SE Albatross Örnek Ar-Ge Raporu - SE Savunma ve Havacılık, İHA

Transkript

Dikey ve Yatay Uçuş
Kabiliyete Sahip İnsansız
Hava Aracı (Tilt-rotor İHA)
Eylül 2013
İçindekiler
Firma Tanıtımı ve Hedefleri ..................................................................................................................... 4
Proje Genel Tanıtımı ................................................................................................................................ 5
Çıkış Noktası ........................................................................................................................................ 5
Proje Özeti ........................................................................................................................................... 7
Albatross’un Özellikleri........................................................................................................................ 8
VTOL Özelliği ........................................................................................................................................ 8
Mevcut Modellere Göre Avantajlar..................................................................................................... 8
Atılım Üniversitesi İşbirliği ................................................................................................................... 9
Üretilecek Alt Sistemler ....................................................................................................................... 9
Test ve Tam Boy Prototip................................................................................................................... 11
Sistem Özellikleri ................................................................................................................................... 11
Genel Özellikler ................................................................................................................................. 11
Fonksiyonel Özellikler ........................................................................................................................ 13
Faydalı Yük ......................................................................................................................................... 14
Kamera .......................................................................................................................................... 14
Özel Amaçlı Algılayıcılar ................................................................................................................. 14
Sistem ................................................................................................................................................ 15
Gövde ............................................................................................................................................ 15
Elektronik Sistemler....................................................................................................................... 15
Yazılım............................................................................................................................................ 16
Algılayıcılar..................................................................................................................................... 18
Yer İstasyonu ................................................................................................................................. 18
Proje Ekibi .......................................................................................................................................... 20
Tamamlanmış Çalışmalar................................................................................................................... 21
Yatay Uçuş Otopilot Algoritmaları ................................................................................................. 21
VTOL Sistem Prototip Testleri........................................................................................................ 22
Yatay Uçuş için Dinamik Modelleme ............................................................................................. 23
Dikey Uçuş İçin Dinamik Modelleme ............................................................................................. 23
Devam Eden Çalışmalar ..................................................................................................................... 24
Uçak Tasarımı ................................................................................................................................ 24
Prototip ve Test Platformu Üretimi ............................................................................................... 24
