Uçak enerji manevra yapabilirlik ve performans parametrelerinin metasezgisel yöntemlerle modellenmesi
Aircraft energy maneuverability and modeling of performance parameters with metaheuristic methods
Yazar: RIDVAN ORUÇ
Danışman: DOÇ. DR. TOLGA BAKLACIOĞLU
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Uçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Arama algoritmaları = Search algorithms ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization ; Performans modelleme = Performance modelling

Özet:
Bu tez kapsamında; uçakların performans limitlerini gösteren, farklı özgül güç fazlalarında uçabilecekleri irtifa ve hız kombinasyonlarını sunan, herhangi bir matematiksel işleme gerek kalmadan minimum tırmanma süresine karşılık gelen yörüngenin belirlenmesine yardımcı olan özgül güç fazlası (Ps) eğrilerinin elde edilebilmesi için bir yöntem sunulmuştur. B737-800 uçağı için sunulan yöntem; aerodinamik model, itki ve yakıt debi modellerinden oluşan uçak performans modeli ve Ps modelini içermektedir. İtki modeli için PW4056 turbofan motoruna ait gerçek tırmanma itki verileri kullanılmıştır. Bu motor için oluşturulan modelde, itkinin irtifanın bir fonksiyonu olduğu dolayısıyla sıcaklık, yoğunluk, basınç ile değiştiği yine Mach sayısının bir fonksiyonu olduğu göz önünde bulundurulmuştur. İtki modeli dışındaki diğer tüm modellemelerde B737-800 uçağına ait gerçek uçuş veri kaydı (FDR) verileri kullanılmıştır. Yakıt debi modeli, Ps eğrilerinin yüksek doğrulukta elde edilebilmesi için önemli olan ve uçuş süresince yakıt tüketimine bağlı sürekli azalan ağırlık kuvvetinin hesaplanmasına olanak sağlamaktadır. Aerodinamik modelde ise kritik Mach sayısı üzerindeki Mach değerlerindeki sıkıştırılabilir sürükleme artışı ve profil eğriliği göz önünde bulundurulmuştur. Ps eğrileri uçak performans modeli kullanılarak elde edilmiştir. Eğri verileri, sonrasında oluşturulan Ps modeli için kaynak veridir. Bu çalışma, bir uçağa ait gerçek FDR verilerinin bulunması durumunda o uçağa ait tırmanma yörünge tahmini ve Ps grafiklerinin nasıl elde edileceği hakkında bir yöntem sunmaktadır. Modellerin oluşturulması için guguk kuşu arama algoritması yöntemi (CSA) kullanılmıştır. Farklı bir metasezgisel yöntem olan parçacık sürü optimizasyonu (PSO) yöntemi, CSA modellerini doğrulamak için kullanılmıştır. Matlab programı kullanılarak yapılan optimizasyon işlemlerinin tümünde, her iki metasezgisel yöntemle de doğru sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis; a method is presented to obtain specific excess power (Ps) contours, which show the performance limits of the aircraft, present the altitude and speed combinations at which they can fly at different specific excess powers, and help determine the trajectory corresponding to the minimum time to climb without the need for any mathematical operation. The method presented for the B737-800 aircraft includes the aircraft performance model, which consists of aerodynamic, thrust and fuel flow rate models, and the Ps model. The actual climb thrust data of the PW4056 turbofan engine is used for the thrust model. In the model created for this engine, it is taken into account that the thrust is a function of altitude, so it changes with temperature, density, pressure and is also a function of Mach number. Real flight data record (FDR) data of the B737-800 aircraft were used in all models except the thrust model. The fuel flow rate model allows the calculation of the weight force, which is important for obtaining Ps contours with high accuracy, and which is constantly decreasing due to fuel consumption during the flight. In the aerodynamic model, the increase in compressible drag at Mach values above the critical Mach number and profile camber are considered. Ps contours were obtained using the aircraft performance model. The curve data is the source data for the Ps model created afterward. This study presents a method on how to obtain the climb trajectory estimation and Ps contours of an aircraft if real FDR data is available. The cuckoo search algorithm (CSA) method was used to create the models. Particle swarm optimization (PSO) method, which is a different metaheuristic method, was used to validate the CSA models. Accurate results were obtained with both metaheuristic methods in all of the optimization processes performed using the Matlab program.