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APITOLO QUARTO:
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ONCLUSIONI4.1 Riepilogo
Lo studio di manovrabilità al suolo, oggetto di questa tesi, ha inteso approfondire gli aspetti legati alle ground handling qualities dell’addestratore militare AleniaAermacchi M-346. Tale valutazione si è svolta sulla base di considerazioni qualitative e sull’applicazione di criteri di analisi offline.
Dopo aver definito ed inquadrato il problema del ground handling come estensione alle manovre al suolo del concetto della qualità del volo, sono state evidenziate le possibili modalità di analisi del problema.
Tra i vari approcci presi in esame, l’attenzione si è concentrata sull’analisi offline per la quale è stata elaborata una serie di criteri di valutazione del sistema.
È stato realizzato un modello a due gradi di libertà che ha permesso valutazioni sugli effetti delle azioni aerodinamiche sulla stabilità del sistema in ciclo aperto. In seguito sono stati applicati al modello in ciclo chiuso i criteri di analisi offline ottenendo risultati soddisfacenti.
101 4.2 Manovrabilità a terra
Nel primo capitolo sono stati introdotti i concetti alla base dello studio per le qualità di un velivolo, poi è stata estesa l’applicazione di tali criteri alla problematica di manovrabilità al suolo.
Sono state introdotte due tecniche complementari per la valutazione della manovrabilità: la manned simulation e l’analisi offline. La manned simulation necessita della presenza fisica del pilota, mentre l’analisi offline non la richiede. In un’ottica di analisi pilot in the loop, è stata dedicata una sezione apposita al modello del pilota, richiamando brevemente la modellazione classica, la tecnica Optimal Control Pilot, ed il concetto di multi input pilot.
Sono state descritte le tipiche manovre da eseguire durante i test di manovrabilità a terra in presenza del pilota, prestando attenzione alle tre tipologie di manovra più utilizzate.
La carenza di specifici criteri di analisi offline per le ground handling qualities, ha richiesto la definizione di apposite metriche.
Una volta rilevata l’analogia tra i task nel piano longitudinale e le manovre direzionali a terra, sono stati definiti i criteri di valutazione delle qualità sulla base delle similitudini qualitative, è stata quindi sviluppata una serie di metriche che in seguito sono state prese in esame singolarmente.
Le analogie tra il problema direzionale e quello longitudinale hanno consentito la definizione qualitativa dei valori ottimali degli indici per le qualità al suolo, ma non la definizione esatta dei limiti dei livelli.
In assenza di valori verificati su base sperimentale per i criteri, quelli qui ottenuti possono essere applicati, almeno in prima analisi, per individuare le configurazioni più problematiche. Una volta individuati i casi più critici si potrebbe, in una eventuale fase successiva di valutazione, analizzare tramite simulazioni di volo o test sul velivolo reale, se effettivamente le condizioni rilevate come critiche presentano problemi reali oppure se i criteri così definiti sono eccessivamente cautelativi.
102 4.3 Modello al suolo
Nel secondo capitolo è stato definito il modello a due gradi di libertà per il quale sono state esaminate le caratteristiche di stabilità.
Il sistema è stato modellato come un biciclo, per il quale sono state definite le derivate di stabilità e comando che determinano il comportamento del sistema. Si sono prese in considerazione le sole forze scambiate col suolo dai pneumatici e le forze aerodinamiche. Questo ha consentito una prima analisi di stabilità in anello aperto. Gli elementi che determinano qualitativamente e quantitativamente le caratteristiche di handling del velivolo a terra in anello aperto sono risultati la velocità di avanzamento ed il coefficiente di stabilità, strettamente legato alla velocità di avanzamento.
Preso come riferimento l' M-346, è stato constatato come, in assenza degli effetti aerodinamici, esistono delle condizioni di instabilità, nel caso di baricentro arretrato, massa elevata e velocità di avanzamento sostenute.
Introdotti gli effetti aerodinamici questa instabilità scompare e si può concludere che il comportamento a terra del velivolo è sempre stabile.
