Geri Dön

Jet motorlu insansız hava aracı için pilot aktivasyonlu kurtarma sisteminin tasarımı

Design of a pilot-initiated recovery system for unmanned jet aircraft

PDF İndir

  1. Tez No: 928465
  2. Yazar: HALİL İBRAHİM ERBAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Aeronautical Engineering, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 63

Özet

Pilotlar uzaktan kumanda ile kontrol edilen bir hava aracını uçururken çeşitli problemler yaşayabilmektedir. Bunlardan birisi de uçağın oryantasyonunu anlayamama durumudur. Bu durum tehlikeli sonuçlara ve kaza kırıma yol açabilmektedir. F-117A gibi jet savaş uçaklarında pilotun görsel işaretleri kaybettiğinde ve vertigo anlarında uçağın oryantasyonunu anlayamama durumlarında kullanabildiği pilot aktivasyonlu kurtarma sistemleri kullanılmaktadır. Böylece pilot, uçağın oryantasyonunu anlayamadığında bu sistemi aktif etmekte ve uçağı güvenli duruma getirebilmektedir. Bu tez çalışması modern savaş uçaklarında kullanılan pilot aktivasyonlu kurtarma sistemlerinin uzaktan kumanda kontrollü sabit kanatlı hava araçlarına uygulanabileceğini ve adapte edilebileceğini göstermeyi hedeflemektedir. Bu tez çalışması TUSAŞ tarafından akademik çalışmalarda kullanılması için temin edilen deneysel jet insansız hava aracının (DEHA) pilot aktivasyonlu kurtarma algoritmasını ve insansız uçaklarda bu algoritmanın uygulanmasını irdelemektedir. Ek olarak bu algoritmanın gerçeklenmesi için gerekli olan DEHA simülasyon modeli, uçuş kontrol modeli ve otopilot çalışmalarını da içermektedir. Tez çalışması sürecinde maliyet etkin bir hava aracı olan DEHA kullanılmaktadır. Tez kapsamındaki çalışmalar literatürdeki bu algoritmanın kullanıldığı savaş uçaklarının algoritma mimarilerinin incelenmesi ve bu mimarilerin insansız hava araçlarına uygulanabilirliği ile başlamaktadır. Literatürdeki eksikliğin tanımlanması ve bu çalışmanın uçuş test faaliyetlerine katkısı açıklanmaktadır. Tez çalışmasının ikinci kısmında Pilot Aktivasyonlu Kurtarma Sistemi detaylandırılmıştır. Bu sistemin aktif edilebilmesi için tasarlanmış olan aktivasyon mantık algoritması, kurtarma manevraları stratejilerinin DEHA uçağı için tanımlanması, hava aracının bütün oryantasyon durumlarının farklı bölgelere bölünüp en doğru kurtarma manevrasını işletebilmesinin sağlanması, uçağa kurtarma manevralarını gerçekleştirecek otopilotlar ve otopilotların referans yönetimleri detaylandırılan konulardır. Tez çalışmasının üçüncü kısmında hazırlanmış olan PAKS simülasyon modelinde çalışmada sunulan kurtarma manevralarının testleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde hedeflenen sonuçlara ulaşıldığı görülmüştür. Sonuç olarak bu tez, geleneksel olarak savaş uçaklarında kullanılan, pilot tarafından etkinleştirilen kurtarma sistemlerinin insansız hava araçlarına etkin bir şekilde uyarlanabileceğini göstermiştir. İnsansız jet uçakları için Pilot Aktivasyonlu Kurtarma Sistemi (PAKS) konsepti tasarlanmış, PIRS simülasyon modeli geliştirilmiş ve farklı durumlar için simülasyon sonuçları verilmiştir. Önerilen sistem, insansız jet uçağı DEHA'nın, pilotun ihtiyaç duyduğu anda tüm oryantasyon koşullarından düz uçuş durumuna kurtarılabilmesini sağlamaktadır. Sonuçlar incelendiğinde, bu algoritmanın insansız savaş uçağı DEHA'ya yönelik uçuş testi kampanyalarına entegrasyona hazır olduğu sonucuna varılmaktadır.

