Thermal modeling of Aerospace Electro Mechanical Actuators for prognostic applications.

I concetti di More Electric Aircraft (EMA) e All Electric Aircraft (AEA) consistono nell'eliminazione di tutto l'uso a bordo di energia idraulica, meccanica e pneumatica. Questo approccio promette di ridurre il peso totale (i sistemi elettrici sono generalmente molto più leggeri rispetto, ad esempio, all'idraulica a causa della mancanza di fluido idraulico), complessità, consumo di carburante, costi operativi e impatto ambientale del segmento del trasporto aereo. Per raggiungere questo scopo, è necessario sostituire o riprogettare quei sistemi che si basano attualmente sui suddetti tipi di alimentazione. Con questo in mente, gli EMA sono una delle migliori soluzioni per il funzionamento dei controlli di volo primario e secondario, nonostante fino ad ora siano stati principalmente utilizzati per quest'ultimo, e altre utilità come la retrazione del carrello di atterraggio, l'apertura del bagagliaio, ecc.). Fondamentalmente, consistono in un motore elettrico Brushless DC con elettronica di potenza, accoppiato a una linea di trasmissione meccanica collegata alla superficie prescritta. Nonostante i vantaggi, come già detto, gli EMA sono principalmente utilizzati per operare controlli di volo secondari, a causa dei minori requisiti di affidabilità e di una certa riluttanza dei produttori di aeromobili a utilizzare una tecnologia relativamente "recente": le loro modalità di guasto non sono ancora del tutto note e più elevate l'affidabilità necessaria per il controllo di volo primario impedisce la loro piena attuazione. Per colmare il divario con il sistema di attuazione più utilizzato, è possibile utilizzare un approccio prognostico basato su modello per rilevare i guasti incipienti dell'EMA al fine di migliorare la sicurezza e stimare la vita utile residua (RUL). In questo lavoro, viene proposta l'implementazione di un modello termico a parametri concentrati di un motore BLDC nel modello dinamico ad alto dettaglio di un attuatore elettromeccanico. Il modello è sviluppato in MathWorks Simulink / Simscape - ambiente MATLAB e validato tramite analisi termica del metodo agli elementi finiti (transitorio e stazionario) in ambiente NASTRAN di Autodesk Inventor. Infine, il modello viene testato sotto una serie di diversi input di comando accoppiati con diverse condizioni di carico e di guasto per studiare l'uso di segnali di uscita diversi per future attività prognostiche.