Kanat tipi paraşüt sistemi için özerk komuta kontrol sistemi tasarım ve uygulaması
Autonomous command and control system design and implementation for ram-air type parachute system
Yazar: BURAK CİVELEK
Danışman: PROF. DR. SİNAN KIVRAK
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Hava aracından paraşüt ile malzeme ikmali, günümüzde askeri operasyonlarda, insani yardım faaliyetlerinde ve uzay aracı, roket gibi hava araçları iniş operasyonlarında kullanılmaktadır. Yönlendirme yeteneği olmayan paraşütler ile yapılan havadan ikmalin karar vericiler tarafından tercih edilmesini engelleyen en büyük etkenler, havadan ikmal yapacak aracın düşmanın hava savunma silahlarına karşı savunmasız oluşu ve paraşütle atılan ikmal maddesinin rüzgardan dolayı istenmeyen yerlere düşmesidir. Bu çalışmada, söz konusu sorunu çözmek için yönlendirilebilen paraşütlerin özerk yönlenebilmesini sağlayan bir sistem ortaya konmuştur. Ortaya konulan özgün yönlendirme sistemi tasarımının yanında paraşütün hedefe ulaşması ve yere yumuşak iniş yapması için alternatif güzergah algoritmaları sunulmuştur. Yapılan çalışmada yaklaşma, alçalma, iniş ve acil durum fazları olmak üzere çok fazlı bir güzergah algoritması tasarlanmıştır. Yaklaşma fazı ise düz ve zikzak olarak hedefe olan mesafeye göre sistem tarafından özerk olarak seçilen iki farklı yol olarak ortaya konulmuştur. İhtiyaç duyulan sensörler, işlemci ve motor sürücüleri bulunduran elektronik komuta kontrol kartı tasarlanmış ve üretilmiştir. Sistemin test edilmesi amacıyla bir Web ara yüzü ve yer test ünitesi yapılmıştır. Güzergahın kontrol edilmesi için Oransal, İntegral, Türevsel (Proportional, Integral, Derivative, PID) denetleyici tercih edilmiş, PID denetleyici parametreleri Parçacık Sürü Optimizasyonu (Particle Swarm Optimization, PSO) algoritmasıyla bulunmuştur. Ayrıca sensör filtrelenmesi için kalman filtresi kullanılmıştır. En son olarak ortaya konulan sistem ile iki gerçek atma denemesi yapılmış, gerçek atma denemeleri sonucunda sistemin istenilen hedef koordinatlara yakın mesafelere ulaştığı görülmüştür. Sonuç olarak yerli imkânlar kullanılarak kanat tipi paraşüt sistemlerinin özerk kullanımı için ortaya konulan sistemin kullanılabilir olduğu değerlendirilmiştir.

Abstract:
Air drop from aircraft is currently used in military operations, humanitarian aid operations and landing operations of aircraft such as spacecraft and rockets. The most important factors that prevent air drop by parachutes without guidance capability from being preferred by decision makers are the vulnerability of the aircraft to enemy threats and the dropping of the payload to undesirable points due to meteorological conditions. In this study, a system that enables autonomous steering of steerable parachutes is presented to figure out those problems. In addition to the original guidance system design, alternative trajectory algorithms are presented for the parachute to reach the target and land softly on the ground. In this study, a multi-phase trajectory algorithm is designed as approach, descent, landing and emergency phases. The approach phase is presented as two different paths, straight and zigzag, which are autonomously selected by the system according to the distance to the target. An electronic command and control board containing the required sensors, processor and motor drives was designed and manufactured. A Web interface and a ground test unit were built to test the system. PID (Proportional Integral Derivative) controller was preferred to control the trajectory and the PID controller parameters were found by PSO (Particle Swarm Optimization) algorithm. In addition, Kalman filter was used for sensor filtering. Finally, two real air drop trials were carried out with the system, and it was observed that the system reached distances close to the desired target coordinates as a result of the real air drop trials. As a result, it has been determined that the system put forward for the autonomous use of wing-type parachute systems using domestic facilities can be used.