Studio e sperimentazione di un sistema di controllo per sistemi di terminazione del volo

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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale Studio e sperimentazione di un sistema di controllo per sistemi di terminazione del volo Tesi di Massimo Addis

2 STATO DELL ARTE Esistono attualmente sistemi di emergenza per aumentare il fattore di sicurezza basati su di un paracadute balistico tondo Vantaggi del sistema limitata velocità di impatto; facilmente integrabile nel velivolo basso costo d impianto Svantaggi del sistema utilizzo di paracadute tondi non pilotabili. il velivolo può talvolta rimane irreversibilmente danneggiato Necessità di sperimentare un sistema con un maggiore grado di guidabilità Balistic Recovery Sistem (B.R.S.)

3 STRUTTURA DEL PROGETTO FLIGHT TERMINATION SISTEM (F.T.S.) con paracadute ad ala per atterraggi di precisione Studio dell accoppiamento paracadute-aeroplano (Tesi dell Ing. Massimiliano Ruffo) Sistema di Controllo (Tesi dell Ing. Giovanni Arlotti) software Controllore fuzzy Ottimizzazione e sperimentazione del sistema di controllo accoppiato al paracadute-aeroplano

4 LA SPERIMENTAZIONE I SESSIONE DI PROVE Obiettivo: verificare l efficienza e la stabilità del sistema modello II SESSIONE DI PROVE prove Verificare pilotabilità con radiocomando III SESSIONE DI PROVE Verificare pilotabilità con sistema di guida modifiche PROPOSTA RELATIVA ALL INTRODUZIONE DI ULTERIORI SENSORI DI POSIZIONE

5 REALIZZAZIONE DEL MODELLO: LA ZAVORRA La tesi dell Ing. Massimiliano Ruffo ha dimostrato che il sistema paracadute - velivolo risulta stabile solo se la portanza delle ali è nulla; per raggiungere tale obiettivo furono utilizzati i diruttori alari. L aeroplano cessa di essere tale Utilizzo di una zavorra in luogo del modello in scala dell aeroplano. La zavorra, ottenuta da contenitori cilindrici in PVC, presenta le seguenti caratteristiche: peso pari a 1220 g ingombro 500 x 60mm (altezza x diametro) coppia massima dei servomotori 1920 Nmm velocità operativa servomotori 60 in 0,19 sec

6 REALIZZAZIONE DEL MODELLO: LA ZAVORRA (elementi funzionali) Flusso dati da satellite Antenna GPS Servo sinistro GPS Trasmettitore dati GPS Ricevitore radiocomando Antenna trasmettitore Servo destro Flusso dati per unità di controllo Antenna ricevitore Input da radiocomando Scheda interfaccia RC-PC Ricevitore dati GPS Radiocomando PC

7 SPERIMENTAZIONE: I SESSIONE DI PROVE Metodo utilizzato nella sperimentazione: B.A.S.E. (Buildings, Antennas, Span, Earth) test. Il modello è in volo libero lanciato da un viadotto. OBIETTIVI verificare la stabilità; verificare l efficienza (velocità orizzontale/velocita verticale); determinare carico alare ottimale; verificare durata transitorio iniziale; eliminare fenomeni di vite. RISULTATI

8 SPERIMENTAZIONE: I SESSIONE DI PROVE Modifiche durante la I sessione di prove Le modifiche apportate al modello di zavorra durante la fase sperimentale riguardano: abbassamento del centro di massa; riduzione della campanatura; la geometria delle funi portanti; la posizione e la struttura dei punti di ancoraggio. RISULTATI Elevato grado di stabilità, con solo lievi penzolamenti a fine transitorio Grado di efficienza = 1 Carico alare ottimale 23 N/m 2 Durata transitorio variabile con il vento Nessuna tendenza all avvitamento

9 SPERIMENTAZIONE: II SESSIONE DI PROVE Sperimentazione mediante controllo manuale per mezzo del radiocomando OBIETTIVI ottimizzazione della controllabilità del modello; ottimizzazione della prontezza del modello; ottimizzazione precisione d atterraggio; verifica ed ottimizzazione dell efficienza. verifica assenza di fenomeni di avvitamento e stallo.

