Bir Kanatçık Tahrik Sistemi Yapısal Özelliklerinin Sistem Performansına Etkilerinin Sayısal ve Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

Kanatçık tahrik sistemleri mühimmata yönelim hareketini sağlayan kanatçıkları hareket ettiren sistemler olup, mühimmatın başarılı bir uçuş yapabilmesi için bu sistemlerin davranışları ile ilgili belirsizliklerin minimum seviyeye indirilmesi oldukça önemlidir. Bu çalışma kapsamında havadan karaya atılan mühimmatlar için ters krank biyel mekanizmasına dayalı elektromekanik bir kanatçık tahrik sistemi yapısının sistem davranışına etkileri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Bu noktada, isterler göze alınarak sistem tasarımı yapılmış ve aerodinamik yük altında kanatçık hareketlendirilmesini etkileyen mafsal boşlukları ve yapısal deformasyonlar detaylı olarak incelenmiştir. Mekanizma analizleri çoklu cisimler dinamik benzetimleri ile gerçekleştirilmiş ve aerodinamik menteşe kuvvetlerinden kaynaklanan yüklerin sebep olduğu elastik deformasyonlar, değişik kanatçık açılarında sonlu elemanlar benzetimleri ile incelenmiştir. Gerçek zamanlı kanatçık yükleme cihazı kullanılarak, kanatçık tahrik sisteminin kuvvet altında istemsiz kanatçık açı değişimi incelenmiş; elastik deformasyondan ve mafsal boşluklarından kaynaklanan kanatçık açı değişimi, gerçek zamanlı olarak değişik kanatçık açılarında elde edilmiştir. Analitik yöntemlerle kanatçık tahrik sisteminin mekanizma analizi doğrulanmış; öte yandan sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen analizler ile deneysel ölçümlerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ve yüksek tutarlılık elde edilmiştir.

Keywords

• Kanatçık tahrik sistemi,deformasyon,kanatçık açısı,çoklu cisimler dinamiği,sonlu elemanlar metodu,deneysel doğrulama

Experimental and Numerical Investigation on the Effect of the Structural Characteristics of a Fin Actuation System on System Performance

Abstract

The fin actuation system moves the fins that provide the missile guidance. It is very important to reduce the uncertainties about the behavior of these systems to a minimum level so that the missile can make a successful flight. In this study, the effect of the structural characteristics of electromechanical fin actuation system which is based on an inverted slider crank mechanism on the system for an air to ground missile has been investigated by experimental and numerical. The system designed according to requirements. Clearance on revolute joint and structure deformation affecting the actuation of the fin under aerodynamic loads have been examined in detail. Mechanism analyzes were carried out by multibody dynamic simulations. The elastic deformations caused by the aerodynamic hinge forces were analyzed using the finite element method for different fin angles. Also, involuntary change of the fin angle has been investigated under the forces which are exerted by using a real-time fin loading system. The variation of the angle of the fin resulting from the elastic deformation and the clearance of revolute joint was obtained in real time at different fin angles. The mechanism analysis of the fin actuation system was verified by analytical methods on the other hand, the results obtained from the experimental measurements and analyzes of the finite element method. Those results were compared and a high consistency was obtained between them.

Keywords

• Fin actuation system,Deformation,Fin angle,Finite element method

References

1. M. S. George, Missile guidance and control system. Springer, First Edition, USA, 2004.
2. S.H. Kim and M.J. Tahk, “Modeling and experimental study on the dynamic stiffness of an electromechanical actuator.” Journal of Spacecraft and Rockets, Vol.53, No.4, 708-719, 2016.
3. V.B. Blaignan and V.A. Skormin, “Stiffness enhancement of flight control actuator.” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems Vol. 29, No. 2, 1993.
4. E. Daş, İ.İ. Delice and M. Keleş, “Minyatür kontrol tahrik sistemi tasarımı ve gürbüz kontrolü.” UMTS 2017, Ulusal makine teorisi sempozyumu, Trabzon, Türkiye, UMTS 2017, 294-302, 2017.
5. M. Garrison and S. Steffan, “Two-fault tolerant electric actuation systems for space applications.” 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 09 - 12 July, Sacramento, CA, USA, 2006.
6. Ö. Hastürk, “Applications of slider chain inversion in control actuation systems.” IEEE International Conference on AIM, 12-15 July, Alberta, Canada, 2016.
7. E. Soylemez, Mechanism. METU, Four edition, 2006.
8. T. Çelik and B. Özkan, “Kontrol tahrik sistemlerinde kullanılan ters krank biyel ve dişli çark mekanizmalarının başarım özelliklerinin karşılaştırılması.” TOK 2015, Otomatik kontrol ulusal toplantısı, Denizli, Türkiye, 212-217, 2015.

9. H.C. Yoo, “Active Control of Aeroelastic Vibrations for Electromechanical Missile Fin Actuation Systems.” Journal of guidance, control, and Dynamics, 2017.
10. M.U. Özakılın, “Kayan kipli denetim yaklaşımına göre hidrolik ve elektromekanik eyletimli kanatçık yükleme cihazlarının başarım özelliklerinin karşılaştırılması.” UMTS 2013, Ulusal makine teorisi sempozyumu, Erzurum, Türkiye, UMTS 2013, 294-302, 2013.
11. G.S. Tombul, “Real time control of a fin loading system.” ICCC, 17 th international carpathian control conference, 747-752, 2016.
12. İ.İ. Delice, E. Daş and L. Gören, “Güdümlü bir mühimmat kanatçık tahrik sistemi için iki döngülü kontrol sistem tasarımı.” TOK 2014, Otomatik kontrol ulusal toplantısı, Kocaeli, Türkiye, 517-522, 2014.
13. R.C. Silva, M.A. Nunes, J.P.M. Bento and V.E. Costa, “Modelling an inverted slider crank mechanism considering kinematic analysis and multibody aspects.” DINAME, Proceedings of the XV international symposium on dynamic problems of mechanics, Feb. 17-22, 2013.
14. P. Frankovský and D. Hroncová, “Kinematic analysis of the crank mechanism with rotating cylinder using MSC Adams/View.” Applied mechanics and materials, Vol. 816, 213-223, 2015.
15. J. Zhang and Q. Wang, “Modeling and simulation of a frictional translational joint with a flexible slider and clearance.” Springer, Multibody system dynamic, 367-389, 2016.
16. K. Tink, K. Hsu, Z. Yu and J. Wang, “Clearance induced output position uncertainty of planar linkages with revolute and prismatic joints.” Elsevier, Mechanism and machine theory, 66-75, 2017.
17. Y.M. Wang and Z. Wang, “A time finite element method for dynamic analysis of elastic mechanism in link coordinate systems.” Elsevier, Computers and structures, Vol.79, 223-230, 2001.