Savaş uçakları için dört boyutlu bir uçuş yönetim sisteminin tasarımı

Abstract

Havacılık ve uzay teknolojisindeki ilerlemeler hava muharebelerinin dinamiklerini sürekli olarak değiştirmektedir. Özellikle 5. nesil olarak adlandırılan günümüzün gelişmiş savaş uçakları, hava-hava ve hava-yer görevlerinin tek platformda yapılmasını sağlayan gelişmiş araçlardır. Bu araçlar, çeşitli sensör üniteleri, görev üniteleri ve farklı özelliklerde radarlardan oluşan gelişmiş aviyonik sistemlerle donatılmıştır. İnsansız hava araçlarıyla tümleşik görev kabiliyeti, akıllı mühimmatların kokpitten yönetimine imkan tanıyan sistemlerle birlikte birer uçan bilgisayar haline gelen bu çok rollü hava araçları, oldukça kabiliyetli güç çarpanlarıdır. Ancak bu gelişmiş, kompleks sistemler pilota oldukça yüksek miktarda veri beslemektedir. Savaş uçağı pilotları hava aracını sürerken bir yandan da görev ile ilgili birçok sistemi de yönetmek zorundadır. Bu kompleks muharebe ortamı pilotun iş yükünü ciddi miktarda artırmakta, pilotun farkındalığını düşürmekte ve en önemlisi de görev başarımını zorlaştırmaktadır. Bu tez çalışması, modern savaş uçakları için pilotun iş yükünü azaltacak ve pilotun farkındalığını artıracak 4 boyutlu bir uçuş yönetim sisteminin tasarımını ve simülasyon sonuçlarını göstermeyi hedeflemektedir. Tez çalışmasının birinci bölümünde yapılan çalışmanın amacı, literatürdeki 4 boyutlu uçuş yönetim sistemlerinin ve savaş uçaklarında kullanılan uçuş yönetim sistemlerinin kabiliyetlerinin incelenmesi ile başlamaktadır. Literatürdeki eksikliğin tanımlanması ve bu çalışmanın hedefi olan hipotez açıklanmaktadır. Tez çalışmasının ikinci bölümünde açık kaynaklı parametreler ile oluşturulmuş F-16 savaş uçağı benzetim modeli anlatılmaktadır. Bu model, çalışma kapsamında tasarımı hedeflenen uçuş yönetim algoritmasının savaş uçağı dinamiklerine sahip bir sistem ile gösteriminin yapılması amacıyla kullanılmıştır. Tez çalışmasının üçüncü bölümünde hava aracı benzetim modelinin otonom navigasyon yapabilmesi için tasarlanan navigasyon, otopilot ve kararlılık artırma sistemlerinin tasarım mimarisi anlatılmaktadır. Kontrolcü tasarımında klasik PID kontrolcüler kullanılmıştır. Tez çalışmasının dördüncü bölümünde tezin ana konusu olan 4 boyutlu uçuş yönetim sisteminin rota yönetim algoritmasının kabiliyetleri, planlama algoritması kapsamında yapılan dikey ve yatay planlama hesaplamaları, zaman ve yakıt planlamaları, yürütme algoritması kapsamında yapılan navigasyon hesaplamaları anlatılmıştır. Tez çalışmasının beşinci bölümünde F-16 savaş uçağı benzetim modelinin örnek bir uçuş rotası kullanılarak, 4 boyutlu uçuş kontrol sistemiyle otonom navigasyon sonuçları gösterilmiştir. Örnek rota uçuş rotası için planlama ve yürütme algoritmalarının çıktıları vurgulanmıştır. Sonuç olarak bu tez, 4 boyutlu bir navigasyon sisteminin savaş uçaklarına nasıl uyarlanacağını göstermiştir. Savaş uçakları için 4 boyutlu bir uçuş yönetim algoritması konsepti tasarlanmış, UYS simülasyon modeli geliştirilmiş ve farklı durumlar için simülasyon sonuçları verilmiştir. Önerilen sistem, bir uçuş rotasının 4 boyutlu olarak planlanmasını ve otonom olarak icrasını sağlamaktadır. Sonuçlar incelendiğinde, bu algoritmanın savaş uçaklarında pilotun iş yükünü azaltacağı, pilotun farkındalığını artıracağı ve böylece görev başarımının artacağı sonucuna varılmaktadır.