Modellazione matematica ed analisi delle performance di un attuatore idraulico idrosostentato = Mathematical modelling and performance analysis of a hydrostatic actuator

Lo scopo della tesi è stato quello di effettuare la modellazione matematica di un attuatore idraulico idrosostentato. Nello specifico, tale attuatore è un componente facente parte di un banco prova per MRA (main rotor actuator) e TRA (tail rotor actuator), cioè degli attuatori idraulici che, montati su elicotteri, hanno lo scopo di variare la posizione angolare delle pale del rotore principale e del rotore di coda. Il banco prova di cui fa parte l’attuatore oggetto di questa tesi è stato progettato per effettuare dei test di qualifica sugli attuatori di volo sopracitati, andando a verificare le performance del servosistema idraulico che essi costituiscono in termini di sovraelongazione, tempo di risposta, errore a regime, larghezza di banda e rigidezza. I test che possono essere effettuati tramite tali banchi sono di temperature variation ed endurance; tramite il primo tipo di test si vanno a verificare le capacità degli attuatori di volo a fronte di variazioni di temperatura molto repentine, cioè si passa, in tempi molto brevi, da temperature dell’ambiente di lavoro molto inferiori allo zero a temperature intorno ai duecento gradi centigradi; invece, con i test di endurance si vanno a svolgere un numero di cicli di lavoro tali da simulare la vita del componente stesso. Tramite i suddetti test, si va a verificare che il componente sia in grado di resistere alle condizioni di lavoro simulate tramite il banco e che quindi possa essere prodotto e venduto al cliente. Invece, qualora il componente non sia in grado di resistere a tali test, sarà necessario rivedere le caratteristiche di progetto dell’attuatore di volo ed effettuare nuovamente i test. L’attuatore idraulico di cui si è effettuata la modellazione matematica, cioè l’oggetto di tale tesi, ha lo scopo di simulare l’azione delle forze aerodinamiche che viene scaricata sull’attuatore di volo, per tale ragione viene anche più comunemente chiamato attuatore di carico. Si tratta di un attuatore idraulico a doppio effetto con stelo passante, dotato di idrosostentamenti per eliminare l’attrito e costituito da dei drenaggi per rallentarne l’avanzamento nel momento in cui lo stantuffo raggiunga una posizione vicina al finecorsa, andando ad evitare danneggiamenti. Per effettuare una corretta modellazione dell’attuatore, sono stati analizzati due servosistemi: un servosistema in cui l’attuatore veniva controllato in forza, dove, grazie ad una barra fissa, se ne impediva il movimento, quindi si eliminava la presenza del disturbo di velocità, ed un servosistema controllo posizione nel quale l’attuatore era libero di muoversi senza alcun disturbo in forza. Il tipo di modellazione portata avanti è stata una modellazione di carattere non lineare, sviluppata con l’ausilio dell’ambiente di lavoro Matlab/Simulink, all’interno del quale sono state portate a termine tutte le fasi di ottimizzazione e validazione del modello, andando a raffrontarne i risultati con quelli sperimentali, acquisiti direttamente sul banco prova. Nel momento in cui l’errore tra le prove sperimentali ed i risultati del modello è stato pressoché nullo, allora si è conclusa la fase di validazione ed il modello è stato dichiarato efficacie a simulare le prestazioni reali dell’attuatore.