İnsansız sistemler ve seyir füzelerinde yardımcı otopilot uygulamaları
Auxiliary autopilot applications in unmanned systems and cruise missiles
Yazar: TEOMAN ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
İnsansız sistemler ve seyir füzeleri teknoloji ile donatılan savaş alanında oyun değiştirici olarak kendisini kanıtlamıştır. İnsansız Hava Araçları (İHA) özellikle uzun süreler operasyonel olarak kullanılabilmesi ve tespit edilebilirliklerinin düşük olması sebebiyle savunma ve saldırı konjonktürünü değiştirmişlerdir. Seyir füzeleri uzun menzilleri, radar kesit alanı düşüklüğü, değişken algoritmaları ile karşı konulamaz silahlar haline gelmiştir. Sunulan çalışmanın insansız sistemler ve seyir füzelerinde kullanılmak üzere tasarlanan otopilot algoritmalarına yardımcı uygulamalarını; rota noktası yön kestirimcisi, yönelim açısı dönüş kestirimcisi, rüzgâr kestirimcisi, bekleme dolanma algoritması ve stabilite arttırma sistemi üzerine yapılan tasarımlar üzerine yapılan araştırmalara ışık tutacağı düşünülmektedir.
Rota noktası yön kestirimcisi, otopilot sisteminin baş açısı kontrolü için kritik bir yardımcı sistemdir. Bir doğrultudaki uçuşta, bunun yeni bir doğrultuya çevrilmesi için gerekli hesabı, dönme açısının hesaplanması ve dönüşe başlama noktasının belirlenmesi rota noktası yön kestirimcisi ile yapılmaktadır.
Yönelim açısı dönüş kestirimcisi, görev planlamasına bağlı olarak hangi açıdan, hangi yöne dönüş yapması gerektiğini kestiren bir sistemdir. Bu yardımcı otopilot sisteminin ataletsel navigasyon birimi dışında başka bir sensör kullanmadan tasarlanması, ucuz tasarım yapılmasını sağlamaktadır.
Rüzgâr kestirimcisi uçuş esnasında rüzgâr sebebiyle oluşan sapmaları herhangi rüzgar sensöründen bilgi almadan otopilot algoritmaları ile kestiren ve otopilotu istenilen rota üzerinde işletmeye devam eden bir yardımcı otopilot uygulamasıdır.
İnsansız sistemler ve seyir füzeleri, operasyonel konsepte bağlı olarak havada beklemeye geçebilmektedirler. Bu bekleme hedef üzerinde dönüş veya karar vermek için zaman kazanma ile paralel olarak kullanılabilir. Bekleme dolanma modu, uçuşun emniyetli irtifada yapılması, görev güncellenmesi, karar verilmesi veya dolanmanın yapıldığı nokta etrafında gözetlemeye devam edilmesini sağlar.
İnsansız sistemler ve seyir füzeleri, veri bağı teknolojisiyle uzaktan otopilot dışında da kullanılan sistemlerdir. Pilot kontrollü kullanım, operatör için kabin içi uçuştan farklıdır. Pilot uçuşu hissedemediği için ani kontrol hareketleri yapabilmektedir. Bu kontrollerin sınırlanması için stabilite arttırma sistemi geliştirilmiştir. Stabilite arttırma sistemi kabin dışı kullanıcının hareketlerini otopilot ile sınırlandırarak, ani ve uçuş mekaniğini bozucu etkilerden sistemi korumak içindir.

Abstract:
Unmanned systems and cruise missiles have proven themselves as game changers in the technologically advanced battlefield. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have changed the defense and attack conjuncture, especially because they can be used operationally for long periods of time and their detectability is low. Cruise missiles have become irresistible weapons with their long range, low radar cross-section and variable attack algorithms. Auxiliary applications of the presented study to autopilot algorithms designed for use in unmanned systems and cruise missiles; It is thought that it will shed light on the research on the designs of waypoint navigator, turn coordinator, wind estimator, loitering algorithm and stability augmentation system.
The waypoint navigator is a critical auxiliary system for the autopilot system, especially for head angle control. While flying in one direction, the calculation required to turn it to a new direction, the calculation of the turning angle and the determination of the starting point of the turn are made with the waypoint navigator.
The turn coordinator is an unmanned system or cruise missile; It is a system that predicts from which angle and in which direction to turn based on mission planning. Designing this auxiliary autopilot system without using any other sensors other than the inertial navigation unit enables inexpensive design.
Wind estimator is an auxiliary autopilot application that predicts deviations due to wind during flight with autopilot algorithms without receiving information from any wind sensors and continues to operate the autopilot on the desired route.
Unmanned systems and cruise missiles can remain in the air depending on the operational concept. This wait can be used in parallel with gaining time to turn on the target or make a decision. In this case, the system is expected to continue its flight in loitering mode. Loitering algorithm allows the flight to be carried out at a safe altitude, mission update, decision making or to continue surveillance around the point where the hover is made.
Unmanned systems and cruise missiles are systems that are used in addition to remote autopilot with the data link architecture on them. This pilot-controlled operation differs from in-cabin flight for the operator. Since the pilot cannot feel the flight, he can make sudden control movements. A stability augmentation system has been developed to limit these controls. The stability augmentation system protects the system from sudden and disruptive effects on flight mechanics by limiting the lever movements of the user outside the cabin with the autopilot.