Mathematical model and autopilot design of a twin engine jet plane

Askeri ve havacılık uygulamalarında savaş uçaklarının önemli bir yeri vardır. Bu uçakların çeşitli türleri, hava sahası üstünlüğü sağlama ve yer bombardımanı görevleri gibi öncelikli işlevlerine göre kullanımdadır. Bu uygulamalarda tercih edilen motor türleri turbo jet, turbo prop ve ramjet motorlardır ve hepsinin kendisine özgü avantaj ve dezavantajları bulunur. İtki ve hız düşünüldüğünde turbo jet motorlar yüksek performanslı olarak değerlendirilir. Bu motorların aynı zamanda daha küçük boyutta ve daha hafif olması da uçakları iki motor kullanarak tasarlamayı elverişli hale gelmiştir. Bu tez kapsamında, iki adet turbo jet motorlu bir jet uçağının matematik modeli ve otopilot tasarımı yapılmış ve benzetim çalışmaları MATLAB / Simulink ortamında geliştirilmiştir. İlk olarak, turbo jet motorun matematik modeli, Mach sayısı ve gaz ayarları girdi, itki ve yakıt kütle akış oranı çıktı olmak suratiyle oluşturulmuştur. Arkasından, F-18 (hornet) ve F-22 (raptor) gibi benzer uçaklardan farklı olarak, daha uzun kanat genişliği sayesinde daha fazla yük taşıyabilen bir uçak modeli XLR5 programında tasarlanmış ve analizleri yapılmıştır. Tasarım aşamasında, motorların yeri, sapma açısal kuvveti üretmesi hedeflenerek seçilmiştir ve motorlar kanatların altına x ekseninden hesaplanmış bir mesafede olacak şekilde yerleştirilmiştir. Sonrasında, XFLR5 programında hesaplanmış aerodinamik katsayılarla beslenen aerodinamik bloğu, hareket denklemleri bloğu ve turbo jet motor blokları kullanılarak uçağın matematik modeli çıkartılmıştır. Bu uçuş dinamiği modelinde, motorların sapma açısal kuvveti yaratması için birbirlerinden bağımsız kontrol edilmiştir İrtifa dümeni, istikamet dümeni ve her bir motor için gaz komutları uçuş dinamiğinin control değişkenleridir ve kaskad PID kontrolcü yapısı kullanılaran otopilot tasarımı yapılmıştır. Sonuçları geliştirmek adına farklı otopilot modları ve güdüm incelenmiştir. Tez çalışması, önerilen yaklaşımın önemini gösterecek benzetim çalışmaları ile sonlandırılmıştır.