Noise minimal & green trajectory and flight profile optimization for helicopters

Dönerkanatlı hava araçlarının toplum üzerindeki gürültü rahatsızlığı, karmaşık, üçboyutlu ve akuple döner kanat aerodinamiği, aeroakustiği ve uçuş dinamiğininin akuple çözümünü gerektirdiğinden, ilgi uyandırıcı bir alan olarak devam etmektedir. Gürültü rahatsızlığını azaltmanın temelde iki yolu olduğu kabul edilebilir. Bunlardan biri daha sofistike, en iyileştirilmiş yeni döner kanat tasarımları, diğeri ise, uçuş esnasında yerleşim yerleri, hastaneler, yoğun nüfüslü yerler gibi gürültüye hassas yerlerden, aeroakustiğin yönelim karakteristiğinden faydalanarak uçuş profili en iyilemesi üzerinden gürültü kaçınımı ile rahatsızlığın azaltılması olarak gösterilebilir. Bu çalışma ikinci yaklaşım üzerine eğilmektedir. Bu kapsamda, bu çalışmanın temel amacı, uçuş yörüngesi/profili en iyilemesi ve takibinin sağlanması, gürültü kaçınımı ve/veya azaltımı sağlanırken, yakıt tüketimi, performans, güvenlik, komfor ve görev isterleri gibi diğer konular arasında denge sağlanmasıdır. Düşük gürültülü ve yakıt tüketimli en iyilenmiş bu uçuş profillerine "yeşil" yörünge adı verilmiştir. Bu amaçla öncelikle rotor ve pervanelere özelleşmiş Lagrangian hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü geliştirilmiş, döner kanat uçuş dinamiği modeli ve aeroakustik çözücü ile akuple edilmiştir. Bu sayede, yüksek gerçeklikte, doğrulukta ve çözünürlükte, döner kanat tümleşik matematik modelleme ortamı geliştirilmiştir. Geliştirilen tümleşik model, literatürde bulunan rüzgar tüneli ve rotor kulesi test verileri ile, akış görselleştirme testleri ile ve ticari kıstas yazılımlar ile kıyaslanmış ve doğrulanmıştır. Geliştirilen tümleşik model multi-copter, tiltroto, eşeksenli vb dahil herhangi bir döner kanatlı hava aracı için modelleme, serbest uçuş denge analizlerini yapabilmekte, daimi ve daimi olmayan art akış, pal-girdap, rotorart akış ve rotor-rotor etkileşimlerini yüksek çözünürlük ve doğrulukta hesaba katabilmektedir. Çalışmanın devamında, tümleşik model, gerçek zamanlı çalışma kabiliyetine sahip bir simulasyon modeline dönüştürülmüş, optimal kontrol tabanlı, model tahminli kontrol yaklaşımı ile simultane olarak hem yörünge & uçuş profili eniyilemesi hem de bunun takibi için gerekli kontrol girdilerini çözen bir sistem oluşturulmuştur. Multi-disipliner eniyiyleme hedef fonksiyonu, akustik, perfomans, yakıt tüketimi, güvenlik, konfor ve görev gereksinimlerinden beslenmekte, "yeşil" yörünge ve uçuş profili en iyilemesi ile hava aracı yerde gürültü etkisinin istenilen yerlerde azaltımını sağlamaktadır. Geliştirilen çatı modelin kabiliyetleri çeşitli analizler ile test edilmiş, aerodinamik modelleme, aeroakustik analiz ve yörünge & uçuş profili en iyileme performansı değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma ile önerilen yöntemin konsept doğrulaması yapılmış, aynı görevin icra edilmesine karşın, istenilen yerlerde daha düşük gürültü etkisi ve toplamda daha düşük yakıt tüketimi sağlanabilmiştir. Geliştirilen bu yaklaşım, en iyilenmiş uçuş rotaları belirlenmesinde, günümüzde tüm döner kanatlı hava araçları için jenerik ve en kötü duruma göre oluşturulan uçuş rotalarının hava aracı spesifik güncellenmesinde kullanılabilir. Özellikle de kullanıma alındığında çoğunlukle yerleşim yerleri etrafında kullanılacak, hızla yükselen e-VTOL platformları için uçuş rotası ve hava trafiği planlamasına katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir.