Introduzione
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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 un banco di simulazione “Real-Time/Hardware- in-the-loop” dell’intero sistema dei comandi di volo di un moderno velivolo Fly- By-Wire.
L’architettura dei moderni velivoli Fly-By-Wire prevede, in alcuni casi, che le superfici primarie di volo siano movimentate da attuatori idraulici tandem alimentati da due linee idrauliche indipendenti. La regolazione della potenza idraulica viene poi 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 elettrica.
Nel corso di precedenti attività di tesi [1, 2], è stato sviluppato un modello Matlab/Simulink per la simulazione di attuatori servoidraulici fault-tolerant per
FCS/FBW. L’obbiettivo della presente tesi è quello di sviluppare e convalidare tale modello sulla base di dati ottenuti, per un’attuatore per comandi primari di volo, mediante prove sperimentali al banco prova attuatori. Poiché la disponibilità di modelli di simulazione della dinamica di attuatori e servovalvole riveste un ruolo importante nello sviluppo e nella messa a punto dell’intero FCS/FBW, la riposta dinamica del sistema è stata caratterizzata anche in presenza di failure idrauliche, elettriche e miste.
Inizialmente è stata caratterizzata la risposta dinamica dell’attuatore reale in condizioni normali, mediante prove di risposta in frequenza e risposte temporali eseguite al banco prova attuatori del DIA, al fine di definire, mediante il confronto con le analoghe prove sul modello, le principali non linearità del sistema quali trafilamenti di servovalvola e fenomeni di attrito di stick-slip.
Introduzione
2 Durante questa analisi è stato necessario modificare il modello iniziale inserendo un blocco di simulazione della servovalvola più complesso ed un modello di simulazione degli attriti che tiene conto dei fenomeni di stick-slip.
L’introduzione del modello dettagliato di simulazione degli attriti ha permesso di comprendere l’importanza di tale fenomeno in condizioni di piccoli spostamenti e basse velocità di estrazione. I risultati hanno evidenziato una buona corrispondenza tra i risultati di simulazione sull’attuatore reale e quelli sul modello.
Una volta messo a punto il modello di simulazione, si è proceduto ad un’attività di affinamento del controllo in ciclo chiuso dell’attuatore e della servovalvola, in modo da renderli più coerenti con quelli realmente sviluppati sul velivolo al quale l’attuatore in prova è destinato. Il nuovo controllo è stato inserito sia nel modello che nel controllo hardware dell’attuatore in prova. Il confronto tra i risultati di simulazione sul modello e quelli ottenuti al banco prova, in condizioni operative normali, ha permesso di avere un’ulteriore verifica dei parametri che definiscono i trafilamenti di servovalvola ed i fenomeni di attrito.
Su tale modello sono state eseguite infine una serie di prove in presenza di avarie idrauliche, elettriche e miste in modo da valutare gli effetti sulla dinamica. I risultati ottenuti hanno permesso di evidenziare le condizioni operative più critiche per il funzionamento dell’attuatore.