Özet (Çeviri)

Pilots may face many problems when remotely controlling a fixed-wing unmanned aircraft. One of these problems is disorientation. Disorientation refers to the pilot's inability to correctly understand the aircraft's attitude, which can lead to hazardous conditions. In combat jet aircrafts, pilot-activated recovery systems are used to return the aircraft to level flight when the pilot is experiencing disorientation. This thesis aims to demonstrate that pilot-activated recovery systems can also be applied to unmanned aerial vehicles (UAVs) and discusses the concept of a Pilot-Initiated Recovery System designed or an unmanned jet aircraft. The purpose of this system is to provide recovery capability to the aircraft from all attitude orientations when needed by the pilot. Radio-controlled fixed-wing air vehicles are commonly used today as cost-effective tools for both hobby purposes and for developing basic to advanced algorithms and systems. Radio-controlled air vehicles are typically controlled using visual line of sight (VLOS). Visual Line of Sight means that the UAV should remain clearly visible to the operator throughout the entire flight mission, without the need for any additional assistance. In flight tests or missions, pilots may face disorientation problems when remotely controlling a fixed-wing unmanned aircraft when maintains a VLOS. Misinterpreting the aircraft's orientation may lead to hazardous conditions. In combat jet aircrafts, pilot-activated recovery systems are used to return the aircraft to level flight when the pilot is experiencing disorientation and also vertigo. In F-117A aircraft, Pilot-Activated Automatic Recovery System was designed for these purposes. This paper aims to demonstrate that pilot-activated recovery systems can also be applied to unmanned aerial vehicles (UAVs) and discusses the concept of a Pilot-Initiated Recovery System (PIRS) designed for an unmanned jet aircraft. The purpose of this system is to provide recovery capability to the unmanned jet aircraft from all attitude orientations when needed by the pilot. This thesis examines the Pilot-Initiated Recovery Algorithm for the experimental jet unmanned aerial vehicle DEHA acquired by TUSAŞ for use in academic studies, as well as the application of this algorithm in unmanned aircraft. It also includes the necessary DEHA simulation model, flight control model, and autopilot studies required for the implementation of this algorithm. During the course of the thesis, DEHA, a cost-effective aircraft, is utilized. Pilot Initiated Recovery System is designed for DEHA which is an experimental unmanned radio-controlled jet aircraft, has low cost and high-tech subsystems for advanced studies. DEHA aircraft simulation model has been validated and verified with several flight test campaigns. In the introduction of this thesis, flight methods for remotely piloted aircraft, such as Visual Line of Sight (VLOS) and Beyond Visual Line of Sight (BVLOS), are discussed. It is emphasized that the main focus of our thesis is on Visual Line of Sight, and the disorientation problem experienced by pilots during VLOS flights is highlighted. It has also been shown that a similar problem exists in modern fighter aircrafts, and the pilot-activated automatic recovery system in the F-117A aircraft has been given as an example. The work within the scope of the thesis begins by analyzing the algorithm architectures of fighter aircrafts, in which this algorithm is used, in the literature, and investigating the applicability of these architectures to unmanned aerial vehicles. It also identifies the gaps in the literature and explains the contribution of this study to flight test activities. The hypothesis is presented that the system used in modern fighter aircrafts can also be adapted and applied to remotely controlled fixed-wing aircraft. In the second part of this thesis study, the proposed Pilot-Initiated Recovery System is explained in detail. Pilot-Initiated Recovery System is designed for DEHA unmanned RC jet aircraft composed of four sub-functions to execute pilot initiated recovery. First one is Engagement Logic which is a function which contains logic algorithms that allow the pilot to activate or deactivate recovery system with a button assigned on the remote control. Second one is Sectors Boundaries and Selection Logic which is function which contains predefined recovery maneuvers that associate with the vehicle flight condition regions or sectors. Third one is Autopilot Reference Management and Logic which is a function that provides autopilot pitch angle, roll angle and speed references varying according to sector status for applying appropriate recovery maneuvers. Fourth one is Autopilots which are Pitch, Roll and Speed Autopilots which execute the recovery maneuvers. Autopilots hold reference angle values for the aircraft to perform the appropriate recovery maneuvers. The primary objective of the Pilot-Initiated Recovery System is to design an autopilot function that returns the aircraft to a nominal speed that does not cause a flight risk, while maintaining altitude and leveling the wings along the roll axis. The aircraft's orientation, angle of attack, altitude, speed, and energy play a critical role in determining recovery maneuvers and strategies. To ensure a successful recovery, it is essential to understand the aircraft's characteristics to design recovery maneuvers and strategies accordingly. The recovery system designed for the F-117A fighter aircraft introduced the Sector Mapping approach. This approach established a general model enabling the aircraft to be safely recovered from all orientations. In this design, all aircraft orientations in the pitch and roll axes are represented by seven distinct sectors. Predefined maneuvers, such as pushing the nose down, pulling the nose up, leveling the wings along the roll axis, and inverting the aircraft, are assigned to each sector. Since these seven sectors encompass all possible orientations of the aircraft, the predefined maneuvers and transitions between sectors allow the ircraft to reach a state where it maintains altitude, as leveled wings along the roll axis, and achieves a nominal speed that poses no risk to flight. Sector mapping structure of Pilot-Activated Automatic Recovery System in F-117A aircraft has been used as the initial framework to define recovery maneuver strategies for PIRS designed for DEHA aircraft. In this part, the recovery strategies for each sector and the maneuvers performed by the aircraft during the recovery process are also explained in detail. In the third part of this thesis, all recovery maneuver strategies proposed in this thesis are tested for validation of PIRS simulation model. The simulation results are consistent with the desired recovery strategies, can be considered satisfactory and acceptable. As a conclusion, this thesis has demonstrated that pilot-activated recovery systems, traditionally used in combat jet aircrafts, can be effectively adapted for unmanned aerial vehicles. The concept of a Pilot-Initiated Recovery System (PIRS) for unmanned jet aircraft has been designed, PIRS simulation model has been developed and simulations result for different cases has been given. The proposed system ensures that the unmanned jet aircraft DEHA can be recovered to a level flight condition from all attitude conditions whenever needed by the pilot. Examination of the results concludes that this algorithm is ready for integration into flight test campaigns for the unmanned fighter jet aircraft, DEHA.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    615001

