NUCLEO DI COMPETENZE
• Modellistica di Velivoli ad ala Fissa e Rotante
• Modellistica di Palloni Stratosferici e velivoli LTA
• Metodi e Criteri di Analisi delle Prestazioni ed Handling Qualities
• Analisi di Robustezza alle Incertezze
• Ottimizzazione di Traiettorie e Missioni
• Tecniche per l’identificazione da dati di volo di modelli di velivoli ad ala Fissa e Rotante
CAPACITA' APPLICATIVE
La Meccanica del Volo riguarda la messa a punto di strumenti software e di tecniche avanzate per la modellistica e la simulazione del volo (sia aumentato che non), per l’analisi e l’ottimizzazione di prestazioni, stabilità e controllabilità e per l’ottimizzazione di traiettorie e di missioni, sia in ambito spaziale che aeronautico.
In particolare le capacità applicative in tale ambito riguardano:
1. Lo sviluppo e la messa a punto di ambienti virtuali per la modellistica e simulazione della dinamica dei veicoli aerospaziali utilizzando al massimo le potenzialità offerte dalle moderne tecniche di modellistica Component Oriented.
2. Le tecniche ed i relativi tool per l’analisi di robustezza al variare delle incertezze di velivoli aerospaziali sia a ciclo aperto (analisi di prestazioni e meccanica del volo) che a ciclo chiuso (clearance delle leggi di controllo del volo).
3. Le tecniche ed i relativi tool per l’ottimizzazione parametrica non lineare al fine di supportare il progetto di missioni e definire traiettorie di volo con specifico riferimento a velivoli spaziali rientranti.
4. Le metodiche ed i relativi tools per la stima, a partire da dati raccolti in volo, dei parametri che descrivono il comportamento dinamico di un veicolo aerospaziale.
I settori di applicazione riguardano velivoli pilotati e non pilotati, in ambito sia aeronautico che spaziale (con particolare riferimento al rientro in atmosfera ed al volo ipersonico) per configurazioni ad ala fissa e rotante.
ESPERIENZE MATURATE
• A partire dal 1996, per mezzo di progetti sia nazionali che internazionali sono state acquisite diverse esperienza nella modellistica di un corpo rigido per la simulazione della dinamica del volo di un velivolo in atmosfera. I modelli sviluppati descrivono le dinamiche del volo di diverse categorie di velivoli: business jet, general aviation, ultraleggeri e mini UAV. Questi modelli sono in grado di simulare tutte le fasi di volo, comprese le fasi di rullaggio, decollo e atterraggio. Inoltre sono stati sviluppati i modelli dei sistemi di attuazione a comandi diretti sia rigidi che elastici, dei sistemi di attuazione fly by wire e dei sistemi di navigazione.
• Nell’ambito del progetto USV, a partire dal 2003, sono state inoltre maturate esperienze nella modellistica e simulazione della dinamica di un velivolo rientrante in atmosfera. Questi modelli sono in grado di simulare le diverse fasi di volo tipiche di un rientro atmosferico, dal de-orbiting fino allo splashdown (compresa l’eventuale fase paracadutata). Inoltre sono stati sviluppati i modelli dei sistemi di attuazione, del sistema di navigazione così come dell’ambiente esterno in cui si svolge il volo di rientro (atmosfera, venti, gravità, ecc.).
• A partire dal 2006, nell’ambito di progetti nazionali sono state maturate esperienze nella modellistica di Palloni Stratosferici e velivoli LTA. Questi modelli sono in grado di predire la traiettoria di volo (orizzontale e verticale) di tali veicoli nonché il loro comportamento termico.
• Sempre relativamente alla tematica della modellistica, in risposta alle esigenze che scaturiscono dalle caratteristiche dei moderni sistemi aerospaziali, sempre più leggeri e flessibili, è stato sviluppato un processo innovativo volto ad integrare i modelli tradizionali di meccanica del volo con i modelli aeroelastici (aeroelastic models). Il risultato del processo è un modello integrato che permette di valutare gli effetti, trascurati nei modelli tradizionali, della mutua interazione del moto rigido con le dinamiche elastiche. Il processo risulta utile principalmente allo sviluppo di applicazioni in ambito GN&C, come ad esempio la sintesi di Sistemi di Controllo Attivo dei carichi.
• Nell’ambito di progetti internazionali di ricerca finanziati dalla Comunità Europea e, successivamente, nell’ambito di collaborazioni con diverse aziende aerospaziali nazionali, sono stati sviluppati dei tools software per l’analisi delle qualità del volo di tutte le categorie di velivolo. Le qualità del volo considerate sono basate sia sulle normative Mil, Jar e Far che sulle esperienze pregresse delle aziende del settore aeronautico.
• Progetti internazionali (NEAT) e nazionali (PRORA) hanno consentito di sviluppare numerosi tool sia per l’ottimizzazione di missione e di traiettoria (PARIDE), sia per l’analisi con metodi deterministici e probabilistici delle proprietà di meccanica del volo di velivoli soggetti ad incertezze. I tool di analisi sviluppati (ROBAN, PARAN, PROBAN, MONAS, VERTICAL) sono in grado di operare analisi di tipo progettuale (fissata la proprietà o il requisito di interesse, forniscono i range di incertezza ammissibili) ovvero analisi di verifica (fissata la proprietà e le incertezze parametriche si verifica se il requisito è soddisfatto al variare delle incertezze ovvero si identifica il range di incertezze che assicura il soddisfacimento dei requisiti).
• Grazie a numerosi programmi nazionali sia in ambito aeronautico che spaziale sono maturate diverse esperienze nell’identificazione delle caratteristiche del velivolo, del sistema di propulsione e dell’interazione tra il velivolo e la pista (effetto suolo e coefficienti di attrito) utilizzando dati sperimentali acquisiti in volo.
Progetti di riferimento
• NEAT – New Techniques for Clearance of Flight Control Laws
• GAFACS - Advanced Autopilot for General Aviation
• SCAV – Simulation Models for Failure Injection
• ADFCS I & II - Control Oriented Synthetic Environment for Business Jets
• ATOL – Detailed Simulation Model of Aircraft Landing Gear and Taxing
• ASYQ – Sky-Car Aircraft Functional Simulator
• HAPD – Control Oriented Simulation Model of a Flexible Aircraft
• USV-DTFT - Advanced Robustness Analysis and Tools for Re-Entry Applications
• USV-DTFT – Detailed Simulation Model of Supersonic Vehicles for Re-Entry - Applications
• USV-DTFT – Stratospheric Balloon Simulation Model and On-Line Navigation
• Z-SFERA – LTA vehicles modelling and simulation
• P1XX FFS – Functional Flight Simulator of P1XX Fly-by-Wire FCS
• FAST20xx – GNC Clearance for Future High Altitude A/C
• JTI TE – Aeronautical vehicles (fixed and rotary wing) performance assessment
• ALICIA – All Weather Autolanding Simulation Models
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