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Anno Accademico 2009/10
01IIBFQ
Dinamica e controllo del velivolo
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Gili Piero ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/03 42 14 0 0 7
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/03 5 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
Obiettivi dell'insegnamento
Il corso intende fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i problemi fondamentali del controllo del velivolo. Si approfondiscono quindi innanzi tutto quelle conoscenze di meccanica del volo, non ancora in possesso degli allievi, che costituiscono la base per il progetto dei principali sistemi di controllo. Dopo lo studio della risposta del velivolo al comando ed al disturbo atmosferico, vengono fornite le nozioni fondamentali relative al controllo convenzionale che impiega metodi di progetto classici, seguendo una trattazione che fa riferimento al modello linearizzato.
Competenze attese
Ci si aspetta che gli studenti imparino a progettare autopiloti semplici e sistemi automatici di aumento della stabilitÓ e che nello stesso tempo acquisiscano una conoscenza generale degli obbiettivi del progetto dei moderni sistemi di controllo del volo.
Prerequisiti
E' opportuno essere a conoscenza dei concetti fondamentali della Meccanica Applicata, dell'Aerodinamica, delle Costruzioni Aeronautiche e della Meccanica del Volo e in particolare Ŕ indispensabile aver seguito con profitto i corsi di Meccanica del Volo e Meccanica del Volo Atmosferico.
Programma
StabilitÓ statica e dinamica: caratteristiche del moto in tutte le possibili situazioni. Richiami sulle equazioni del moto vario longitudinale; caratteristiche generali dei modi longitudinali. Soluzione caratteristica della quartica di stabilitÓ; diagrammi di Argand per fugoide e corto periodo. Diagrammi di stabilitÓ e root loci. Moto vario longitudinale a comandi liberi: sistema di equazioni e soluzioni. Soluzioni semplificate del moto vario longitudinale a comandi liberi: caratteristiche dei modi. Equilibramento statico e dinamico della trasmissione di comando. La risposta alla manovra a gradino longitudinale: semplificazione del sistema di equazioni, soluzione semplificata e completa, possibili tipi di moto; considerazioni sul diagramma di manovra. Il sistema di equazioni per il moto vario latero-direzionale; caratteristiche del moto a comandi bloccati. Soluzioni semplificate per il modo di rollio ed il modo spirale. Caratteristiche del rollio olandese e relativo diagramma di Argand.
Introduzione ai concetti di risposta del velivolo in campo lineare, risposta in frequenza, funzioni di trasferimento. Richiami sulle trasformate di Laplace. Tecnica delle frazioni parziali per la determinazione della trasformata inversa di Laplace. Determinazione delle funzioni di trasferimento del velivolo e suo significato fisico per moto longitudinale e latero-direzionale. Risposta in frequenza: esempi di rappresentazione per un sistema del 1░ ordine. Effetto dei poli e degli zeri sulla rsiposta in frequenza; grado della F.T.. Equazioni del moto in atmosfera non uniforme; definizione delle componenti rotazionali delle velocitÓ del vento. Turbolenza e raffica. Raffica istantanea e raffica lineare-graduale; definizione del campo di sicurezza assoluto e regolamentare sul diagramma di raffica. Risposta del velivolo ad un disturbo random: densitÓ spettrale di potenza. Schematizzazione della raffica coi modelli di Von Karman e Dryden. Riferimenti inerziale e body; matrici di rotazione; equazioni della cinematica; strap-down equation; proprietÓ delle matrici di rotazione. Iso-opinion plot. Flight e handling qualities.
Le Mil-F 8785C; classi del velivolo; fsi di volo; livelli delle flaying qialities. Normativa specifica per la dinamica longitudinale e latero-direzionale del velivolo. Classificazione dei sistemi di controllo. Le funzioni dei sistemi di controllo. Controllore di tipo feed-back negativo. Funzione di osservazione . Polinomio caratteristico. Robustezza del sistema di controllo. Progetto di un sistema SISO di controllo; metodo root locus; reti di compensazione; posizionamento dei poli; assegnazione degli autovalori. Sistemi controllabili ed osservabili. Realizzazione pratica del controllore: schema e funzioni di trasferimento dei sottosistemi. Architettura di controllori longitudinali e latero-direzionali. Sistemi di controllo di tipo MIMO e SISO multiloop; chiusura successiva dei loop. Progetto di un sistema SAS pitch camper. Schema di un roll-yaw camper. Utilizzo del filtro di wash-out nel feed-back dei sistemi di controllo. Progetto di un CAS latero-direzionale; roll rate command system.
Laboratori e/o esercitazioni
- Determinazione delle caratteristiche del moto vario longitudinale a comandi bloccati per ul velivolo da trasporto; diagrammi di Argand. Realizzazione ed analisi di un sistema stato-spazio.
- Risposta al comando a gradino dell'equilibratore; implementazione del modello in Simulino; passaggio dal sistema di equazioni differenziali al sistema stato-spazio.
- Determinazione delle caratteristiche del moto latero-direzionale a comandi bloccati.
- Integrazione di sistemi continui stato-spazio; passaggio dal sistema continuo al sistema discreto.
- Risposta in frequenza nel piano longitudinale: calcolo analitico e diagramma di Bode.
- La risposta longitudinale alla raffica nel dominio del tempo e della frequenza.
- Soppressione della divergenza nel modo spirale attraverso le derivate nell'angolo di derapata. Analisi della demo jet-demo di Matlab (yaw camper).
- Esempi di progetto di sistemi di aumento della stabilitÓ e di sistemi automatici di controllo del volo nel dominio delle frequenze.
Bibliografia
- Appunti forniti dal docente che gli allievi possono fotocopiare.
- Amerio, Metodi matematici ed applicazioni.
- Baciotti, Teoria matematica dei controlli.
- Etkin, Dynamics of Atmospheric Flight.
- Mangiacasale, Controlli automatici del velivolo.
- McLean, Automatic flight control systems.
- Nelson, Flight stability and Automatic Control.
- Stevens, Lewis Aircraft Control and Simulation.
Controlli dell'apprendimento / ModalitÓ d'esame
La valutazione consiste in un tradizionale esame orale durante il quale verranno poste al candidato due o tre domande per le quali pu˛ essere richiesto anche lo svolgimento di brevi calcoli. La discussione delle esercitazioni contribuiscono alla valutazione finale.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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