DESCRIZIONE GENERALE
Il laboratorio di Guida, Navigazione & Controllo (GN&C) è collocato all’interno dell’unità Tecnologie per il Volo e Sistemi Elicotteristici (TEVE).
L’attività di ricerca del Laboratorio GN&C è volta ad incrementare il livello di autonomia nella gestione delle missioni aeronautiche e spaziali ed a migliorare l’affidabilità e la sicurezza del volo, attraverso l’integrazione a bordo delle moderne tecnologie dell’informatica, dell’automazione e del controllo.
In linea con le tendenze di sviluppo internazionali ed in accordo con il programma PRORA, il laboratorio GN&C del CIRA si propone, nello specifico, i seguenti obiettivi strategici:
• Costituire un Centro di Competenza nazionale (con valore strategico per la nazione) per lo sviluppo, prototipizzazione e validazione di tecnologie e sistemi avionici avanzati, sia di bordo che di terra, preposti all’automazione e controllo delle missioni aeronautiche e spaziali.
• Incrementare la competitività dell’industria aerospaziale nazionale introducendo una sostanziale innovazione nei processi e negli strumenti di analisi e sintesi dei sistemi di Guida Navigazione e Controllo, attualmente in uso presso le aziende di riferimento, allo scopo di ridurre costi e tempi di sviluppo ed incrementare affidabilità e sicurezza dei sistemi.
L’obiettivo finale è creare una sostanziale autonomia nazionale nello sviluppo, prototipizzazione e ingegnerizzazione dei sistemi GN&C.
TEMATICHE PRINCIPALI
Meccanica del Volo
La prima area di ricerca si identifica nel concreto nella disciplina tradizionale della “Dinamica del Volo”. In particolare, tale area 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.
Gestione della Missione e Controlli di Volo
Il laboratorio si occupa dello sviluppo e validazione di codici di calcolo per la simulazione di fenomeni di combustione, sia all’interno di razzi a propellente liquido (Lox-Hc) che in scramjet. Rispetto al caso in cui si utilizzi come miscela l’aria, nel caso della combustione i modelli chimici sono tipicamente più complessi e prevedono un maggior numero di reazioni e di specie chimiche. L’utilizzo di modelli di cinetica chimica dettagliati è fondamentale per la corretta modellizzazione dell’accensione, necessaria per la previsione delle prestazioni dei motori. Di contro modelli chimici così complessi sono troppo onerosi dal punto di vista computazionale; pertanto è necessario ricercare dei modelli ridotti, che possano comunque rappresentare bene il fenomeno dell’accensione in intervalli di temperatura e pressione definiti caso per caso.
Architetture Avioniche e Sensori
Questa area è relativa allo sviluppo di architetture innovative per i sistemi di misura, di controllo e di gestione integrata del volo e della piattaforma (Flight Control System, Flight Management System, Integrated Aircraft Management System, Navigation System). Le attività di ricerca in tale ambito riguardano nello specifico lo sviluppo di algoritmi di sensor fusion per la navigazione, principalmente al fine di ottenere sensori virtuali in grado di sostituire (con accuratezze degradate) quelli reali in caso di failure di questi ultimi, lo sviluppo di algoritmi per la Failure Detection, Isolation e Reconfiguration per i sistemi GN&C, lo studio di architetture avioniche innovative con l’obiettivo primario di ridurre costi, ingombri e fabbisogno energetico incrementando al contempo la sicurezza e l’affidabilità dei sistemi impiegati.
A supporto delle competenze e delle attività di ricerca e sviluppo sopra descritte, il laboratorio dispone di una area sperimentale adibita alla implementazione dei sistemi prototipali di GN&C ed alla simulazione HW-in-the-Loop con cui sono effettuati tutti i test a terra prima delle dimostrazioni in volo.