Fırçasız Motor Hız Kontrol Ünitesi ................................................................................................. 25
1
Se Savunma ve Havacılık Ltd
Gazi Teknopark BB09 Gölbaşı Ankara
[email protected]
CFD Analizleri ................................................................................................................................. 26
Simülasyonlar ................................................................................................................................ 26
Gömülü Denetim Uygulamaları ..................................................................................................... 26
Kompozit Üretimi .......................................................................................................................... 26
Gelecek Çalışmalar ............................................................................................................................ 27
Sonuç ..................................................................................................................................................... 28
Kaynaklar ............................................................................................................................................... 28
2
[email protected]
3
[email protected]
Firma Tanıtımı ve Hedefleri
Se Savunma ve Havacılık, Se Teknoloji Çözümleri ismi ile 2002 yılında bilişim sektöründe
faaliyet göstermek amacı ile Ankara’da kurulmuştur. Kuruluşundan bu yana özel yazılım,
donanım tedariki, uzak mesafe kablosuz ağlar, danışmanlık ve sistem entegrasyonu konularında
faaliyette bulunmuştur. Yurt içinde ‘Üretim Kaynak Kullanımı ve Otomasyonu, Meslek Odası
Yönetim Sistemi, Kütüphane Yönetim Sistemi, Öğrenci Bilgi Sistemi, Altındağ Belediyesi Uzak
Mesafe Veri Aktarım Sistemi, Tr.net Uzak Mesafe Veri Aktarım Sistemi ve yurt dışında KKTC
Girne Amerikan Üniversitesi Bilişim Sistemleri ve Ağ Sistemleri Tedarik ve Kurulumu, Girne
Amerikan Üniversitesi Öğrenci Bilgi Sitemi’ isimli projeler gerçekleştirmiştir.
2009 yılında SE Savunma ve Havacılık adını alarak savunma sanayi alanında faaliyet göstermeye
ve Ar-Ge çalışmalarına başlamıştır. Firmanın tamamlamış olduğu projeler, üniversitelerle ve
çeşitli savunma sanayi alanında faaliyet gösteren firmalarla birlikte gerçekleştirilen, ağırlıklı
olarak uzaktan komutalı ve insansız sistemler üzerinedir. Üniversitelerle tamamlanan projeler
Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından kısmi olarak desteklenmiştir.
TÜBİTAK, firmanın hava aracına ve üretim kabiliyetine güvenerek, kendi geliştirdikleri bir enerji
sistemini test etmek amacıyla üretilecek olan İHA projesini firmaya vermiştir ve Ekim’13 itibari
ile sözleşmesi imzalanıp insansız hava aracının üretimine başlanmıştır.
Firmanın ana projesi, ekibinin bilgi birikimi ve tecrübesi ile dünyada kullanılan mevcut
sistemlerden daha farklı bir sistem olan, yurt içi patentinin de (TPE 2011/03596) firmaya ait
olduğu ve hala devam etmekte olan Albatross isimli insansız hava aracı projesidir. Prototipi
tamamlanmış olan Albatross, IDEF’13’te görücüye çıkmıştır ve olumlu tepkiler almıştır. Projenin
benzeri dünyada sadece İsrail (IAI) tarafından üretilmektedir (Panther UAV).
Hedefler
Kısa vadeli hedefimiz, Albatross’u tamamlayıp ülkemize fayda sağlayabilmektir. Orta ve uzun
vadeli hedeflerimiz ise Albatross’u geliştirip gemi ve botlardan kalkar hale getirmek ve kapsamlı
bir üretim tesisi kurarak, sistemde kullanılan bütün parçaların yerli olarak üretilmesi ve
kullanılmasını sağlamaktır. Kompozit gövde üretimi, kontrol devrelerinin tasarımı ve prototip
üretimi, otopilot ve yer istasyonu kontrol yazılımlarının tamamı Ankara Gölbaşı İlçesinde Gazi
Üniversitesi Teknopark bünyesinde bulunan firmamızda yapılmaktadır.
4
[email protected]
Proje Genel Tanıtımı
Çıkış Noktası
Ülkemizde eksikliğini hissettiğimiz, terörle mücadelede verimli olarak kullanılabilecek,
istihbarat, gözetleme ve keşif amaçlı bir ‘İnsansız Hava Aracı’ projesine başladık. Bu projeye
başlamamızdaki temel amacımız kendi yerli imkânlarımız ile üretilebilecek bir sistemi yaratmak
oldu. Yurtdışından benzer ürünleri ancak çok yüksek maliyetlerle getirebilmek ve sistemlere acil
ihtiyaç duyulan zamanlarda oluşabilecek sorunlardan ve zaman kaybından duyduğumuz
rahatsızlık bizi motive eden faktörlerin başlarında gelmektedir. Bu aşamada yerli savunma
sanayi ürünlerinin ülkemizin çıkarları açısından kıyas kabul edilemez olduğuna inanmaktayız.
Bunun yanı sıra, dünyada çok hızlı gelişen insansız sistemler içerisinde insansız hava araçlarına
duyulan ihtiyaç sebebiyle ülkemizin savunma sanayine katma değer sağlayabilmenin gururunu
