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
Yazar: TAMER SAVAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ÖZNUR USANMAZ ; PROF. DR. MUSTAFA CAVCAR
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Hava Trafik Kontrol Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
İnsansız Hava Araçları (İHA) sistemleri, üzerinde önemli araştırma ve yatırımların yapıldığı, üretimi ve kullanımı hızla artan geleceğin insansız sistemleridir. İHA'ların sivil alandaki kullanımına olan talep arttıkça, İHA uçuş operasyonlarının ayrılmamış hava sahasına entegre edilmesi zorunluluğu bir ihtiyaç haline gelmektedir. İHA'ların ayrılmamış hava sahasına entegrasyonu, jet motorlu uçakların kullanılmasından bu yana en önemli değişikliklerden biri sayılabilir. Çünkü mevcut hava trafik yönetimi (ATM) yapısı, insanlı hava araçlarının emniyetli uçuş operasyonlarının gerçekleştirilmesi amacıyla tasarlanmıştır. Bu nedenle yeni bir hava aracı olarak ATM sistemine giren İHA'ların, mevcut ve gelecekteki hava trafik kullanıcılarını ve yapısını etkilememesi beklenmektedir.

Bu çalışma kapsamında İHA sistemlerinin sivil alandaki potansiyel kullanımlarını artırmak ve sürdürülebilir bir ilerleme kaydetmek için mevcut insanlı havacılık kurallarının İHA'lara uygulanabilirliği ve tekrar edilebilirliği hava trafik kontrol ve pilotaj bakış açısıyla değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla çalışmada İHA sistemlerinin ayrılmamış hava sahasında insanlı hava araçları ile birlikte uçuş operasyonlarını içeren bir model önerisi sunulmuştur. İHA sistemlerinin ayrılmamış hava sahasına entegrasyonunda mevcut hava trafik yönetimine etkilerini incelemek ve model önerisinin geçerliliğini sağlamak amacıyla, gerçek zamanlı simülasyon yöntemi kullanılmıştır. Hava trafik yönetimi ekosistemindeki insanlı ve insansız hava araçlarının emniyetli ve verimli operasyonları gerçekleştirebilecekleri model önerisi simülasyon ortamında uygulanmış ve ilgili paydaşlarca geçerliliği sağlanmıştır. Önerilen model neticesinde, aynı uçuş rotasını uygulayan İHA pilotu ve kontrolörlerin rutin uçuş operasyonları yaptıkları görülmüş, böylece ayrılmamış hava sahasına emniyetli ve verimli entegrasyon konusunda olumlu bir ilerleme kaydedilmiştir.

Bu çalışmada, insanlı havacılığın mevzuatlarında değişiklik yapmadan İHA sistemlerinin ayrılmamış hava sahasındaki entegrasyonunu, kademeli şekilde entegre etmek amacıyla bir konsept sunulmuştur. İnsanlı ve insansız hava araçlarının eşdeğer bir emniyet katmanı farklı simülasyon senaryoları ile tanımlanmış ve doğrulanmıştır. Önerilen modeli icra eden bir İHA'nın toplam uçuş süresi, toplam uçuş mesafesi ve talimat sayılarında önemli azalışlar olduğu görülmüştür. Simülasyon sonuçları ve ayrıca saha ziyaretleri, insanlı ve insansız hava araçlarının var olduğu karma trafikli uçuş operasyonlarında, mevcut prosedürlerinin uygulanması ve uygun görev planlaması ile hava araçlarının asgari bir müdahale ile yürütülebildiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: İnsansız hava aracı sistemleri, İnsansız hava araçları, Hava trafik yönetimi, İHA trafik yönetimi

Abstract:
Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) systems are unmanned systems of the future, where significant research and investments are made and the production and usage of which are rapidly increasing. As demand for civilian use of RPAs increases, the requirement to integrate RPA flight operations into non-segregated airspace becomes a necessity. The integration of RPAs in non-segregated airspace could be considered one of the most important changes since the use of jet-powered aircraft. Because the existing air traffic management (ATM) structure is designed to perform safe flight operations of manned aircraft. Therefore, RPAs entering the ATM system as a new aircraft are not expected to affect current and future air traffic users and their structure.

In this study, it is aimed to evaluate the applicability and repeatability of existing manned aviation rules to RPAs from the point of view of air traffic control and pilotage to increase the potential use of RPAs in civil area and to make sustainable progress. For this purpose, a model proposal including flight operations with manned aircraft in the non-segregated airspace of RPA systems is presented. Real-time simulation method has been used to investigate the effects of RPA systems on the existing ATM and to ensure the validity of the model proposal in the integration of non-segregated airspace. The model proposal that manned and unmanned aerial vehicles in the air traffic management ecosystem can perform safe and efficient operations was implemented in the simulation environment and validated by the relevant stakeholders. As a result of the proposed model, it is seen that the RPA pilot and controllers performing the same routine flight operations. Thus, positive progress has been achieved in safe and efficient integration into the non-segregated airspace.

In this study, a concept is introduced to gradually integrate the integration of RPA systems in non-segregated airspace without making changes in the legislation of manned aviation. An equivalent safety layer of manned and unmanned aerial vehicles has been identified and verified in different simulation scenarios. Significant reductions in the total flight time, total flight distance, and instruction numbers of a RPA performing the proposed model were observed. Simulation results, as well as field visits, showed that in mixed traffic flight operations where manned and unmanned aircraft existed, the aircraft could be carried out with minimum intervention by applying existing procedures and appropriate task planning.

Keywords: Remotely piloted aircraft systems, Remotely piloted aircraft, Air traffic management, RPA traffic management