Sviluppo di logiche di controllo per il sistema frenante di un carrello aeronautico = Development of control laws for an aircraft landing gear's braking system

Per quasi la totalità dei velivoli, il sistema frenante prevede l’utilizzo di attuatori idraulici volti alla compressione del pacco dischi su ciascuna ruota del carrello principale: ciò è dovuto all’elevato grado di affidabilità che tali attuatori riescono a garantire, in particolare grazie all’alto livello di maturità tecnologica raggiunto dall’impianto idraulico. Tuttavia, le nuove filosofie di progetto all-electric e more-electric aircraft spingono verso la generazione di un’unica forma di energia secondaria a bordo velivolo, che permetta di alimentare tutti i sistemi di bordo. Tra tutte quelle disponibili, la più versatile e che meglio si presta a soddisfare le richieste delle singole utenze è sicuramente l’energia elettrica. In quest’ottica, una delle possibili soluzioni per sostituire l’attuazione idraulica del sistema frenante è quella di utilizzare degli attuatori elettromeccanici (EMA), implementabili su larga scala nel breve termine soprattutto nei velivoli di piccole dimensioni. In linea con le nuove filosofie di progetto sopracitate, il tema del presente lavoro è quello di cercare di tradurre l’attuazione idraulica del sistema frenante di un velivolo business jet in una di natura puramente elettrica. In particolare, il gruppo di ricerca Astra del Politecnico di Torino sta lavorando insieme all’azienda Mecaer Aviation Group al progetto del suddetto freno ad attuazione elettromeccanica: allo stato attuale, sono state sviluppate due possibili configurazioni di attuatori EMA. Ricevute in input queste ultime in aggiunta all’architettura generale del sistema frenante, il mio contributo all’interno del progetto è stato quello di definire, assieme al prof. Dalla Vedova, delle opportune leggi di controllo in forza per pilotare i suddetti attuatori: in questa tesi si riportano i risultati ottenuti in merito, utilizzabili in fasi più avanzate del progetto per sviluppi futuri. Per definire le leggi di controllo in forza, sono stati utilizzati come test bench virtuali dei modelli numerici a parametri concentrati, implementati in ambiente Matlab-Simulink e ricavati mediante un approccio physical based. In particolare, in un primo momento si è sviluppato un modello numerico del motore elettrico BLDC, comune ad entrambe le soluzioni sopracitate: in seguito, questo è stato validato con test in open loop, attraverso cui è stato possibile confrontare a parità di input i risultati forniti dal modello numerico ed i dati sperimentali ricavati da un banco prova appositamente realizzato. Il modello del motore elettrico validato è stato poi integrato all’interno di un modello rappresentativo dei due servomeccanismi reali, ricavato con delle ipotesi semplificative in linea con lo stato di avanzamento del progetto. Nonostante le semplificazioni considerate, tale modello ha permesso di simulare in maniera opportuna il comportamento reale dei sistemi in esame e le loro condizioni operative: per questo motivo, è stato impiegato come banco prova virtuale per poter sviluppare le leggi di controllo in forza in maniera sicura. Le strategie di controllo ottenute su questo modello semplificato forniscono dei risultati in linea con i requisiti di progetto: possono dunque essere considerate come un valido punto di partenza, da affinare e da adattare alle singole soluzioni reali mediante l’utilizzo di modelli più dettagliati in fasi più avanzate del progetto.