Control of a helicopter during autorotation
Helikopterin otorotasyon sırasında kontrolü
- Tez No: 504049
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN, DR. ÖĞR. ÜYESİ VOLKAN NALBANTOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Otorotasyon güç gerektirmeyen bir manevradır ve rotorlu araçlarda çalışan son motorun kaybedilmesi durumunda kullanılır. Oldukça zor bir uçuş koşuludur ve güç kaybından sonra yere başarıyla inmek önemli ölçüde yetenek gerektirir. Otorotasyonun arkasındaki ana fikir, kontrollü bir hızla çökerken, mevcut potansiyel enerjiyi ana rotoru istenen hızda döndüren bir kaynak olarak kullanarak, itki ve uçuş kontrolü sağlamaktır. Yere değmeden hemen önce, yer hızı ve çöküş hızı güvenli bir iniş yapabilmek adına azaltılmalıdır ve bu sadece mevcut enerjiyi etkili bir şekilde kullanarak mümkündür. Bu çalışmada, otonom bir otorotasyon kontrolcüsü geliştirilmiş ve gerçek zamanlı çalışan yüksek doğruluk oranına sahip tam ölçekli hafif genel maksat helikopterinin matematiksel modeline uygulanmıştır. Standard iç ve dış çevrim mimarisine sahip otorotasyon kontrolcüsü geliştirilirken, doğrusal olmayan helikopter modelini farklı denge noktaları etrafında doğrusallaştırarak ve indirgeyerek elde edilen tam doğrusal ve indirgenmiş doğrusal modeller kullanılmıştır. En dış çevrim tasarlanırken, otorotasyon manevrası 5 farklı faza ayrılmış (kararlı durumda çöküş, flare öncesi, flare, yere iniş, yere dokunuş) ve her bir faz için ayrı kontrolcüler tasarlanmıştır. Bu kontrolcüler tarafından yaratılan kolektif komutları, bulanık geçişler kullanılarak harmanlanmaktadır. Bu dış çevrim kontrolcüleri ayrıca hız takip kontrolcüsüne referans üretmekte ve bunlar da durum açılarını tutan iç çevrim kontrolcülerine açı referansları sağlamaktadır. Durum açılarını ve baş açısını tutan kontrolcüler tasarlanırken, Havacılık Dizayn Standartları 33E-PRF (ADS-33E-PRF) gereksinimleri, helikopterin uçuş kalitesini değerlendirebilmek adına kılavuz olarak kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan doğrusallaştırma ve model derecesi indirgeme tekniklerinin detayları anlatılmaktadır. Doğrusal olmayan ve doğrusallaştırılmış modellerin karşılaştırma sonuçlarıyla birlikte kontrol yasalarının formasyonu sunulmaktadır. Otorotasyon kontrolcüsünün performansını değerlendirmek için, entegre edilmiş yüksek doğruluk oranına sahip modelin farklı başlangıç koşullarındaki gerçek zamanlı simülasyon sonuçları verilmiştir. Sonuçlar, önerilen kontrolcünün güç olmadan emniyetli bir şekilde yere inişler başarabildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Autorotation is a maneuver that requires no power and it is used in rotorcrafts when last operating engine is lost. It is an extremely complex state of flight and landing successfully after total power loss requires considerable skill. Main idea behind autorotation is that, by descending with a controlled rate, available potential energy is used as a source that turns main rotor at desired speed for providing thrust and flight control. Just before touchdown, ground speed and descent rate must be reduced for safe landing which can only be possible by managing available energy effectively. In this study, an autonomous autorotation controller is developed and implemented to a real-time high fidelity mathematical model of a full-scale light utility helicopter. For developing autorotation controller that consists of a standard inner-outer loop architecture, full linear and reduced order linear models are used which are obtained by linearizing and reducing the order of non-linear helicopter model around different trim points. While designing the outermost loop, autorotation maneuver is divided into five different phases (steady state descent, preflare, flare, landing and touchdown) and different controllers are developed for each of these phases. Collective commands generated from these controllers are blended using fuzzy transitions. These outer-loop controllers also generate references for velocity tracking controllers which provides attitude references to the inner loop attitude hold controllers. While designing attitude and heading hold controllers, Aeronautical Design Standard 33E-PRF (ADS-33E-PRF) specifications are used as a guideline for evaluation of helicopter handling qualities. Details of linearization and model order reduction techniques that are used during the study are expressed. Comparison results of non-linear and linearized models are presented together with details of control law formation. For assessing performance of the autorotation controller, real-time simulation results of integrated high-fidelity model are provided from different initial flight conditions. Results demonstrate the capability of the proposed controller for achieving safe power-off landings.
Benzer Tezler
- Reinforcement learning control for autorotation of a simple point-mass helicopter model
Basitleştirilmiş bir nokta-kütle helikopter modeli otorotasyonu için takviyeli öğrenme kontrolü
KADİRCAN KOPŞA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TÜRKER KUTAY
- The effect of blade torsional elasticity on helicopter flight dynamics
Burulma yönünde elastik palin helikopter uçuş dinamiğine etkisi
EZGİ AKEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Helikopter rotor palinin performans optimizasyonu
Performance optimization of helicopter rotor blade
HACER ARIOL TAYMAZ
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET YÜRÜSOY
- H&-robust optimal kontrol tekniğinin kullanılması ile T 700 turbo motorunun güç türbini hızının kontrolü
Power turbine speed control of the GE-T700 turbo engine using the H -robust optimal control technique
CÜNEYT YILMAZ
- Estimating instrumentation data acquired during flight test from a helicopter engine using predictor models
Helikopter motorundan toplanan uçuş test enstrumantasyon verilerinin öngörücü modellerle tahmin edilmesi
BARIŞ COŞKUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgi ve Belge YönetimiHacettepe ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURKAY GENÇ