yaşamayı gerçekleştirmek için var gücümüz ve imkânlarımızla çalışmalarımıza devam
etmekteyiz.
Test aşamasında bulunduğumuz İHA projemiz, mini ile taktik boyutları arasında yer alan, üç
rotorlu, iki rotoru dönme eksenine sahip, sabit kanatlı, dik inip kalkış yapabilen, havada asılı
kalabilen ve uçuş modunu havada değiştirebilen bir sistemdir.
Bu projeye başlamamızdaki sebeplerden bir başkası da, hem Türkiye’de üretilen veya üzerinde
çalışılan dik kalkış-iniş yapıp düz uçuşa geçebilen bir İHA bulunmaması hem de ülkemizin
coğrafi yapısı, askeri ihtiyaçları ve teröre karşı verdiğimiz mücadelede, Albatross’un tasarımsal
yaklaşımı sayesinde ülkemize ve ordumuza sağlayacağı avantajlardır. Ürünümüz, ülkemizi,
savunma sanayi konusunda insansız hava araçlarına bağımlılıktan kurtaracak, ülkemize terörle
mücadele ve sınır güvenliği konularında fayda sağlayacaktır. İhracat değeri yüksek olan bu milli
ürünümüzü yurt dışına da ihraç ederek uluslararası pazarda ülkemizin adını geçirmenin
gururunu yaşamak hayallerimizin başında gelmektedir.
5
[email protected]
Strateji
Türkiye’de ilk defa tasarlanmış olan yapısıyla Albatross İHA projemize başlarken, ülkemizin
stratejik öncelik verdiği konuları göz önünde bulundurduk ve bilgi birikim ve tecribemizi bu
alanlara aktarmak için çalışmalarımıza yön verdik. Savunma Sanayi Müşteşarlığı’nın 2009-2016
Savunma Sanayi Sektörel Strateji Dokümanı, Türkiye İnsansız Hava Aracı Sistemleri Yol
Haritası’nı ve TUBİTAK Vizyon 2023 Teknoloji Öngörü Projesi dokümanlarını kendimize harita
yaptık.
Proje sonunda elde edilecek tasarımın fikri mülkiyet hakları ile koruma altına almayı
planlıyoruz. (Firmamızı hali hazırda gizli patenti bulunmaktadır. Patent no: 2011/03596).
Böylelikle, bir taraftan var olan iç ve dış talebe cevap verirken, diğer taraftan pazarda rekabet
edebilirliğin korunması içinde avantaj elde edilmiş olacak. Geliştirdiğimiz prototip kendisinden
çeşitli modellerin tasarlanabileceği nitelikte olacak, hem askeri hem de kamu ve özel
kuruluşların kullanımı sağlanacaktır.
Sonuç olarak İnsansız Hava Aracı konuları ülkemizin stratejik öncelik verdiği konulardan biridir.
Sanayi- üniversite işbirliği ile prototipi tamamlanan Albatross sayesinde askeri / sivil amaçlı
kullanılabilecek mili yeni bir üretilecek olup, diğer taraftan dışa bağımlılık azaltılarak ulusal bilgi
birikiminin ve yetkinliklerin artmasına katı sağlayacaktır. Bunların yanı sıra, yenilikçi bir ürünle
yurtiçi ve yurtdışı pazarlara girilerek Türkiye’nin rekabetçiliğinin artmasına katkı sağlanacaktır.
Yurtiçi stratejisi olarak, geliştirdiğimiz prototipten 2 tip ürün üretmeyi planlamaktayız.
Bunlardan birincisi askeri standartlarda üretilecek olan ürün diğeri ise sivil kullanım için
üretilecek üründür. Proje kapsamında üretilecek olan ürünümüz askeri amaçlı kullanılan diğer
ürünlerden farklıdır ve pazardaki büyük bir boşluğu dolduracaktır. Askeri amaçlı kullanılan
ürünler ya uçak ya da helikopterlerin karakteristik özelliklerini göstermekte olup, Albatross her
iki araç tipini de göstermektedir. Dikey kalkış/iniş özelliği ve tasarımın özelliği gereği herhangi
bir fırlatıcı ya da zorunlu olarak düz bir piste ihtiyaç duymaması başta Güneydoğu Anadolu
Bölgesi olmak üzere, karadan keşfi zor olan engebeli arazilerde kullanılabilecektir. Belirlenen
hedefi
alıp
getirebilecek
ve
aynı
zamanda
canlı
görüntü
aktarımı
(keşif/gözlem)
gerçekleştirebilecektir.
2009-2016 Savunma Sanayi Sektörel Strateji Dokümanı’nda hava araçları için belirlenen vizyon
‘’Türk Silahlı Kuvvetlerinin tüm İnsansız Hava Aracı ihtiyaçlarının yurtiçinden karşılanması’’ dır.
6
[email protected]
Bu sebepten ötürü proje ile birlikte Türk Silahlı Kuvvetleri’nin hâlihazırda envanterinde
bulunmayan bir ürün geliştirilmiş olup Silahlı Kuvvetlerin ihtiyacı karşılanacaktır.
Yurtdışı stratejisi olarak, proje kapsamında gerçekleştirilecek olan ürünün de sanayi ürünü
haline gelmesiyle beraber, bu ürünün Avrupa, Kafkaslar ve Ortadoğu pazarlarına verilmesi
planlanmaktadır. Askeri amaçlı kullanım için Avrupa pazarında İHA üretim bilgisine sahip
olmayan ülkelerin ordularının potansiyel müşteri olacakları tahmin edilmektedir. Kafkaslarda
ise Azerbaycan gibi askeri alanda işbirliği yapılan ülkelerin ürüne talep gösterecekleri
düşünülmektedir. Ortadoğu ülkelerine satılacak ürünlerin ise, mevcut şartlar göz önünde
bulundurulduğunda sivil kullanım amaçlı olacağı tahmin edilmektedir.
Proje Özeti
Proje, iki rotoru hareketli eksene (tilt rotor) sahip olmak üzere üç rotorlu; yüksek manevra ve
hız kabiliyetine haiz; helikopter gibi dikine kalkış-iniş ve uçuş yapabilen (VTOL); sabit kanatları
ile uçma ve yatay kalkış-iniş kabiliyetine sahip; her iki uçuş modu arasında havada geçiş
