Modellazione e analisi degli effetti dell’usura in pompe a pistoni assiali per uso aeronautico = Modeling and Analysis of Wear Effects in Axial Piston Pumps for Aeronautical Applications

Oggigiorno in campo aeronautico, il crescente interesse per lo sviluppo di nuovi velivoli secondo la filosofia “More Electric Aircraft” (MEA), ha prodotto numerosi studi sulla possibilità di poter sostituire i servo-attuatori elettro-idraulici per i controlli primari di volo con attuatori elettro-idrostatici (EHA). Questa tecnologia potrebbe essere largamente impiegata sulle nuove generazioni di velivoli, di conseguenza, un efficace sistema di Prognostics and Health Management (PHM) che consente d’individuare in anticipo i guasti e stimare la vita utile residua del sistema, fornirà vantaggi significativi in termini di riduzione dei costi di manutenzione e maggiore disponibilità dell’aeromobile. Per poter applicare tale strategia sono necessari dati relativi ad attuatori operanti in condizioni non nominali, la cui disponibilità è molto limitata, ma superabile attraverso l’estrazione di dataset da simulazioni con modelli matematici. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello d’implementare una modalità di guasto sul modello high-fidelity di un attuatore elettro-idrostatico, al fine di creare algoritmi diagnostici e prognostici. In particolare, lo studio si è basato sulla modellazione e sull’analisi degli effetti dell’usura che si determina nei componenti meccanici interni alle pompe a pistoni assiali utilizzate per gli EHA. Nella seguente tesi vengono inizialmente descritti i sistemi primari di controllo volo, spiegando brevemente alcuni concetti di meccanica del volo. A seguire, è stata analizzata l’architettura degli attuatori elettro-idrostatici, mettendo in evidenza i punti di forza e gli svantaggi rispetto alle soluzioni attualmente adottate. Vengono poi introdotte le principali tecniche manutentive ponendo particolare attenzione a quella predittiva. Attraverso l’applicazione della metodologia FMEA al sistema in questione, è stata identificata la pompa come un componente critico da attenzionare, essendo considerata la più vulnerabile tra tutti gli elementi. L’implementazione di un sistema PHM su di essa potrebbe contribuire a ridurre il tasso di guasto dell’intero sistema. Quindi, a seguito della descrizione del componente, e stato prima realizzato un modello della pompa che permettesse di simulare il suo comportamento dinamico, poi modellata l’usura che interessa i corpi in moto interni alla pompa, il tutto fatto all’interno dell’ambiente di simulazione Matlab-Simulink. Questo modello, infine, è stato utilizzato per analizzare il comportamento del sistema in condizioni degradate.