Capitolo 7

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Capitolo 7 – Conclusioni e sviluppi futuri

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Capitolo 7

Conclusioni e sviluppi futuri

Nel presente lavoro è stato sviluppato un modello per la simulazione della dinamica del sistema di attuazione delle superfici di controllo primarie di velivoli Fly-by-Wire, con particolare riferimento al sistema di attuazione di alettoni e rudder del velivolo M346.

Nella parte iniziale dello studio è stato sviluppato un modello teorico della dinamica di un martinetto a doppia unità idraulica, non simmetrico, comandato da una servovalvola ad azionamento diretto DDV, in condizioni di funzionamento “normal operation”. Particolare attenzione è stata posta alla determinazione ed alla modellizzazione delle principali non linearità caratteristiche del funzionamento, quali la comprimibilità del fluido idraulico, i giochi nelle cerniere, la flessibilità dei vincoli, gli attriti fra gli organi mobili, i trafilamenti di portata fra le camere del martinetto, le perdite di carico nei condotti di collegamento fra la DDV ed il martinetto.

A causa della scarsità di informazioni sulla geometria di dettaglio della DDV e sui materiali con cui è realizzato il LFM, non essendo la determinazione di un modello accurato della dinamica della servovalvola obiettivo del lavoro di tesi, il comportamento dinamico della DDV in ciclo aperto è stato caratterizzato mediante un sistema lineare del secondo ordine, la cui funzione di trasferimento è stata estrapolata dalla risposta in frequenza sperimentale in ciclo chiuso fornita dal costruttore. Il procedimento utilizzato per tale scopo ha richiesto dapprima la determinazione della risposta in frequenza della DDV in ciclo aperto; i poli della funzione di trasferimento approssimante sono stati stimati, quindi, mediante interpolazione polinomiale ai minimi quadrati. Il tracciamento del diagramma di Bode della funzione di trasferimento così ottenuta ha evidenziato una buona sovrapposizione alla risposta in frequenza sperimentale della DDV in ciclo aperto, dimostrando l’adeguatezza di un sistema del secondo ordine a riprodurre, anche se

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98 in maniera semplificata, il comportamento dinamico della servovalvola oggetto di studio.

Il modello teorico è stato poi implementato in Matlab/Simulink®. Le prove di simulazione hanno evidenziato la necessità di passi di simulazione estremamente ridotti per riprodurre le dinamiche di alta frequenza associate al modello dell’attrito e della flessibilità dei vincoli.

Per la determinazione della risposta in frequenza non lineare è stato necessario mettere a punto un’adeguata procedura, che permettesse di costruire il diagramma di Bode determinando, in corrispondenza della frequenza fondamentale (pulsazione della sinusoide di eccitazione), ampiezza e fase della prima armonica dell’output di ogni simulazione, effettuata dando in input sinusoidi con pulsazione diversa ed ampiezza e fase costanti.

Il modello dell’attuatore è stato poi validato confrontando i risultati della simulazione con le risposte in frequenza sperimentali ottenute dal costruttore per diverse unità. In questa fase si è osservata una forte dispersione dei dati sperimentali in corrispondenza della banda passante e del picco di risonanza. Tale dispersione, tipica delle unità prototipali, è stata associata rispettivamente ad incertezze ancora elevate sulle tolleranze di lavorazione ed a modificazioni della temperatura, il cui impatto sul bulk modulus del fluido si ripercuote sulla rigidezza equivalente dell’attuatore.

L’attività di validazione ha evidenziato una buona capacità del modello di riprodurre il comportamento dinamico del sistema reale, identificando in maniera soddisfacente il valore della banda passante e riproducendo correttamente il picco di risonanza servoelastica. Per frequenze elevate si registrano alcune discrepanze fra la risposta del modello e quella sperimentale, imputabili alle approssimazioni introdotte nella modellizzazione di alcune nonlinearità caratteristiche del sistema. In particolare si è evidenziata una notevole sensibilità della risposta dinamica, soprattutto ad alte frequenze, a variazioni imposte ai poli della funzione di trasferimento della DDV e, conseguentemente, la necessità di una caratterizzazione di dettaglio della dinamica della servovalvola, dalla quale non si può prescindere per la realizzazione di un modello estremamente accurato del sistema di attuazione. Le analisi di sensibilità effettuate, mostrano, inoltre, come variazioni del coefficiente di trafilamento adimensionalizzato comportino evidenti modificazioni

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99 della risposta dinamica dell’attuatore, indicando la necessità di introdurre un modello dei trafilamenti più accurato.

Sebbene gli elevati tempi di calcolo suggeriscano l’inadeguatezza del modello per eventuali applicazioni real-time, è opportuno sottolineare che il lavoro svolto è stato portato avanti con l’obiettivo di sviluppare un modello capace di riprodurre le principali non linearità caratteristiche del sistema di attuazione oggetto di studio, e di fornire, con sufficiente accuratezza, l’effetto di eventuali modifiche ambientali e di design sul comportamento dinamico dell’attuatore. A tal proposito, l’estrapolazione di un modello semplificato e real-time, a partire da quello sviluppato, potrebbe essere utilizzato in fase di ottimizzazione delle tecniche di individuazione dei guasti del FCC durante simulazioni HIL (Hardware In the

Loop).

Oltre all’introduzione dell’attrito nelle cerniere di collegamento del martinetto ed alla caratterizzazione di dettaglio della dinamica della DDV, comprensiva degli effetti non lineari legati alla forza magnetica generata dal Linear Force Motor ed alle forze d’attrito e di flusso agenti sullo spool della valvola, possibili sviluppi futuri del modello potrebbero interessare in primo luogo un modello dei trafilamenti laminari della portata di fluido idraulico attraverso le luci della servovalvola, permettendo una più idonea rappresentazione dell’efflusso per piccoli spostamenti dello spool. Inoltre, l’elasticità delle guarnizioni presenti nel martinetto, suggerisce l’implementazione di modelli più sofisticati dell’attrito, capaci di riprodurre in modo più realistico, rispetto al modello di Stribeck, i fenomeni di stick-slip tipici dell’attrito fra gli organi mobili dell’attuatore.