Development of an object-oriented design, analysis and simulation software for a generic air vehicle
Jenerik hava araçları için nesne yönelimli tasarım, analiz ve benzetim yazılımı geliştirme
- Tez No: 474969
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKER KUTAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Bu tez çalışmasında,“jenerik”hava araçlarının performans hesaplamalarını yapabilmek amacıyla geniş kapsamlı bir yazılım geliştirilmiştir.“Jenerik”sözcüğü GAVM yazılımının kapsadığı çeşitli tip hava araçlarını ifade etmektedir. GAVM yazılımı kendi bünyesinde uçuş dinamiği, aerodinamik, itki, rotasyonel dinamik, uçuş kararlılığı ve kontrol, nümerik çoklu-değişkenli optimizasyon ve nesne yönelimli programlama gibi çoklu disiplinler içermektedir. Uçak, helikopter, çoklu-rotor, bileşik helikopter ve eğilen rotorlu hava araçları gibi araçlar tasarlanıp, analiz edilip, benzetimi yapılabilmektedir. Bahsedilen analiz kabiliyetine erişmek için her bir aerodinamik parçanın jenerik bir yaklaşım ile matematiksel olarak modellemesi gerekmektedir. Bu nedenle nesne yönelimli programlama yaklaşımı kullanılmıştır. Bu sayede her bir parça otomatik çoğaltılarak gereken yerlerde kullanılabilmektedir. GAVM yazılımı C++ programlama dili kullanılarak hem konsol uygulaması hem de paylaşılan kütüphane olarak kullanılacak şekilde geliştirilmiştir. Bir hava aracı modellendikten sonra denge koşulu analizi, dinamik uçuş benzetimi ve çeşitli performans analizleri yapılabilmektedir. Yazılım, kendi içindeki mevcut algoritmalar dışında, bir hava aracı modeli olarak herhangi bir analiz ortamına dahil edilebilir. Bu sayede uçuş benzetimi, kontrol sistem tasarımı ve tasarım optimizasyonu gibi çeşitli çalışmalarda kullanılmaya uygun hale gelmiştir. İçerisindeki matematik modellerin derinlik seviyesi ve karmaşıklığı konusunda analiz süresi ve kapsamı çerçevesinde uygulanabilir yöntemler izlenmiştir. İlk bölümde probleme giriş yapılmıştır ve havacılık sektöründeki güncel tasarım ihtiyaçlarının altı çizilmiştir. Sonraki bölümde ise her modül için kullanılan teorik yaklaşımlar detaylıca açıklanmıştır. Temelde Newton'un optimizasyon teorisini kullanan denge koşulu tespit algoritması hakkında bilgi verilmiştir. Yazılıma eklenen motor güç ihtiyacı ve enerji tüketimi modeli açıklanmıştır. Bu model ile yapılması mümkün olan performans analizleri hakkında bilgi verilmiştir. Yazılım mimarisi açıklanıp genel bilgiler verilmiştir. Sonraki bölüme GAVM ile modeli oluşturulan örnek bir dört pervaneli hava aracının dinamik benzetimine yer verilmiştir. Bu bölümdeki amaç GAVM yazılımının nokta analizler dışında dinamik benzetimler de yapabildiğini göstermektir. Bundan sonraki iki bölüm boyunca her parçanın izole olarak ya da tam hava aracı şeklinde deneysel veri ile doğrulanması çalışmalarına yer verilmiştir. Bu çalışmalarda helikopter ve dikey iniş kalkış yapabilen uçak modelleri kullanılmıştır. Bu karşılaştırma sonuçları eldeki aerodinamik verilerin yeterliliği ölçüsünde başarılı bir şekilde sonuçlandırılmıştır. Son bölümde de sonuç paragrafı yazılmış olup ekler kısmında da örnek girdi/çıktı dosyalarına yer verilmiştir. Sonuç olarak bu tez çoklu disiplinli ve detaylı bir hava aracı analiz yazılımı içermektedir ve yeni konseptlerin tasarımı, geliştirmesi ve analizi çalışmalarında hızlı bir çalışma ortamı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, comprehensive software is developed to predict the performance of generic air vehicles. The word“generic”stands for the variety of the air vehicles that this Generic Air Vehicle Model (GAVM) encloses. GAVM software includes multiple disciplines such as flight dynamics, aerodynamics, propulsion, rotational dynamics, flight stability and control, numerical multi-variable optimization and object oriented programming. Helicopters, airplanes, compound helicopters, multi-rotor and tilting rotor vehicles can be designed, analyzed and simulated. In order to achieve this ability of modeling each aerodynamic component of a given air vehicle must be