Hava-hava füzesinin dış geometrisinin disiplinlerarası eniyilenmesi

Bir ürünün boyutlandırılması tecrübe ile edinilmiş birikimler sayesinde denemeyanılma yöntemleriyle ya da ürünün gereksinimleri sağlanana kadar gerçekleştirilecek testlerle ortaya çıkarılabilir. Bilgisayar destekli tasarımın geliştirme ve üretim süreçlerine entegrasyonu başladığında tasarım için harcanan süre önemli ölçüde azalmıştır. Eniyileme yöntemleri de buna benzer şekilde tasarım süreçlerine dahil olmaya başlamıştır. Bu yöntemler tasarıma girdi olarak kullanılacak değişkenlerden en iyi kombinasyonun seçilmesine yönelik oluşturulmuşlardır. Tasarıma yönelik olarak kullanılan bu değişkenlerin belirli yöntemler sonucunda ortaya çıkardığı hedef çıktıların minimize veya maksimize edilmesiyle ürünün verilmliliğinin artırılması ve maliyetin düşürülmesi hedeflenmektedir. Eniyileme yöntemleri genetik algoritmalar ve gradyan algoritmalar olmak üzere başlıca iki gruba ayrılırlar. Bu iki algoritma çeşidi birbirlerinden en iyi kombinasyonu seçme yöntemleri açısından ayrılmaktadır. Havacılık sektöründe deney tasarımlarıyla beraber eniyileme algoritmalarının kullanılarak tasarımın sürdürüldüğü birçok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada kısa menzilli bir hava-hava füzesinin hedefe olan uçuş süresinin minimize edilmesi ile dış geometrisinin eniyilenmesi amaçlanmaktadır. Hava-hava füzeleri uçaktan fırlatılarak havadaki tehdidi etkisiz hale getirmek amacıyla kullanılmaktadırlar. 30 km'den az menzile sahip hava-hava füzeleri kısa menzilli, diğerleri ise uzun menzilli hava-hava füzeleri olarak adlandırılmaktadır. Kısa menzilli hava-hava füzeleri genellikle kızılötesi arayıcı sayesinde hedefi takip etmektedir. Kızılötesi arayıcı hedeften aldığı verileri füze bilgisayarına iletmekte, füze bilgisayarı ise bu bilgileri hedefe yönlenmek için gerekli doğrultuyu oluşturmak amacıyla kanatçık hareketlerini belirmekte kullanmaktadır. Hemen hemen tüm kısa menzilli hava-hava füzeleri sahip oldukları roket motoru ile itki oluşturmaktadırlar. Çalışma boyunca farklı disiplinler birbirleriyle entegre olacak şekilde bir yapı kurulmuştur. Bu yapı aynı zamanda disiplinlerarası olarak adlandırılmaktadır. Her bir yazılımın oluşturduğu çıktı, özelleştirilmiş yazılımlar sayesinde diğer bir yazılıma özelleştirilmiş yazılımlar sayesinde girdi olarak ulaştırılmaktadır. Bu sayede analizler kesintisiz olarak sürdürülmüştür. Analizler iki boyutlu düzlemde gerçekleştirilmiştir. Analizlerin iki boyutta gerçekleştirilmesi nedeniyle sadece yanal hareket denklemleri çalışmaya dahil edilmiştir. Füze ve hedefin ilerlediği irtifa değeri ve hedefin hızı sabit olarak belirlenmiştir. Aerodinamik terimler yanal hareket denklemlerinin oluşturulması için hesaplanmıştır. Aerodinamik terimlerin hesaplanması sürecinde füzenin hücum açısı ve kayma açısı sıfır olarak kabul edilmiştir. Yanal hareket denklemleri kullanılarak füzenin kanatçık açısı ile dönüş açısı arasında transfer fonksiyonu oluşturulmuştur. Bu transfer fonksiyonu yanal otopilot kontrol sisteminde kullanılarak füzenin hedefe yaklaşmasının sağlanması hedeflenmiştir. Yanal otopilot oransal seyir güdüm sistemi çalışma prensibi baz alınarak oluşturulmuştur. Bu süreçte yapılan varsayımlar ilgili bölümlerde belirtilmiştir. Kontrol sistemlerinde füzenin gerçek donanımları PID kontrolcü sayesinde modellenebilmiştir. PID kontrolcülerin katsayıları ilgili yazılımlarda sisteme en uygun olacak şekilde seçilmiştir. Gerçek ortamda ilerleyen bir füzenin uçuşu boyunca bir takım özellikleri değişmektedir. Bu özellikler başlıca hız, kütle, eylemsizlik momenti ve ağırlık merkezidir. Anlamlı sonuçlar elde edebilmek amacıyla bu değişkenlerin uygun şekilde modellenmesi gerekemektedir. Bu nedenle döngüsel bir analiz yapısı benimsenmiştir. Döngüsel yapı, iç ve dış olmak üzere iki ayrı döngüden oluşmaktadır. Dış döngü füzenin dış geometri özelliklerini belirlerken iç geometri ise dış geometrisi oluşturulan füzenin değişkenlerini güncelleyerek hedefe ulaşmasını sağlamaktadır. Bu döngüsel yapıda her 0.1 saniyede bu değişkenlerin güncellenmesi sonucunda yeni girdiler oluşturularak güncel çıktılar oluşturulmuştur. Eniyileme süresince oluşturulan her bir dış geometrinin uçuş boyunca değişkenleri güncellenerek hedefe ulaşması sağlanmıştır. Füze ile hedef arasındaki mesafe 10 metreden az olduğunda hedefi etkisiz hale getirmek için yeterli mesafeye ulaşıldığı kabul edilerek geçen süre hesaplanmıştır. Bu sürenin ise minimize edilmesi sonucunda en iyi tasarım geometrisi belirlenmiştir. Eniyileme süresince hareketli ve hareketsiz kanatçıkların boyutları füzenin dış geometri değişkenleri olarak belirlenmiştir. Belirlenmiş sınırlar arasında birçok kombinasyon oluşturularak en iyi tasarımın belirlenmesi amaçlanmıştır. Eniyileme yöntemi olarak genetik algoritmalardan biri olan MOGA-II seçilmiştir. Jenerasyon sayısı, seçme olasılığı ve mutasyon olasılığı gibi MOGA-II algoritmasına ait özellikler çalışmanın daha verimli sonuçlanması için en uygun olacak şekilde belirlenmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda ortaya çıkan en iyi sonuçlar ortaya konmuştur.