yapabilen; kablosuz bir şekilde gerçek zamanlı olarak veri alışverişinde bulunabilen; kamera,
tutucu (gripper) vb. unsurları stabil olarak taşıyabilen ve askeri/ sivil amaçlı kullanılabilecek
milli, yeni bir İnsansız Hava Aracı’nın (İHA) tasarımı, denetimi, testleri ve üretiminden
oluşmaktadır. Proje kapsamında üretilecek sistem dik kalkış iniş, yatay kalkış iniş ve havada
dikey uçuştan yataya, yataydan dikeye geçiş yetilerine sahip İnsansız Hava Aracı keşif, ölçüm,
görüntüleme vb. görevlere sahip olacak ve Türkiye’de üretilen ilk tilt-rotor uçak özelliğini
taşıyacaktır. Uçuş ve görev yüksekliği 10.000ft olup ağırlığının 13–15 kg arasında değişmesi
planlanmaktadır. Sistemin, ağırlığının yaklaşık %50’ini batarya oluşturacaktır. Kanat açıklığının
2,7 m olduğu düşünülürse dik uçuş modunda yaklaşık toplam 0,5 saat, yatay uçuş modunda
yaklaşık toplam 3 saat uçması öngörülmektedir. Üretilecek sistemin görev tanımına göre
değişecek 1.5 kg’a kadar olan faydalı yükün sistem tarafından uçuş boyunca taşınması da planlar
arasındadır.
7
[email protected]
Albatross’un Özellikleri
VTOL Özelliği
Dik iniş kalkış yapabilmesi (VTOL) , herhangi bir fırlatıcıya veya düz bir zemine ihtiyaç
duymadan kalkış yapabilmesine ve paraşüt vb. gibi iniş takımlarına ihtiyaç duymadan her türlü
araziye iniş yapabilmesini sağlamaktadır.
Dik iniş kalkış yapabilen İHA’lar üzerlerine kolayca monte edilebilen faydalı yüklerin çeşitliliğine
göre farklı görevlere sahiptirler (Kamera - Keşif gözlem, Dedektör – Mayın tarama gibi).
Havada asılı kalma özelliği ile sabit ya da yavaş seyir eden nesnelerin takibi kolaylaşmaktadır.
Mevcut Modellere Göre Avantajlar
Mevcut sabit kanatlı modellere göre modelimizin avantajı dik kalkış ve iniş yapabilmesi ve
havada asılı kalabilmesidir. Sadece döner kanatlı modellere göre avantajımız ise düz uçuşa
geçmesi ile daha yüksek hızlara çıkabilmesi ve bu sebeple daha uzun bir menzile sahip olmasıdır.
Şekil 2: IAI Panther UAV
8
[email protected]
Şekil 3: Draganfly X6
Atılım Üniversitesi İşbirliği
Atılım Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mekatronik Bölümü Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr.
Kutluk Bilge Arıkan ile Se Savunma Sanayi Havacılık Elektrik Elektronik Mühendislik İmalat
Sanayi Ticaret Limited Şirketi arasında 01/03/2012 tarihi itibari ile 18 ay süren
001134.STZ.2011-2 kodlu “Üç Dönerkanatlı Özerk Hava Taşıtı (3DÖHAT)” Konulu SAN-TEZ
projesi kapsamında Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenmektedir.
Atılım Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Uçan Robotlar Laboratuvarında şirket çalışmaları
yapılabilmektedir ve Atılım Üniversitesi Robot Teknolojileri Araştırma Merkezi (RoTAM) ile
işbirliği görüşmeleri sürmektedir.
Üretilecek Alt Sistemler
Motor Kuvveti (Thrust) Ölçer Sistemi:
Sistemde kullanılacak motorların parametrelerini (Motor sabitleri, kaldırma kuvveti vs.) elde
etmek amacıyla kullanılacaktır.
ESC:
Electronic Speed Controller, fırçasız motorları sürmek için tasarlanmış, standart ESC’lere göre
yüksek tepki süresi ve hassasiyete sahip motor sürücü olarak kullanılacaktır.
IMU-AHRS-INS:
İlk etapta hazır ürünleri kullanacak sistemlerimiz daha sonra AR-GE çalışmasını başlattığımız
kendi ataletsel ölçümleme birimlerimiz ile sistemlerin üzerinde kullanılmaya başlanacaktır.
9
[email protected]
Otopilot Yazılım ve Donanımları:
Tasarımı başlatılmış olan otopilot yazılımı uçuş ve görev kontrolü, faydalı yük kontrolü
sağlayacak ve tamamen firmamız tarafından üretilecektir.
Tilt Rotor mekanizması:
Tilt rotor mekanizması özgün bir tasarım olup sistem üzerinde kullanılacaktır.
Şekil 4: Tilt rotor mekanizması
Yer istasyonu:
Askeri standartlara uygun güvenlikli kullanıcı dostu ve tek operatör tarafından kullanılması
planlanan yer istasyonu firmamız tarafından üretilecektir.
Hedef takip eden pan-tilt anten mekanizması:
Hava aracının havadaki pozisyonuna göre takip eden anten sistemi firmamız tarafından
tasarlanıp üretilecektir.
Görüntü işleme ve Faydalı Yük Yazılımı:
Tasarımı başlatılmış yazılımın hava aracından gelen görüntüleri işleyip değerlendirmesi
gerçekleştirilecektir.
10
[email protected]
Test ve Tam Boy Prototip
İlk gerçek ölçülü prototipte, alüminyum iskelet üzerine aerodinamik olarak tasarlanmış şase
içerisinde ana işlemci olarak PC104 bilgisayar, atalet sensörü olarak IMU, motor sürücüler, alt
işlemciler bulunacaktır. Ön iki motora bağlı olan mekanizma sayesinde rotorlar dikey ve yatay
konuma getirilebilecektir. Motorlar bu servo sistemine bağlı olup üstlerine sabit palli döner
kanatlar bulunmaktadır. Ayrıca İHA’nın arka kısmında gövde ile arka kanat arasında bir rotor
daha bulunmaktadır. Sabit kanatlarına bağlı servo sistemi ile yatay uçuşta kontrolünü de
kolaylıkla sağlayacak İHA’nın arka kanatlarında da servo sistemi ile stabilite artırımı, manevra
kabiliyetinin arttırılması ve sistemin kontrolü sağlanmış olacaktır.
Sistem Özellikleri
Genel Özellikler
Tasarımını yapmakta olduğumuz model yaklaşık 2,5 metre kanat açıklığına sahip olup 15 kg
ağırlığındadır. 1 kg faydalı yük taşıması planlanmaktadır. 10,000 ft yükseklikte 3 saat görev
süresi öngörülmektedir. Kontrol menzili 50km olarak planlanmaktadır.
11
[email protected]
Şekil 5: Tilt-rotor İHA’nın boyutları
12
[email protected]
Şekil 6: Tilt-rotor İHA’nın iç yapısı
Fonksiyonel Özellikler
VTOL: Araç bulunduğu noktadan dik şekilde kalkış yapabilme özelliğine sahip olacaktır. Aynı
sistem kullanılarak dik şekilde iniş de sağlanacaktır.
Hover: Araç uçuş sırasında pervanelerinin yönünü değiştirerek havada asılı kalabilecek veya
düşük hızlarda yatay ve dikey uçuş yapabilecektir.
Düz Uçuş: Araç sabit kanatlı uçak gövdesine sahip olması ile pervanelerinin normal konuma
getirilerek düz şekilde uçabilecek, yüksek hızlara ve irtifalara çıkabilecektir.
Oto Pilot: Sistem oto pilot özelliğine sahip olacak, yüklenen görevi pilota ihtiyaç duymadan
gerçekleştirme özelliğine sahip olacaktır. Kullanılacak oto pilot yazılımı firmamız tarafından
geliştirilecektir.
Otomatik iniş kalkış: Araç otomatik pilot ve otomatik denge kontrol yazılımları ile dik ve yatay
iniş kalkışını pilota ihtiyaç duymadan yapabilecektir.
13
[email protected]
Faydalı Yük
Faydalı yükler sistemin yapacağı görevi belirlemektedir.
Kamera
Keşif ve gözlem için İHA üzerinde faydalı yük olarak kamera yerleştirildiğinde, termal kamera ile
canlıları algılayabilir, gece görüş kamerası ile 24 saat çalışabilir, yüksek çözünürlüğe sahip özel
kameralar ile görünmeyecek kadar yüksek irtifadan hedefi fark edebilir.
Şekil 7: Termal Kamera
Özel Amaçlı Algılayıcılar
İHA üzerine çeşitli algılayıcılar yerleştirilerek çeşitli görevler tanımlanabilir. Bu görevler
insansız bir taşıtın yapmaması halinde insan hayatını tehlikeye atabileceğinden böyle bir
sistemin üzerine yerleştirilerek, mayın tarayan İHA, radyoaktivite ölçen İHA gibi modları
olabilir. Firmamızın üzerinde çalıştığı İHA havada askıda kalabildiği için sadece sabit kanatlı
sistemlerle yapılaması mümkün olmayan ölçümleri yapabilmesi öngörülmektedir.
14
[email protected]
Sistem
Şekil 8: Sistem Bileşenleri
Gövde
Gövde alüminyum alaşım şase üzerine kompozit (Karbon fiber) gövde ve kanatlardan
oluşacaktır.
Elektronik Sistemler
Fırçasız Motor Hız Kontrol Ünitesi
Kendi tasarım ve üretimimiz olan motor hız kontrol ünitesi ile hassas motor devir ayarları
sağlanacak, bu hassasiyet aracın denge ve uçuşunun daha kararlı olmasına yardım edecektir.
Genel Kontrol Bilgisayarı
Tüm alt sistemleri denetleyen ve haberleşmelerini sağlayan ana denetleyicidir.
15
[email protected]
Denge Kontrol Ünitesi
Atalet sensörlerinden gelen veriyi işleyerek filtrelenen veriyi kontrol sinyallerine çevirip aracın
denge ve stabilizasyonunu kontrol eden alt sistemdir.
Kablosuz Haberleşme Üniteleri
Datalink: Yer ünitesiyle veri iletişimini sağlar, telemetri bilgilerini gönderir. Firmamızın daha
önce projelerinde kullandığı uzun menzilli (50+ km) veri aktarım üniteleri modifiye edilip
sistem üzerinde kullanılacaktır.
Videolink: Faydalı yük kameradan görüntü aktarır. Bu bağlantı kullanılacak bant genişliğinin
fazla olması nedeni ile analog sinyaller ile iletilecektir.
Görüntü İşleme Ünitesi
Kameradan gelen görüntüleri işler ve sıkıştırma işlemlerini gerçekleştirir.
Batarya
Batarya Lityum Polimer teknolojiye sahip yüksek enerji – ağırlık oranına sahiptir. Görev
süresine göre hücre sayısı artırılıp azaltılabilir.
Kullanılması planlanan tüm ana ve alt sistemlerin ilk aşamada hazır ürünlerden oluşması, daha
sonrasında hepsinin firmamız tarafından tasarlanıp üretilmesi planlanmaktadır. Bu sayede dışa
bağımlılık ve veri güvenliği sorunları da çözülecektir.
Yazılım
16
[email protected]
Şekil 9: Sistem Yazılımları
Genel Kontrol Yazılımı
Genel kontrol yazılımı, hava aracındaki genel işleyişi ve birimler arasındaki haberleşmeyi sağlar.
Algılayıcılardan gelen verileri yorumlayıp gerekli sinyalleri alt sistemlere iletir.
Uçuş ve Denge Kontrol Yazılımı
Uçuş ve denge kontrol yazılımı IMU ve diğer sensörlerden gelen bilgileri işleyen yazılımdır. LQR,
H infinity regülatörleri ve robust kontrolcü algoritmaları ile verileri işleyerek kontrol sinyallerini
oluşturur.
Oto-Pilot Yazılımı
Otomatik pilot yazılımı hava aracının navigasyon kabiliyetini kontrol eder. GPS ve diğer
sensörlerden aldığı bilgileri işleyerek otomatik iniş kalkış ve uçuşu sağlar. Otomatik pilot
yazılımı da firmamız bünyesinde tasarlanmaktadır.
Faydalı Yük ve Görüntü İşleme Yazılımları