    İnsansız hava aracı sistemlerinin ayrılmamış hava sahasına entegrasyonunun pilotaj ve hava trafik yönetimi açısından değerlendirilmesi

    Evaluation of remotely piloted aircraft systems integration into non-segregated airspace in terms of pilotage and air traffic management

    TAMER SAVAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Havacılık MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Hava Trafik Kontrol Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZNUR USANMAZ

    PROF. DR. MUSTAFA CAVCAR

  2. Tez No

    574381

    Mini jet motorlu dikine kalkıp inebilen hava aracı geliştirilmesi

    Development of a mini jet engine powered vtol vehicle

    ABDULLAH TÜRKMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ

  3. Tez No

    860533

    Dolaylı tutum ışığında, insansız hava aracı sistemleri'nin kullanımının asimetrik savaş stratejilerinde yarattığı değişimlerin incelenmesi

    Examining the changes at the asymmetric warfare strategies, resulted from the usage of unmanned aerial systems, in the light of indirect approach

    HAMZA DOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Uluslararası İlişkilerÇukurova Üniversitesi

    Uluslararası İlişkiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASLI ILGIT

  4. Tez No

    677020

    Jet insansız hava aracı için model tabanlı tasarım yaklaşımı ile benzetim modelinin oluşturulması ve deneysel doğrulanması

    Development and experimental verification of a simulation model for jet uav with model based design approach

    HALUK ALTAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN

  5. Tez No

    517822

    Mini insansız hava araçlarında kullanılan motorların performanslarının incelenmesi ve optimizasyonu.

    Examination of performance of engines used in mini unmanned aerial vehicles and optimization.

    CAFER SOLUM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Mühendislik BilimleriYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN ALPAY HEPERKAN

Geri Dön