Taktik İHA (TİHA) tasarımı, imalatı ve otonom kontrolü
Design, manufacturing and autonomous control of tactical unmanned aerial vehicle (TUAV)
Yazar: SEZER ÇOBAN
Danışman: DOÇ. DR. TUĞRUL OKTAY
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
Bu doktora tezinde bir Taktik İnsansız Hava Aracı (TİHA) hem pasif hem de aktif başkalaşabilecek şekilde otopilotla birlikte eş zamanlı olarak tasarlanıp imal edilmiştir. Bu da uçuş performansını iyileştirmiş ve de bazı elverişsiz durumlarda da uçuşu mümkün kılmıştır. İmal edilen ZANKA-III adlı TİHA'nın mevcut TİHA'lardan en temel üstün özelliği başkalaşım yapabilmesidir. Uçuş öncesinde pasif,  uçuş sırasında aktif olarak başkalaşan TİHA'nın tasarımı uçuş kontrol sistemi ile eş zamanlı olarak ilk defa adaptif rassal bir optimizasyon yöntemi ile bu doktora tezi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Teorik olarak TİHA ve başkalaşım mekanizmalarının tasarlanmasında bilgisayar ortamında Solidworks, Maple ve MATLAB yazılımlarından faydalanılmıştır. Öncelikle İHA (İnsansız Hava Aracı)'nın dinamik modellemesi gerçekleştirilip, daha sonra boylamasına ve yanal durum uzay modelleri çıkarılmıştır. MATLAB ortamında modellenmesi yapıldıktan sonra, adaptif rassal bir optimizasyon yöntemi olan SPSA (Eş zamanlı pertürbasyon rassal yaklaştırım) kullanılarak, yükselme zamanı, oturma zamanı ve maksimum aşımdan oluşan bir maliyet fonksiyonunu minimize edecek şekilde TİHA ve otopilot sistemi eş zamanlı olarak tasarlanmıştır.  Tasarım sonunda elde edilen sonuçlar ile birlikte Erciyes Üniversitesi (ERÜ) Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi (HUBF) Model Uçak Laboratuvarı'nda (MUL) bir TİHA üretilmiştir. TÜBİTAK projesi bütçesi ile Oransal, İntegral, Türevsel katsayılarının istenildiği gibi belli aralıklarda değişimine izin verebilen bir otopilot sistemi temin edilmiştir. Elde edilen kontrol parametreleri otopilota yüklenmiştir. Bunu takiben TİHA,  pasif ve aktif başkalaşımı sağlayan tertibat ve mekanizmalar ile birlikte ERÜ HUBF MUL'da üretilmiştir. Başkalaşım parametrelerinin fiziksel büyüklükleri, otopilot kazanç parametreleriyle birlikte adaptif rassal bir optimizasyon yöntemi ile performansı iyileştirmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Taktik İnsansız Hava Aracı (TİHA), Otonom Performans İyileştirme, Optimizasyon

Abstract:
In this PhD dissertation a Tactical Unmanned Aerial Vehicle (TUAV) having both passive and active morphing capabilities is first time designed with autopilot simultaneously and then manufactured. This has improved flight performance and made flight possible in some bad conditions. The main superiority of our TUAV called as ZANKA-III from existing TUAVs is morphing properties. Design of TUAV able to morph passively before flight and actively during flight has first time made with an adaptive stochastic optimization method simultaneously with flight control system. Initially for theoretical design of TUAV and morphing mechanisms, Solidworks, Maple and MATLAB software have been used. Firstly, the dynamic model of the UAV (Unmanned Aerial Vehicle) has been done then longitudinal and lateral state space models have been obtained. After modeling in MATLAB environment, TUAV and autopilot system have been designed simultaneously to minimize the cost function consisting of rise time, settling time and maximum overshoot using the SPSA (Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation) which is an adaptive random optimization method. Using results obtained after design, a TUAV has been manufactured in Erciyes University (i.e. ERU) Faculty of Aeronautics and Astronautics (i.e. FoAA) Model Aircraft Laboratory (i.e. MAL). An autopilot system has been provided which allows the proportional, integral, derivative coefficients to be varied at certain intervals as desired using budget of TUBITAK. After that control parameters have been loaded into autopilot. Following this, TUAV has been remanufactured with apparatus and mechanism providing passive and active morphing in ERU FoAA MAL. Physical magnitudes of morphing parameters have been determined with autopilot gain parameters using an adaptive stochastic optimization method and  performance has been improved.

Keywords: Tactical Unmanned Aerial Vehicle (TUAV), Performance Improvement, Optimization