Stability and Control Analysis of a Hypersonic Re-entry Vehicle

In questa tesi si analizza la stabilità e il controllo di HORUS2B, un velivolo alato per rientro ipersonico, lungo una traiettoria nominale ricostruita tramite digitalizzazione di dati di riferimento. Il sistema non lineare viene linearizzato e studiato come sequenza di modelli LTI; l’equilibrio in beccheggio è garantito mediante una legge di trim che impiega il body-flap e, in saturazione, l’elevon simmetrico. L’analisi in open-loop degli autovalori/autovettori evidenzia l’evoluzione dei modi caratteristici (short period, phugoid, oscillazione laterale, modi aperiodici) e mostra buona coerenza qualitativa e quantitativa con i risultati classici di riferimento. Le approssimazioni letterali vengono impiegate per interpretare le dipendenze parametriche; in particolare, lo short period è catturato con accuratezza anche assumendo nulli i coefficienti di smorzamento, il che consente di stimare le derivate aerodinamiche di smorzamento a partire dallo smorzamento modale. Per la stabilità latero-direzionale si applica il diagramma Bihrle–Weissman calcolando la stabilità latero-direzionale dinamica e l’LCDP. I risultati mostrano instabilità laterale e quindi l'attuazione di RCS per raggiungere e completare le manovre desiderate. Nella parte finale viene progettato un controllore LQR, schedulato lungo la traiettoria, per stabilizzare i modi critici e migliorare la coordinazione latero-direzionale, con accento su robustezza rispetto a incertezze di digitalizzazione e variazioni aerodinamiche.