È stato poi introdotto un modello semplificato ma rappresentativo del flight control system presente sul velivolo per poterne valutare l’impatto.
4.4 Risultati
Nel terzo capitolo sono stati ripresi i concetti di stabilità ed analisi offline individuati nel precedenti capitoli e, dopo aver richiamato i modelli da analizzare, sono state derivate le rispettive caratteristiche rispetto ai criteri proposti.
Dal comportamento dell’angolo di heading nella variabile temporale, si nota come, in presenza di forze aerodinamiche, non ci siano condizioni instabili nell’intervallo di velocità considerato. Le forze aerodinamiche, per questa tipologia di velivolo, hanno un effetto stabilizzante sulla dinamica del sistema.
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Le risposte a regime nel modello con effetti aerodinamici e sistema FCS hanno identificato un intervallo di velocità intorno alla velocità critica per le quali il comportamento suggerisce una eventuale verifica al simulatore.
Successivamente sono stati applicati i criteri di analisi offline definiti nel primo capitolo al modello corredato di Flight Control System.
Sono state quindi valutate la sensibilità al comando di pedale, il ritardo nella traiettoria, le pulsazione caratteristiche della risposta (banda passante e crossover) e la risposta sul piano Nichols-Gibson.
L'M-346 è Steer-By-Wire ed il PIO è potenzialmente uno degli aspetti più insidiosi tipico dei sistemi Fly-By-Wire, ma le metriche relative a tale aspetto, in questo caso, non hanno rivelato criticità.
Data l’assenza di prove specifiche per definire i livelli relativi ai criteri fin qui analizzati, trarre delle conclusioni definitive risulta difficoltoso, ma è stato possibile giudicare come valida l’analogia tra criteri longitudinali ed a terra, anche se solo da un punto di vista qualitativo.
Per ogni criterio applicato attraverso l’analogia vista inizialmente, i risultati ottenuti indicano che l’M-346 ha un comportamento a terra soddisfacente. Questa conclusione, seppur basata su concetti qualitativi e non su specifici test, sembrerebbe confermata dalle osservazioni dei piloti che, ad oggi, non hanno mai riscontrato deficienze sul ground handling.
4.5 Possibili sviluppi
Il presente lavoro andrebbe completato determinando i valori esatti per le curve che definiscono i livelli per le ground handling qualities. Pertanto un primo obiettivo successivo a questo lavoro potrebbe essere l’esecuzione di una serie di test mirati a determinare i rating dei piloti per definire con precisione le curve ottimali per le ground handling qualities. Il modello a due gradi di libertà è risultato soddisfacente dal punto di vista della stabilità, quindi non richiede interventi correttivi, ma un possibile sviluppo potrebbe interessare proprio la rappresentazione del sistema.
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Un confronto del modello a due gradi di libertà con il modello di simulazione più dettagliato e disponibile in azienda, è un'altra possibile attività, al fine di convalidare la rappresentatività del modello semplificato.
Il modello semplificato potrebbe inoltre essere raffinato con l’aggiunta dell’effetto d’attrito, mentre un altro aspetto interessante potrebbe essere quello legato all’effetto delle caratteristiche dei pneumatici, quali la pressione o le dimensioni. In particolare potrebbe essere interessante analizzare il comportamento in caso di un guasto ai pneumatici, quali ad esempio una perdita di pressione oppure uno scoppio vero e proprio.
Qualora un sistema rappresentato in modo più completo, non fosse in grado di soddisfare i criteri sulla manovrabilità, potrebbe essere sfruttato l’FCS, dove necessario, per migliorare il ground handling.
Un primo approccio, potrebbe essere l’introduzione di uno o più filtri in ciclo aperto, tentando quindi di modificare la dinamica del sistema senza agire in retroazione.
In un secondo tempo si potrebbe estendere il progetto sfruttando la retroazione. Infine, potrebbe essere valutata anche la possibilità di modificare le leggi di controllo, integrando lo Steering con l’FCS.
