dell’intero sistema dei comandi di volo di un moderno velivolo Fly-By-Wire (FBW).

Introduzione

Introduzione

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito delle attività di ricerca in corso presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università di Pisa (DIA) finalizzate alla realizzazione di simulazioni “Real-Time/Hardware-in-the-loop”

dell’intero sistema dei comandi di volo di un moderno velivolo Fly-By-Wire (FBW).

Nei moderni sistemi di controllo di volo FBW, la regolazione di potenza idraulica per gli attuatori primari è spesso realizzata mediante servovalvole proporzionali ad azionamento diretto (Direct Drive Valve, DDV), dotate di motore elettrico lineare a magneti permanenti (Linear Force Motor, LFM) a molteplice ridondanza. Per questo tipo di applicazione, la tecnologia DDV si è rivelata più conveniente delle altre (ad esempio le servovalvole a flapper- nozzle), dato che essa consente di ridurre considerevolmente il numero di

componenti del sistema e di implementare in modo indipendente le ridondanze elettriche da quelle idrauliche.

Nel presente lavoro si è fatto riferimento al sistema dei comandi di volo FBW di un moderno velivolo militare da addestramento, dotato di duplice ridondanza idraulica e quadruplice ridondanza elettrica. La rilevazione delle possibili avarie ai componenti elettrici del sistema viene effettuata mediante il confronto fra i segnali delle quattro linee (Cross-Lane Monitoring), per cui la funzionalità del sistema è garantita anche nel caso in cui si verifichino guasti successivi a due esemplari di uno stesso elemento elettrico (sistema 2-Fail Operative).

Gli obiettivi principali della presente tesi sono da un lato la caratterizzazione sperimentale della dinamica di una servovalvola DDV, dall’altro lo sviluppo di modelli della dinamica della servovalvola stessa, con particolare attenzione alla descrizione del comportamento di quest’ultima in presenza di avarie elettriche di diverso tipo.

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Nella prima parte del lavoro, è stato studiato il funzionamento del LFM a quadruplice ridondanza, giungendo ad una schematizzazione dell’andamento dei flussi magnetici interni mediante il circuito magnetico equivalente, in seguito è stato sviluppato in ambiente Matlab/Simulink

un modello della dinamica dell’intera servovalvola per le condizioni operative normali (nessuna avaria). La necessità di ottimizzare le prestazioni del modello, anche in previsione della realizzazione di simulazioni “Real-Time”, ha condotto all’implementazione di parte del codice di simulazione in linguaggio C++ ed alla successiva generazione di una S-Function eseguibile in ambiente Simulink

.

Lo studio della dinamica della servovalvola DDV in presenza di avarie elettriche è stato oggetto di una fase successiva del lavoro, nella quale sono state analizzate due possibili tipologie di guasto ai circuiti di alimentazione delle bobine: il circuito aperto ed il cortocircuito. Il modello di simulazione della DDV precedentemente sviluppato è stato opportunamente modificato in modo da essere eseguito come “macchina a stati”, usufruendo delle potenzialità del toolbox Stateflow di Matlab/Simulink

. L’uso delle logiche Stateflow, basate sull’utilizzo della teoria finite state machine (FSM) per la rappresentazione di sistemi multistadio, consente da un lato un’agevole implementazione del generico processo decisionale e dall’altro una notevole riduzione delle risorse di calcolo.

Nella seconda parte del lavoro è stata ottenuta la caratterizzazione sperimentale della dinamica di una servovalvola DDV, effettuando una campagna di test al banco prova attuatori dei laboratori DIA. Il comportamento dinamico della DDV è stato caratterizzato in corrispondenza di diverse condizioni operative (normali o in presenza di avarie di circuito aperto o di cortocircuito sulle bobine).

I dati sperimentali ottenuti, assieme ad informazioni fornite dal costruttore, sono stati successivamente utilizzati come database per la messa a punto dei dati in ingresso al modello e per la convalidazione dei risultati di simulazione dello

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stesso. Va osservato che, non avendo avuto a disposizione informazioni dettagliate sulla configurazione geometrica interna del LFM in esame, essa è stata ipotizzata simile a quella del LFM di una servovalvola DDV di impiego industriale. Infine, per quanto concerne le caratteristiche magnetiche dei materiali, esse sono state desunte da informazioni bibliografiche.

Nell’ultima parte del lavoro, è stato effettuato uno studio sull’effetto delle due avarie studiate nella risposta della servovalvola, mettendo in evidenza la variazione del comportamento dinamico sia a regime che nel transitorio di funzionamento. Questo studio ha consentito di elaborare una possibile logica di compensazione delle avarie stesse da implementare all’interno del sistema di controllo della servovalvola, in modo che l’eventuale guasto non alteri la risposta dinamica dell’attuatore.

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