10 SPERIMENTAZIONE: II SESSIONE DI PROVE Miglioramenti introdotti per il controllo del paracadute Controllo tramite funi laterali dà scarsa controllabilità al sistema Necessità di aumentare la controllabilità del sistema Virata con freno Introduzione dei freni RISULTATI: Elevata manovrabilità e prontezza di risposta ai comandi; efficienza=1,1-1,2; rari fenomeni di avvitamento solo in corrispondenza di comandi bruschi Sistema di controllo ottimo mediante frenatura

11 SPERIMENTAZIONE: MODIFICHE AL CONTROLLORE FUZZY Dominio di movimento dei servomotori Originale Ing. Arlotti dopo le modifiche Traiettoria di volo pre-modifiche Traiettoria di volo post-modifiche

12 SPERIMENTAZIONE: PROVE IN LABORATORIO DEL CONTROLLORE FUZZY Le prove in laboratorio sulla simulazione del volo tramite blocco fuzzy hanno dimostrato: continuità di movimento dei servomotori; adeguata risposta agli input di quota, distanza e angolo; legame lineare tra input ed output; buona trasmissione dati dal radiocomando; funzionamento sistema GPS; Pannello di controllo dei servomotori

13 SPERIMENTAZIONE: III SESSIONE DI PROVE Controllo automatico GPS Fuzzy Il sistema di controllo non assolve in maniera ottimale alla sua funzione a causa del malfunzionamento del GPS; questo dipende da diversi fattori; angolo di vista dei satelliti ristretto; i segnali del satellite sono disturbati dalla presenza del ponte; sono possibili riflessioni del segnale. Questo fattori determinano: elevata imprecisione di posizione; perdita frequente del segnale; frequenza di aggiornamento scarsa dati. Da Tesi di Laurea svolte presso Facoltà di Forlì emerge che dall 11 Settembre il segnale inviato dai satelliti è progressivamente deteriorato; provocando un malfunzionamento dei sistemi GPS.

14 POTENZIALI SVILUPPI DEL SISTEMA DI CONTROLLO Aumentare il numero dei sensori: piattaforma Inerziale; GPS; altimetro ultrasonico. Hardware e software per gestione informazioni Costo complessivo della strumentazione 2500 $

15 CONCLUSIONI Modello: -elevata manovrabilità; -elevata prontezza e precisione. Hardware: Non idoneo all applicazione, il GPS in alcune condizioni non funziona e ha una frequenza di aggiornamento troppo bassa Software : - aquisizione dati - elaborazione dati - input fuzzy E stato sperimentato solamente in laboratorio con risultati soddisfacenti Controllore FUZZY: Sperimentato in laboratorio in modo soddisfacente

16 Modifiche strutturali apportate durante la II sessione di prove MODIFICHE BENEFICI Variazione geometria funi Maggiore stabilità Variazione campanatura Variazione angolo di incidenza Introduzione freni Maggiore efficienza Maggiore manovrabilità

17 REALIZZAZIONE DEL MODELLO: IL PARACADUTE AD ALA Il paracadute è ottenuto da successive modifiche apportate ad un modello di aquilone da skysurf; in particolare: variazione della geometria delle corde; aggiunta delle funi dei freni ; variazione della campanatura. Freni Funi portanti Caratteristiche dimensionali del paracadute: apertura alare 1.82 m superficie alare 0.7m 2 carico alare 2,3 Kg/m 2 materiale vela: poliestere materiale funi: dyneema (polietilene a fibra lunga)

18 LA SPERIMENTAZIONE I SESSIONE DI PROVE Nuovo modello Nuovo paracadute II SESSIONE DI PROVE Modifiche al modello Modifiche al fuzzy III SESSIONE DI PROVE PROPOSTA RELATIVA ALL INTRODUZIONE DI ULTERIORI SENSORI DI POSIZIONE