CAPACITÀ & COMPETENZE PRIMARIE
• Modellistica di Veicoli Aerospaziali e di Sistemi Avionici per la Guida, Navigazione e Controllo
• 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
• Pianificazione in Linea di Traiettorie compatibili con i Vincoli del Veicolo
• Decollo ed Atterraggio Autonomo
• Guida e Controllo Adattivi
• Sensor Fusion e Sensori Virtuali
• Controllo Riconfigurabile e Fault Tolerant
• Controllo Robusto Multivariabile
• Simulazione in tempo reale con HW-in-the-Loop per la Verifica di sistemi Avionici e GNC
• Prototipazione Rapida di Sistemi GN&C Imbarcabili
STRUMENTI
• Synthetic Environment per la modellistica e simulazione di velivoli e sistemi di volo
• Tool di simulazione per Palloni Stratosferici (ACHAB) e di navigazione in linea (SANBA)
• SW tools per la progettazione e la verifica di sistemi GN&C (ROBAN, PARAN, PROBAN, VERTICAL) e l’analisi Montecarlo (MONAS).
• SW tool per l’identificazione da dati di Volo (MLH, FTR, Unscented Kalman Filter)
• Macchine e dispositivi per la Simulazione in Tempo Reale con HW-in-the-Loop
• Ambienti per lo sviluppo prototipi di sistemi di controllo DSPACE, PC-104 e VxWorks
• Dimostratore volante in Piccola Scala (unmanned).
SERVIZI EROGABILI
• Sviluppo di Simulatori dinamici di dettaglio di Veicoli e Sistemi Aerospaziali
• Analisi di Meccanica del Volo, Ottimizzazione Missione e Identificazione da dati di volo
• Sviluppo di algoritmi di Guida e Controllo (fino alle specifiche di Basso livello)
• Sviluppo di sistemi integrati di Navigation con algoritmi di sensor fusion
• Verifica funzionale di sistemi avionici mediante simulazioni Real Time HW-in-the-Loop
• Sviluppo con tecniche di prototipazione rapida di Test-rig dedicati per la simulazione HW-in-the-Loop e di sistemi GN&C.
ALCUNE APPLICAZIONI
• Sistema di Guida, Navigazione e Controllo di veicoli spaziali rientranti durante la fase di Terminal Area Energy Management
• Sistema di Guida, Navigazione e Controllo di velivoli unmanned in piccola scala con capacità autonome di gestione della missione
• Sistema Adattivo di Atterraggio Autonomo con AHRS/DGPS/Altimetro
• Pianificazione in Linea di Traiettorie 3D compatibili con le capacità di manovra del velivolo ed evitando aree proibite
• Sistema di Guida Adattivo con identificazione in linea dei principali parametri aerodinamici
• Sistema di Controllo Multivariabile tollerante a malfunzionamenti di singoli attuatori
• Sistema di Navigazione Integrato tollerante a malfunzionamenti di un singolo sensore, senza utilizzo di ridondanze HW.
PROGETTI IN CORSO
• HAPD – GN&C for a High Altitude Flexible Demonstrator
• USV-DTFT – Advanced GN&C for TAEM Phase of Re-Entry
• USV – Dropped Flight Tests Mission Optimization & Flight Mechanics
• USV – High Altitude Balloon Forecast & On-Line Navigation
• ALICIA – All Weather Autolanding Simulation Models
• FAST20xx – GNC Clearance for Future High Altitude A/C
• TECVOL - Autonomous Flight Guidance & Control Technologies
• P1XX FFS – Functional Flight Simulator of P1XX Fly-by-Wire FCS
• JTI GRC5 – Development and Flight Test of an FMS for Noise Reduction
• JTI TE – Aeronautical vehicles (fixed and rotary wing) performance assessment
• JTI GRA - Green Regional Aircraft - Low Noise Configurations
• MIDCAS – Sensor Fusion for Collision Avoidance
CUSTOMER & PARTNERS
OMA Sud Sky Technologies, Vulcan Air, IAI, ASI/ESA, Agusta, Aermacchi, Eurocopter, Liebherr, Alenia Aeronautica, Alenia Spazio, Fiat Avio, Galileo Avionica, SAB Aerospace, Technosystem Developments, Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Università Parthenope, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.
Contatto
Federico Corraro
Tel. +39 0823 623012
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