mathematically modeled in a generic manner. Therefore, object oriented programming principles are implemented while developing the code such that each modeled component can be populated and used wherever necessary. GAVM software is written in C++ programming language and is used both as a standalone application and shared library. After modeling an air vehicle there are different types of analysis options. Trim analysis, dynamic flight simulation, point performance predictions are available. Beyond the inherently available analysis options, GAVM can be used by an external application as a plant model for an air vehicle. Therefore, wide-variety of studies is possible to conduct such as control system design, flight simulation, and design optimization. The fidelity and complexity of the mathematical models of the components are compromised such that the balance between the computational time cost and analysis requirements is sustained. Shared library version of the code provides the ability to simulate the flight of different air vehicles in same environment which enables the designer to handle swarm-like problems for different air vehicles. In the first chapter, introductory information is provided about the problem and current requirements of aerospace designs and analyses. Next chapter consists of implemented mathematical theories behind the modeled components in detail. Each component and each sub-model is prescribed and relations between the modeled objects are outlined. Trim point optimization algorithm which uses mainly the classical Newton's optimization theory is explained. Moreover, implemented Engine model to simulate the available power and consumed energy to see the limits of the designed vehicle and conduct the point performance calculations is explained. Concepts related to software design are also mentioned in that chapter and brief information is provided about the algorithm. Next chapter includes a flight simulation example of a quad-rotor which is modeled via GAVM and abilities of the software are depicted. Throughout the next two chapters, micro-scale and macro-scale validation cases are implemented and results are compared with the available test data. Each sub-component is validated in the first chapter and conventional helicopter; airplane, tilting-rotor and quad-rotor configurations are analyzed and compared with the flight test data. Results show consistency and each modeled component is validated with the available aerodynamic data successfully. Last chapter includes the conclusion and appendix provides input/output sample files. To sum up, this work includes detailed multi-disciplinary analysis software for air vehicles and brings the ability to accelerate and facilitate the design and analysis of aerial vehicles and new concepts.
Benzer Tezler
- İstemci sunucu mimarisi, nesneye dayalı programlama ve tahsilat takip otomasyonu
Başlık çevirisi yok
YILMAZ ÇAM
- Yüksek başarımlı ve merkeziyetsiz hesaplama sistemlerinde politika tabanlı yönetim
Policy based management in high performance and decentralized computing systems
TANER DURSUN
Doktora
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK BERK ÜSTÜNDAĞ
- Metro sistemlerinin tasarımında yapım ve işletme maliyetlerinin optimizasyonu için bir yaklaşım
An approach for optimizing construction and operation costs of metro systems
MEHMET TARIK DÜNDAR
Doktora
Türkçe
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
PROF. DR. SİNAN MERT ŞENER
DOÇ. DR. MURAT ERGÜN
- Design and implementation of constraint based solver for subdefinite data
Kesin belirli olmayan veriler için kısıt tabanlı çözümleyici tasarımı ve gerçeklemesi
SERKAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolDokuz Eylül ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TATYANA YAKHNO
- Intelligent agents based simulation using Jack development environment
Jack geliştirme ortamında kullanarak akıllı etmenler tabanlı benzetim
ÇAĞATAY ÇATAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. COŞKUN SÖNMEZ