Faydalı yük yazılımı hava aracındaki faydalı yükün işlevlerini ve durumunu kontrol eden ve
gerekli bilgileri işleyip yer istasyonuna aktaran yazılımdır.
17
[email protected]
Güç Kontrol Yazılımı
Güç kontrol yazılımı bataryalarda kalan enerjiye göre menzil ve uçuş süresi bilgilerini hesaplar.
Güç kontrol biriminden aldığı verileri işleyip gerçek zamanlı enerji harcama hesaplamalarını
yapar ve tahmini uçuş süresini kullanıcıya bildirir.
Algılayıcılar
Ataletsel Seyrüsefer Birimi (INS)
Ataletsel Sensör Birimi, üç ivmeölçer, üç jiroskop, üç magnetometre ve gerekli bazı sensörlerin
birleşmesiyle oluşur. Gürültüden arındırılması için filtrelenmiştir. Roll, Pitch ve Yaw açı ve açısal
hız bilgilerini gönderir. İlk etapta hazır ürünlerin kullanılacağı sistemimizde, ileriki aşamada
kendi bünyemizde IMU/INS tasarlamak ve üretmek de hedeflerimiz arasındadır. 30 Hz ile 1000
Hz arası hızlarda istenilen verileri gönderen INS, bu değişkene göre ve hassasiyetine göre farklı
modellere ayrılır.
Küresel Konumlandırma Birimi (GPS)
INS çok hassas bir sensördür ve her zaman tam doğru bilgiyi ölçemeyebilir. Bu sebeple
doğruluğuna güvendiğimiz bir sensörü INS’dan gelen veriyi doğrulamak için kullanmamız
yararımıza olacaktır. GPS, konum, yükseklik, hız, bilgilerinden yönelim gibi bilgileri elde edip
INS’dan gelen veriyi günceller.
Mesafe Algılayıcıları
Kızılötesi Algılayıcılar:
İHA'nın düşük irtifada yerden yüksekliğini ve çevredeki objelerin yakınlığını algılamak için
kullanılmaktadır.
Ultrasonik Algılayıcılar:
İHA'nın kızılötesi algılayıcılara göre daha uzun mesafeleri ultrasonik sinyallerle algılayan bir
çeşit sensördür.
Basınçölçer
Basınç algılayıcısı sayesinde mutlak yükseklik bilgisi edinilir. Bu bilgi ile GPS'ten gelen veri
doğrulanır ve daha doğru sonuç elde edilmiş olur.
Akımölçer
Motorların ve işlemcilerin üstünden geçen akımı ölçer. Sistemler ve alt sistemlerde kısa devre
kontrolü sağlar. Elde edilen akım bilgisi sayesinde kalan enerjinin hesaplanması için gerekli alt
sistemlere akım bilgisini iletir.
Yer İstasyonu
Yer istasyonu sabit, mobil ve araçla tümleşik olarak üç ayrı şekilde tasarlanmıştır. Bilgisayar,
özel kontrol kartı ve antenden oluşur. Bilgisayar askeri standartlarda dış kullanıma uygundur.
Özel kart anten pan-tilt özelliğini kontrol eden arabirimdir. Anten ise video ve veri
haberleşmesini sağlamak için iki farklı frekansta çalışır.
18
[email protected]
Şekil 10: Yer İstasyonu
Yer istasyonunda çalışan iki yazılım vardır, bunlar görev kontrol yazılımı ve anten kontrol
yazılımıdır.
Görev Kontrol
Görev kontrol yazılımı İHA'nın görevlerinin tanımlandığı ve işlendiği yazılımdır. İHA'dan gelen
video ve foto bilgileri bu yazılım üzerinden işlenir. İHA'ya gönderilen rota ve görev bilgileri araç
üzerinde çalışan yazılım tarafından alınır. Bu görevler gerçekleştirilirken video ve telemetri
bilgileri gerçek zamanlı yer istasyonuna iletilir.
Şekil 11: Yer İstasyonu Arayüzü
Anten Kontrol
Anten kontrol yazılımı aracı havada takip ederek anten menzilini maksimum seviyede kontrol
etmeye yarar. Aracın koordinatları ve antenin yerdeki konumundan aldığı bilgileri kullanarak
yer istasyonu antenini araca yönlendirir.
19
[email protected]
Ar-Ge Çalışmaları
Proje Ekibi
Proje dahilinde firmamızda Mekatronik, Kontrol, Bilgisayar, Havacılık ve Elektronik
Mühendislerinden oluşan bir ekip çalışmaktadır.
Hava aracının tasarımında gerekli
matematiksel model ise danışmanlık hizmeti alımı ile sağlanmıştır. Aşağıdaki tabloda proje
ekibinin görev dağılımı gösterilmektedir.
Hava Aracı
Mekatronik Müh.
Hava aracının yazılım donanım entegrasyonundan ve ilgili simülasyonlardan
sorumlu
Mekatronik Müh.
Denetleyici testleri, otopilot tasarımı ve uçuş testlerinden sorumlu
Kontrol
Mühendisi
Denetleyici tasarımı, gömülü sistemler entegrasyonu ve testlerden sorumlu
Bilgisayar
Mühendisi
Ara yazılımlar, gömülü sistem yazılım tasarımı ve sistem işleyişinden sorumlu
Havacılık
Mühendisi
Sistemin aerodinamik tasarımı, CFD testleri, uygulama ve aerodinamik
testlerinden sorumlu
Elektronik
Mühendisi
Gömülü sistem tasarımı ve sistem elektroniğinden sorumlu
Yer İstasyonu
Bilgisayar
Mühendisi
Yer istasyonunun yazılım tasarımı ve arayüz tasarımınsan sorumlu
Elektronik
Mühendisi
Yer istasyonu pantilt anten mekanizması ve hava aracı ile iletişiminden sorumlu
Alt Sistemler
Mekatronik Müh.
Ataletsel sensörlerin birleştirilmesi, tasarımı ve üretiminden sorumlu
Bilgisayar
Mühendisi
Tüm alt sistemlerin yazılımlarından sorumlu
Elektronik
Mühendisi
Algılayıcılar, ESC, Kamera gibi alt sistemlerden sorumlu
Tablo 1: Proje Ekibi Görev Dağılımı
20
[email protected]
Tamamlanmış Çalışmalar
Projenin gelinen noktasında aşağıda belirttiğimiz alt sistemler üretilmiş ve test aşamasında
kullanılmaktadırlar;







