Robust joint chance-constrained trajectory optimization of a hypersonic glide vehicle with thermal and no-fly zone constraints
Hipersonik süzülen araçlar için ısı ve uçuş yasağı bölgesi kısıtlarını içeren sağlam ortak olasılık temelli yörünge optimizasyonu
- Tez No: 977515
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALİL ERSİN SÖKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hipersonik Süzülen Araçlar (HSA) yeniden giriş ve atmosferik süzülüş sırasında ekstrem koşullara maruz kaldıkları için yörünge planlaması açısından önemli zorluklar barındırır. Bu zorluklar, navigasyon ve çevresel parametrelerdeki belirsizliklerle daha da karmaşık hâle gelir; bu da planlanan yörüngeden sapmalara ve görev açısından kritik kısıtların ihlali riskine neden olabilir. Bu tezde, HSA'lar için yeniden girişten yere çarpış anına kadar olan süzülüş uçuşunu kapsayan sağlam bir yörünge optimizasyon çerçevesi sunulmuştur. Araç, iki kontrol girdisi (saldırı açısı ve yatış açısı) içeren üç serbestlik dereceli dinamik modeliyle temsil edilmiştir. Optimizasyon problemi, araç durum kestirimindeki ve atmosfer koşullarındaki belirsizlikleri hesaba katmakta; aynı zamanda termal koruma ve coğrafi uçuşa yasak bölge (UYB) kısıtlarının yörünge boyunca sağlanmasını amaçlamaktadır. Çalışmada, durumsal belirsizlik altında iki kritik kısıtın (ısıl akı sınırı ve tanımlı uçuşa yasak bölgelerden kaçınma) eş zamanlı olarak olasılıklı biçimde sağlanması için Ortak Şansa Bağlı Optimizasyon (Ortak ŞBO) yaklaşımı benimsenmiştir. Problem, doğrusal olmayan dinamiklerin ve konveks olmayan kısıtların verimli biçimde ele alınabilmesi amacıyla Sıralı Konveks Programlama (SKP) yöntemiyle çözülmüştür. Önerilen yöntemin etkinliği, rastgele örneklenmiş belirsizlikler altında kısıtların sağlanma durumunu inceleyen Monte Carlo simülasyonlarıyla doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, yöntemin belirsizlik koşullarında güvenlik sınırlarını başarıyla koruyarak, hem terminal hem de yeniden giriş safhaları için uygulanabilir ve hesaplama açısından verimli yörüngeler üretebildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Hypersonic Glide Vehicles (HGVs) are advanced air systems which glide in atmosphere with speeds exceeding Mach 5. These vehicles operate under extreme thermal and structural conditions, making trajectory planning a challenging task. These conditions are further complicated by uncertainties in navigation and environmental parameters, which can cause deviations from the planned trajectory and increase the risk of violating mission-critical constraints. This thesis presents a robust trajectory optimization framework for HGVs that perform gliding flight from reentry to ground impact. The vehicle is modeled using a three-degree-of-freedom (3-DoF) dynamic formulation with two control inputs: angle of attack and bank angle. The optimization problem incorporates uncertainties in vehicle states and atmospheric conditions, and aims to ensure the satisfaction of thermal and geographic no-fly zone (NFZ) constraints. A joint chance-constrained optimization ( Joint-CCO) approach is adopted to probabilistically enforce two critical constraints: the stagnation point heat flux limit and the avoidance of predefined NFZ. The problem is solved using a Sequential Convex Programming (SCP) strategy, which enables the efficient handling of nonlinear dynamics and non-convex constraints by solving a series of convex subproblems. The effectiveness of the proposed method is validated through Monte Carlo simulations that evaluate constraint satisfaction under sampled uncertainties. Results demonstrate that the framework successfully maintains safety margins under uncertainty while achieving feasible and computationally efficient trajectories for both terminal and reentry phases of HGV flight.
Benzer Tezler
- Dynamic modeling and control of underactuated planar bipedal walking
Eksik tahrikli düzlemsel iki bacaklı yürümenin dinamik modellenmesi ve kontrolü
SAİT SOVUKLUK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
PROF. DR. ULUÇ SARANLI
- Siyasi otoritenin olmadığı bölgelerde mülkiyet
Property in areas without political authority
CEREN CİHAN SOYSAL
Doktora
Türkçe
2025
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN HAKAN YAVAŞOĞLU
- Optimal management of a virtual power plant considering renewable energy resource plus energy storage unit
Yenilenebilir enerji kaynağı ve enerji depolama ünitesi dikkate alınarak sanal enerji santralinin optimal yönetimi
OBED NELSON ONSOMU
Doktora
İngilizce
2025
EnerjiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT YEŞİLATA
- Toplu taşıma hatlarının optimizasyonu için bir model önerisi: Sivas örneği
A model proposal for the optimization of public transportation lines: The case of Sivas
İSMAİL ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN ONUR TEZCAN
- Dünya'da kutup araştırma faaliyetleri ve Türkiye için optimum kutup araştırma birimi işletme modeli
Polar research activities in the world and the optimal polar research organization operating model for Türkiye
ÖZGÜN OKTAR
Doktora
Türkçe
2025
Kamu Yönetimiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURCU ÖZSOY