Nell’architettura oggetto di studio, l’attuazione idraulica è affidata ad un attuatore

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Introduzione

Il presente lavoro si inquadra nell’attività di sviluppo di modelli per la simulazione della dinamica dei sistemi di attuazione primaria del velivolo M346, in corso di svolgimento presso la direzione tecnica (funzione “Sistema Comandi di Volo”) di Alenia Aermacchi. Esso è frutto di una collaborazione fra Alenia Aermacchi ed il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università di Pisa (DIA). Presso il DIA, infatti, sono in corso da alcuni anni attività di ricerca finalizzate allo sviluppo di modelli per la simulazione in tempo reale dell’intero Flight Control System (FCS/FBW) di un moderno velivolo Fly-By-Wire [1], nell’ambito delle quali, notevoli sforzi sono stati dedicati alla modellizzazione di sistemi di attuazione servoidraulica.

Partendo da pubblicazioni frutto delle precedenti attività di studio svolte presso il DIA e da altre trattazioni presenti in letteratura riguardo il funzionamento degli attuatori idraulici a singolo stadio, obiettivo della presente tesi è quello di sviluppare un modello per la simulazione della dinamica del sistema di attuazione delle superfici primarie di velivoli Fly-by-Wire, con particolare riferimento al sistema di attuazione di alettoni e timone verticale di coda (rudder) del velivolo M346.

Nell’architettura oggetto di studio, l’attuazione idraulica è affidata ad un attuatore

tandem. La regolazione della potenza idraulica del martinetto è ottenuta mediante

una servovalvola proporzionale Direct Drive Valve (DDV), la cui caratterizzazione

dinamica di dettaglio esula dagli scopi di questo lavoro. Il controllo in ciclo chiuso

dell’attuatore è effettuato in modo digitale mediante due loop di controllo,

rispettivamente sulla posizione del pistone e dello spool, ognuno dei quali elaborato

con una diversa frequenza di campionamento.

xiii A causa delle elevate prestazioni richieste a tale sistema si rende necessario tenere conto, nella modellazione, di molteplici aspetti che in generale sono causa di non linearità, quali la flessibilità delle strutture di attacco dell’attuatore, i giochi nelle cerniere di collegamento, la comprimibilità del fluido idraulico, gli attriti fra gli organi mobili, i trafilamenti di portata (verso l’esterno e fra le camere del dell’attuatore), le perdite di carico nei condotti di collegamento fra la DDV e l’attuatore.

Il lavoro svolto può sostanzialmente essere suddiviso in due parti. Nella prima, dopo alcune considerazioni di carattere introduttivo sui sistemi di controllo Fly-by- Wire, si descrive l’archiettura del Flight Control System e del sistema di attuazione del velivolo M346. Si presenta, quindi, il modello fisico-matematico del sistema di attuazione oggetto di studio, proponendo come punto di partenza un modello di base, caratterizzato da molteplici assunzioni semplificative. Tale modello è poi sviluppato, nel corso della trattazione, tenendo conto dei principali fenomeni non lineari caratteristici del funzionamento, con l’obiettivo di ottenere una maggiore accuratezza nella modellazione. Segue la descrizione della metodologia di estrapolazione del modello linearizzato della DDV a partire da una risposta in frequenza sperimentale fornita dal costruttore. Il modello non lineare dell’attuatore è poi implementato in ambiente Simulink

. Nella seconda parte della presente tesi, si descrive la procedura di convalidazione del modello e se ne presentano i risultati.

La convalidazione è effettuata confrontando le risposte in frequenza sperimentali

ottenute dal costruttore nel corso di prove di accettazione delle unità, con le risposte

in frequenza del modello sviluppato, ottenute simulando le medesime condizioni

operative ed ambientali. Al termine del lavoro, si propone un’analisi di sensibilità

volta allo studio degli effetti della variazione di parametri del modello sui risultati

di risposta del martinetto, scelti mediante considerazioni sul grado di incertezza

introdotto nella modellizzazione. Tale analisi evidenzia alcuni dei limiti del modello

implementato, costituendo il punto di partenza per una riflessione sui possibili

sviluppi futuri.