinde bir sürtünme kuvveti oluşur. Bu sürüklenme kuvveti nedeniyle mühimmatın hızı düşer, tahribat gücü azalır. Ek olarak, yine bu aerodinamik kuvvetler, kanatlar üzerinde moment oluşturarak hücum açısında sapmalara neden olabilir. Bu problemlere çözüm olarak hem süzülme hem de dalış aşamalarında ok açısının değiştirilmesine olanak sağlayabilecek bir Açılır-Kapanır Kanat Sistemi (AKS) geliştirilmesi yüksek lisans tez konusu olarak önerilmiştir. Görev esnasında beklenmedik durumlarla karşılaşılırsa, geliştirdiğimiz kanat kitinin ok açısı, süzülme fazında güdüm kiti tarafından otonom bir şekilde kontrol edilerek ortam koşullarına göre ayarlanabilecek, en önemlisi de dalış aşamasında kanat açısı 0°'ye getirilerek bahsi geçen sürtünme kuvveti ortadan kaldırılabilecektir. Kısaca, önce dinamik ve kinematik analizlerle bir mekanizma tasarımı yapılmış ve ardından AKS'nin imalatı ve montajı tamamlanmıştır. Bunu takiben Box-Jenkins yaklaşımı ile sistem tanımlaması gerçekleştirilmiş ve doğrusal karesel regülatör (LQR), doğrusal karesel integratör (LQI), kayan kipli kontrol (SMC) ve ikinci dereceden kayan kipli kontrol (SOSMC) gibi çeşitli kontrolcüler tasarlanmıştır. Son olarak, kontrolcü performansları iki farklı uçuş senaryosu altında test edilmiştir. Tüm kontrolcüler, aerodinamik yüklerin yokluğunda test edildiğinde, neredeyse sıfır kalıcı durum hatası (SSE) ile referans sinyalini hassas bir şekilde takip edebilmiştir. Aerodinamik yüklerin ve bozucuların varlığında, kontrolcülerin çeşitli SSE'leri oluşmuştur (LQR:0.39°, LQI:0.01°, SMC:0.05°, SOSMC:0.05°). Gecikme, çatırdama, enerji tüketimi ve zorlu çevre koşulları gibi diğer parametreler de göz önünde bulundurunca, SOSMC'nin sistemimizdeki en etkili kontrolcü olduğu sonucuna varılmaktadır.

Previous wing kits do not allow to change sweep angle during the flight as the wings are actually fixed at a predetermined position. Although the wing kits increase the maximum range through gliding towards the target, a friction force act on the wings during the terminal phase since they are fixed at a definite sweep angle. The friction force causes the bomb to slow down, reducing its destructive power. Besides, a drag moment might act on the wings, causing the angle of attack to change, and thus, limiting the accuracy and precision. To solve this, we suggested developing a folding wing system (FWS) with an adjustable sweep angle feature as a master thesis. The idea is to design and develop a folding mechanism and a controller, which could change the sweep angle both during the gliding and diving phases. Therefore, the sweep angle could be adjusted to 0° during the diving phase to bring the wings to a closed position, and hence, the friction problem could be resolved. Briefly, we first conducted a mechanism design with dynamic and kinematic analysis, and the FWS was then manufactured and assembled. Following this, system identification was implemented by the Box-Jenkins approach and various controllers were designed including linear quadratic regulator (LQR), linear quadratic integrator (LQI), sliding mode control (SMC), and second-order sliding mode control (SOSMC). Finally, the controller performances were tested under two different flight scenarios. All controllers follow the reference signal precisely with almost zero steady-state error (SSE) in the absence of aerodynamic loads. In the presence of aerodynamic loads, the controllers have various SSEs (LQR:0.39°, LQI:0.01°, SMC:0.05°, SOSMC:0.05°). Considering other parameters as well, such as delay, chattering, energy consumption, and environmental conditions, we conclude that SOSMC is the most effective controller in our system.