Mini model tasarımı, üretimi
Matematiksel Model (Doğrusal Denklemler)
Referans takipleri (basit otopilot algoritmaları ile)
Simülasyon testleri yazılımı
Anten pantilt mekanizması tasarımı
Anten yazılımı
IMU ve ESC devre tasarımları, prototip üretimleri
Yatay Uçuş Otopilot Algoritmaları
Yatay uçuşta kalkış, uçuş ve iniş algoritmaları ayrı ayrı yazılmış ve aralarında geçiş algoritması
yazılmıştır. Bu algoritmalar bir bilgisayar üzerinden gerçek zamanlı olarak X-Plane
simülatörünün yüklü olduğu bir bilgisayara aktarılmakta ve geri besleme sinyali ters yönlü
olarak verilmektedir. Bu sistem ile yatayda iniş kalkış ve uçuş kabiliyeti bulunan bir uçak,
istenilen bir noktadan başka bir noktaya pilotsuz ve operatörsüz olarak uçuş sağlayabilmektedir.
Şekil 12: X-Plane Simülatörü
21
[email protected]
VTOL Sistem Prototip Testleri
Test prototipi hazırlama sürecinde aşağıdaki adımlar takip edilmiştir.
Şekil 13: 3 Boyutlu VTOL Test Prototipi Tasarımı
Şekil 14: Kaldırma Kuvveti (Thrust) Ölçüm Test Platformu



