Hava alıklı kontrol tahrik sistemi tasarımı ve modellemesi
Design and modelling of control actuation system with air intake
Yazar: ORHAN FATİH ERCİS
Danışman: PROF. DR. ÖMER KELEŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kontrol Tahrik Sistemleri (KTS) güdümlü mühimmatları kontrol etmek için kullanılmaktadır. Çoğu füze tahrik sistemi elektro-hidrolik veya elektro-mekanik servo eyleyicilere sahiptir. Bu tez çalışmasında, hava alığına sahip ucuz ve basit yapıdaki bir elektro-pnömatik tahrik sistemin katı modellemesi, simülasyonu, akış analizleri ve testleri
ele alınmıştır. Bu yapıda hava, burundaki bir açıklıktan içeri girerek radyal orifisler sayesinde izole edilmiş iki hava odasına dolmaktadır. Hava odaları bu hacimler içerisinde oluşan basınçları manipüle etmek için değişken çıkış orifislerine sahiptir. Bu orifisler sayesinde odalar arasında bir basınç farkı yaratılır. Bu basınç farkı mühimmatın aerodinamik kanatlarına bir şaft ile bağlı hava kanatçığı üzerinde net tork ve hareket oluşturur. Bahsedilen
manipülasyon sayesinde aerodinamik kanatlar kontrol edilir. Manipülasyon Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) ile sürülen iki solenoid eyleyici tarafından sağlanır. Sistemin doğrusal olmayan matematiksel eşitlikleri literatür esas alınarak türetilmiştir. Kritik parametrelerin çıktılar üzerindeki etkisini anlamak ve 5 Hz' de frekans cevabını irdelemek için bir simülasyon modeli (Amesim) oluşturulmuştur. Kritik parametrelerin optimizasyonu sayesinde yüksek prototip sayısı ve işçilik maliyeti düşürülmüştür. Ayrıca, işleme operasyonlarının bazıları simülasyonlar yardımıyla tasarım ve imalat sürecinden kaldırılmıştır. Akış analizleri yapıldıktan sonra performans testleri gerçekleştirilmiştir. Test verileri simülasyon ve akış analizleri ile kıyaslanmıştır. Sonuçlar arasında anlamlı bir
farklılık bulunmamıştır. Oluşturulan mimari için simülasyon ve akış model altyapısı oluşturulmuştur. Çalışma sonunda ucuz ve basit yapıya sahip bir elektro-pnömatik KTS geliştirilmiş ve testlerle doğrulanmıştır.

Abstract:
Control Actuation Systems (CAS) are used to control guided munitions. Most of actuation systems have electro-hydraulic or electro-mechanical servo actuators. This thesis presents solid modelling, simulation, fluid analysis, testing of a simple and low cost electropneumatic actuation system. In the system, air passes through a hole at nose and enters two isolated chambers via radial orifices. The chambers have variable outlet orifices to manipulate pressure in the volumes. A pressure difference is generated between the chambers by the orifices. The difference creates a net torque and it moves air vane connected to aerodynamic fins of the missile. The aerodynamic fins are controlled thanks to this manipulation. The manipulation is provided by two solenoid actuators which are driven by
Pulse Width Modulation (PWM). Nonlinear mathematical equations of the actuation system are derived based on literature studies. A simulation model (Amesim) is also created to understand the effect of the critical parameters on outputs and investigate frequency response at 5 Hz. The number of prototypes and labor cost are reduced by the optimization of the parameters. Besides, some machining operations are eliminated with the help of simulation
results during design and manufacturing. Performance testing is performed after fluid analysis. The test results are compared with the simulation and fluid analysis results. There isn't any meaningful difference between the results. Foundation of simulation and fluid analysis modelling is built for the created architecture. At the end of the study, a simple and low cost electro-pneumatic CAS is developed and verified by tests.