Raylı elektromanyetik fırlatıcı enerji ünitelerinin tetikleme zamanlarının en iyilenmesi
Optimization of trigger times of railgun energy units
Yazar: RÜMEYSA ÖZER
Danışman: PROF. DR. NİHAT ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektromanyetik fırlatıcılar (EMF) elektrik enerjisi ile kontrol edilen manyetik alanın bir cismi veya mermiyi hızlandırıp fırlatması prensibine dayanır. EMF sistemler geleneksel (barutlu) ateş sistemlerine göre birçok avantaja sahiptir. Kontrol edilebilirlik bu avantajların en önemlisidir. Farklı türleri bulunan EMF'ler temel olarak ikiye ayrılır. Bunlar bobinli elektromanyetik fırlatıcılar ve raylı elektromanyetik fırlatıcılardır. EMF'ler darbe güç kaynakları(DGK) ile enerjilendirilirler. Bunlar üniteler halinde kullanılırlar. EMF'ın başlıca problemi, maliyeti yüksek olan bu sistemlere verilen enerjinin en iyilenmesidir. Böylelikle merminin namludan çıkış hızı ve etkisi arttırılabilir. Bu çalışmada, söz konusu elektromanyetik fırlatıcının DGK ünitelerinin tetikleme zamanları probleminin çözümü için altı farklı yöntem önerilmiş ve sonuçları kıyaslanmıştır. Kullanılan yöntemler: İterasyon, sensör, akım dalga formu kontrolü, genetik algoritma(GA), yerçekimi arama algoritması(YAA) ve parçacık sürü optimizasyon algoritmasıdır(PSO). Çalışmada eşdeğer devre modeli ve raylı elektromanyetik fırlatıcı MATLAB/Simulink yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Enerji kaynağı olarak her biri 200kj enerji depolayan beş adet kapasitif DGK ünitesi kullanılmıştır, böylece toplam 1Mj enerji sisteme verilmektedir.
Atış sırasında yüksek akımdan sistemin zarar görmemesi ve tekrarlanabilecek atış sayısını arttırabilmek için bu çalışmada sisteme 3kA akım sınırı eklenmiş ve tetikleme zamanları bulunmuştur. Akım sınırlandırılarak ve sınırlandırılmadan elde edilen tetikleme zamanları sisteme uygulanarak sonuçları paylaşılmış ve kıyaslamalar yapılmıştır. GA algoritması akım limiti olmadan en yüksek hız değerine ulaşırken, PSO algoritması akım limiti ile en yüksek hız değerine ulaşmıştır. Bu değerler sırasıyla GA ile akım sınırı olmadan 322,8 m/s ve PSO ile sınırlı olduğunda 219,258 m/s'dir.

Abstract:
Electromagnetic launchers (EML) are based on the principle that a magnetic field controlled by electrical energy accelerating and launching an object or projectile. EML systems have many advantages over traditional (powdered) fire systems. Controllability is the most important of these advantages. There are different types of EMLs, basically divided into two. These are coilguns and railguns. EMLs are energized by pulse power supplies (PPS). They are used in units. The main problem of EML is optimizing the energy supplied to these costly systems. Thus, the muzzle velocity and effect of the projectile can be increased. In this study, six different methods are proposed to solve the trigger times problem of the PPS units of the electromagnetic launcher and their results are compared. Methods used are Iteration, sensor, current waveform control, genetic algorithm, gravity search algorithm and particle swarm optimization algorithm. In the study, the equivalent circuit model and rail electromagnetic launcher were created using MATLAB/Simulink software. Five capacitive PPS units, each of which stores 200kj of energy, are used as energy source, so a total of 1Mj of energy is given to the system. In this study, 3kA current limit was added to the system and trigger times were found in order to prevent damage to the system from high current during firing and to increase the number of repeatable shots. Trigger times obtained by limiting and not limiting the current were applied to the system. The results were shared and comparisons were made. The GA algorithm reached the highest speed value without the current limit while the PSO algorithm reached the highest speed value with the current limit. These values, respectively, were 322,8 m/s without the current limit obtained with GA and 219,258m/s when limited obtained with PSO.