Test sisteminin tasarlanıp üretilmesi
Test sistemi üzerine donanımlar entegre edilmesi
Test sistemi için tasarlanan yazılımlar ile kontrollü hale getirilmesi
Test sisteminin, gerektiğinde yerden var olan yüksekliğini arttırabilmesi, roll ve pitch eksenler
için 40 derece, yaw ekseni için 90 derece limitlenmesi için özel olarak tasarlanmış bir
platformda düşük hızlarda denge testleri yapılmıştır.
Bir motor-pervane çiftinin kaldırabileceği azami ağırlık, hangi devirde azami kaç gram ağırlığı
kaldırabildiği, hangi tip pervanenin daha verimli olacağının testlerini yapabilmek adına itiş
kuvveti ölçüm sistemi tasarlanıp üretilmiştir.
22
[email protected]
Şekil 15: Test Prototipi
Motora gönderilen sinyaline göre en verimli sonuç için hangi frekans aralığında çalışılacağı
belirlenmesi ve itiş kuvveti ölçüm sistemi sayesinde sistemin matematiksel modelinin
çıkarılmıştır.
Şekil 16: Prototip Bileşenleri
Yatay Uçuş için Dinamik Modelleme
Yatay uçuş için matematiksel model çıkartılmış ve buna göre trim algoritması yapılmıştır. Bu
sayede benzetim ortamında uçağın testleri yapılacak ve kararlılık analizleri yapılacaktır.
Dikey Uçuş İçin Dinamik Modelleme
Dikey uçuş için dinamik modelleme yapılmış ve gerekli olan tüm durumlar çıkartılmıştır. Bu
sayede benzetim ortamındaki kararlılığına bakılabilecek ve analizler yapılabilecektir.
23
[email protected]
Devam Eden Çalışmalar
Uçak Tasarımı
İnsansız hava aracının tasarımı 3 boyutlu olarak montaj parçalarını da dâhil ederek
yapılmaktadır. Üretici bilgileri, matematiksel model çıktıları, CFD analiz çıktıları ve maliyetlere
göre revize edilmektedir.
Prototip ve Test Platformu Üretimi
İnsansız hava aracının özellikle dik kalkış ve tilt rotor özelliklerini geliştirmek amacı ile
ürettiğimiz test platformu aynı zamanda bir SANTEZ projesi olup, Atılım Üniversitesi işbirliği ile
devam etmektedir. Bu proje kapsamında değişik denetçi algoritmaları ve yöntemleri test edilip,
hava aracına uygun olacak şekilde geliştirilmesi sağlanacaktır. Test platformunun üç rotoru da
dönme kabiliyetine sahip olup, değişik manevra kabiliyetleri denenmektedir. Bütün mekanizma
ve gövde parçaları firmamız tarafından tasarlanmış ve üretilmiştir. Platform 2.5 kg civarında
toplam kalkış ağırlığı ile 20 dakika havada kalabilmektedir.
24
[email protected]
Şekil 17: Test Platformu ve Tilt Rotor Prototipi
Fırçasız Motor Hız Kontrol Ünitesi
Piyasada bulunan fırçasız motor sürücülerin kabiliyetlerinin sistemimizde yetersiz kalması ve
milli insansız hava aracımızın olabildiğince tüm bileşenlerinin tarafımızdan üretilmesi hedefimiz
ile eş zamanlı yürütülen fırçasız motor sürücü tasarımı, üretimi ve testleri devam etmekte olup,
testlerden olumlu sonuçlar alınmaktadır.
Şekil 18: Fırçasız Motor Sürücü
25
[email protected]
CFD Analizleri
Uçak tasarım sürecince, sistemin aerodinamik analizi yapılmış ve tasarım aşaması ile eş zamanlı
olarak güncellenerek devam etmektedir.
Simülasyonlar
Yatay ve dikey uçuş modu için çıkartılan matematiksel model üzerinde denenmek üzere
benzetim ortamında denetim algoritmaları kullanılmaktadır. Bu algoritmalar üretim sürecinin
sonuna kadar geliştirilecek ve en güvenilir algoritma gerçek sistemde kullanılacaktır.
Gömülü Denetim Uygulamaları
Sistem üzerinde birden çok gömülü denetim uygulaması bulunmaktadır. Bu alt sistemlerin
testlerine başlanmış ve devam etmektedir.
Şekil 19: Gömülü Denetim Blok Diyagramı
Kompozit Üretimi
İnsansız hava aracı için üretimler Se Savunma bünyesinde başlamış olup, alüminyum kalıplar üzerine
karbonfiber kumaşlar ve epoksi ile üretilmiş olan parçaların testleri de yapılmaktadır. Kompozit
üretimi yapılırken özel kumaş katmanlar kullanılarak üretilir, vakumlanıp fırınlanarak kür işlemi
yapılır. Bu kür işlemi sonucunda kalıptan ayırılan parça temizlenir ve uygun ölçülerde kesilerek
kullanıma hazır hale getirilir. Aşağıdaki şekilde aşamaları verilen üretim, Se Savunma bünyesinde
başarı ile sürdürülmektedir.
26
[email protected]
Şekil 20: Karbonfiber gövde üretim aşamaları
Gelecek Çalışmalar
Özel ihtiyaçlara göre sistemin yeni sürümlerinde şekillenecek olup farklı görevler yapabilen
sistemler geliştirilecektir. Sistemin tanımlanan türevleri son ürünün tamamlanmasının ardından
üretilmeye başlanacaktır. Sistem için tak-kullan faydalı yükler tasarlanması ve bu yüklerin
üretilmesi planlanmaktadır. Sistemin sağlıklı ve kolay kullanılabilmesi için kullanıcılara
eğitimler verilmesi de planlarımız dahilindedir.
Gelecekte daha yüksek kabiliyetlere sahip insansız hava araçları üretmek hedeflerimizdendir.
27
[email protected]
Sonuç
VTOL özelliği ile sistemimizin görev çeşitliliği mevcut modellere göre daha fazladır. Keşif ve
takip görevlerini aynı sistemle yapmak mümkün olacaktır. Ek sistemlere (Katapult vs) ve kalkış
için piste ihtiyaç duymaması kullanım kolaylığı yaratacaktır. Sistem büyük oranda otonom
işleyeceği için kullanıcı ara yüzü basit ve kullanışlı olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu özellik de
kullanıcının kısa bir eğitimden sonra sisteme tümüyle hakim olmasını sağlayacaktır.
Tasarladığımız ürünün üretime geçmesi halinde mevcut sistemlerdeki dışa bağımlılık azalacak,
kullanılan elektronik bileşenlerin de bünyemizde üretilmesi durumunda en alt seviyeye
indirilecektir. Bu şekilde sistem maliyetinin de azalması kaçınılmazdır.
Kaynaklar
1. Yıldız M., Kaçar A., Arıkan K.B., 2010, DÖNER-ROTOR MEKANİZMASINA SAHİP, İKİ ROTORLU
SIRADIŞI UÇAN ROBOT TASARIMI, MODELLENMESİ ve YÖNELİM DENETİMİ, Mekatronik
Mühendisliği Öğrenci Kongresi, 16 Haziran 2010, Atılım Üniversitesi ,
http://mechatronics.atilim.edu.tr/flyingrobotics/toruk/dosyalar/torukpaper.pdf (Erişim:
23.02.2011)
2. Oner, K., T., Cetinsoy, E., Unel, M., Aksit, M., F., Kandemir, I., ve Gulez, K., (2008), “Dynamic Model
and Control of a New Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle with TiltWing Mechanism”,
http://www.waset.org/journals/waset/v45/v45-12.pdf (Erişim: 23.02.2011)
3. IAI – Israel Aerospace Industries, Panther UAV (2010) http://www.iai.co.il/35673-41636en/BusinessAreas_UnmannedAirSystems_PantherFamily.aspx?btl=1 (Erişim: 03.01.2011)
4. Draganfly X6 UAV Helicopter (2010) http://www.draganfly.com/uav-helicopter/draganflyer-x6/
(Erişim: 23.02.2011)
5. “Panther UAV – Electrocally Powered Tilt-Rotor VT-UAV” (2010) http://defenseupdate.com/wp/20101004_panther_uav.html (Erişim: 03.01.2011)
6. “FLIR - Thermal imaging cameras for Research and Development” (2010)
http://www.flir.com/thermography/eurasia/en/content/?id=32092 (Erişim: 23.02.2011)
28
[email protected]
İrtibat Bilgileri
SE Savunma ve Havacılık
Gazi Teknopark Yerleşkesi BB09
06830 GÖLBAŞI
ANKARA
TÜRKİYE
Tel:
+90 312 4960072
Fax:
+90 312 3970006
World Wide Web:
http://www.sesavunma.com
Genel E-Mail Adresleri:
[email protected]
[email protected]
© SE Savunma ve Havacılık 2014
29
[email protected]

SE Albatross Örnek Ar-Ge Raporu - SE Savunma ve Havacılık, İHA

Transkript

Benzer belgeler

KOBI`LERE STARETJİK ÖNERİLER • Savunma projelerinin uzun

Turkçe Antetli Kağıt

T.C. M.S.B. SAVUNMA SANAYİİ MÜSTEŞARLIĞI ULUSLARARASI

Türkiye`nin ciddi bir ahlak sorunu yaşadığı ortada. Sakın "televole

Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi - Aday Öğrenciler

LEIT ii

stratejik plan

bildiri - Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu

İTEP

Hayata Geçiriliyor… 1987`den Günümüze İleri Teknoloji Endüstri Parkı