Paracadute Ultraleggero – Addis - Piancastelli

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Disegno Tecnico Industriale
Studio e sperimentazione di un
sistema di controllo per sistemi di
terminazione del volo
Tesi di Massimo Addis
STATO DELL’ARTE
Esistono attualmente sistemi di emergenza per aumentare il
fattore di sicurezza basati su di un paracadute balistico tondo
Vantaggi del sistema
• limitata velocità di impatto;
• facilmente integrabile nel
velivolo
• basso costo d’impianto
Svantaggi del sistema
• utilizzo di paracadute tondi non
pilotabili.
• il velivolo può talvolta rimane
irreversibilmente danneggiato
Balistic Recovery Sistem (B.R.S.)
Necessità di sperimentare un
sistema con un maggiore
grado di guidabilità
STRUTTURA DEL PROGETTO “FLIGHT
TERMINATION SISTEM (F.T.S.) con paracadute ad
ala per atterraggi di precisione
Studio dell’accoppiamento
paracadute-aeroplano
(Tesi dell’Ing. Massimiliano Ruffo)
Sistema di
Controllo
(Tesi dell’Ing. Giovanni Arlotti)
software
Controllore fuzzy
Ottimizzazione e sperimentazione del
sistema di controllo accoppiato al paracadute-aeroplano
LA SPERIMENTAZIONE
I SESSIONE DI PROVE
Obiettivo:
verificare l’efficienza e la stabilità del
sistema
II SESSIONE DI PROVE
modello
prove
Verificare pilotabilità con radiocomando
III SESSIONE DI PROVE
modifiche
Verificare pilotabilità con sistema di guida
PROPOSTA RELATIVA ALL’INTRODUZIONE DI
ULTERIORI SENSORI DI POSIZIONE
REALIZZAZIONE DEL MODELLO: LA ZAVORRA
La tesi dell’Ing. Massimiliano Ruffo ha dimostrato che il sistema
paracadute - velivolo risulta stabile solo se la portanza delle ali è nulla;
per raggiungere tale obiettivo furono utilizzati i diruttori alari.
“L’aeroplano cessa di essere tale”
Utilizzo di una zavorra in luogo del
modello in scala dell’aeroplano.
La zavorra, ottenuta da contenitori cilindrici in
PVC, presenta le seguenti caratteristiche:
peso
pari a 1220 g
ingombro
500 x 60mm (altezza x diametro)
coppia massima dei servomotori
1920 Nmm
velocità operativa servomotori
60° in 0,19 sec
REALIZZAZIONE DEL MODELLO:
LA ZAVORRA (elementi funzionali)
Flusso
dati
da satellite
Antenna
GPS
Servo
sinistro
GPS
Trasmettitore
Antenna
dati GPS
trasmettitore
Ricevitore
radiocomando
Flusso dati
per unità di
controllo
Servo
destro
Antenna ricevitore
Input da radiocomando
Scheda
interfaccia
RC-PC
Ricevitore dati GPS
PC
Radiocomando
SPERIMENTAZIONE: I SESSIONE DI PROVE
Metodo utilizzato nella sperimentazione:
B.A.S.E. (Buildings, Antennas, Span, Earth) test.
Il modello è in volo libero lanciato da un viadotto.
OBIETTIVI
• verificare la stabilità;
• verificare l’efficienza (velocità
orizzontale/velocita verticale);
• determinare carico alare ottimale;
• verificare durata transitorio iniziale;
• eliminare fenomeni di vite.
RISULTATI
SPERIMENTAZIONE: I SESSIONE DI PROVE
Modifiche durante la I sessione di prove
Le modifiche apportate al
modello di zavorra durante la
fase sperimentale
riguardano:
• abbassamento del centro di
massa;
• riduzione della campanatura;
• la geometria delle funi
portanti;
RISULTATI
• la posizione e la struttura dei Elevato grado di stabilità, con solo lievi
penzolamenti a fine transitorio
punti di ancoraggio.
Grado di efficienza = 1
Carico alare ottimale 23 N/m2
Durata transitorio variabile con il vento
Nessuna tendenza all’avvitamento
SPERIMENTAZIONE: II SESSIONE DI
PROVE
Sperimentazione mediante controllo
manuale per mezzo del radiocomando
OBIETTIVI
• ottimizzazione della controllabilità
del modello;
• ottimizzazione della prontezza del
modello;
• ottimizzazione precisione
d’atterraggio;
• verifica ed ottimizzazione
dell’efficienza.
• verifica assenza di fenomeni di
avvitamento e stallo.
SPERIMENTAZIONE: II SESSIONE DI PROVE
Miglioramenti introdotti per il controllo del paracadute
Controllo tramite funi laterali dà scarsa
controllabilità al sistema
Necessità di aumentare la
controllabilità del sistema
Introduzione dei ‘’freni’’
RISULTATI:
•Elevata manovrabilità e prontezza di
risposta ai comandi;
•efficienza=1,1-1,2;
•rari fenomeni di avvitamento solo in
corrispondenza di comandi bruschi
“Sistema di controllo ottimo mediante frenatura”
Virata con freno
SPERIMENTAZIONE:
MODIFICHE AL CONTROLLORE FUZZY
Dominio di movimento dei servomotori
Originale Ing. Arlotti
Traiettoria di volo
pre-modifiche
dopo le modifiche
Traiettoria di volo
post-modifiche
SPERIMENTAZIONE: PROVE IN LABORATORIO DEL
CONTROLLORE FUZZY
Le prove in laboratorio sulla simulazione del volo tramite
blocco fuzzy hanno dimostrato:
• continuità di movimento
dei servomotori;
• adeguata risposta agli
input di quota, distanza e
angolo;
• legame lineare tra input
ed output;
• buona trasmissione dati
dal radiocomando;
• funzionamento sistema
GPS;
Pannello di controllo dei servomotori
SPERIMENTAZIONE: III SESSIONE DI PROVE
Controllo automatico GPS –Fuzzy
Il sistema di controllo non assolve in
maniera ottimale alla sua funzione a
causa del malfunzionamento del GPS;
questo dipende da diversi fattori;
• angolo di vista dei satelliti ristretto;
• i segnali del satellite sono disturbati dalla
presenza del ponte;
• sono possibili riflessioni del segnale.
Questo fattori determinano:
• elevata imprecisione di posizione;
• perdita frequente del segnale;
• frequenza di aggiornamento scarsa dati.
Da Tesi di Laurea svolte presso Facoltà di Forlì emerge che dall’11
Settembre il segnale inviato dai satelliti è progressivamente deteriorato;
provocando un malfunzionamento dei sistemi GPS.
POTENZIALI SVILUPPI DEL SISTEMA DI
CONTROLLO
Aumentare il numero dei
sensori:
• piattaforma Inerziale;
• GPS;
• altimetro ultrasonico.
Hardware e software
per gestione
informazioni
Costo complessivo della strumentazione 2500 $
CONCLUSIONI
• Modello:
-elevata manovrabilità;
-elevata prontezza e precisione.
• Hardware:
Non idoneo all’applicazione, il GPS in alcune condizioni non
funziona e ha una frequenza di aggiornamento troppo bassa
• Software :
- aquisizione dati
- elaborazione dati
- input fuzzy
E’ stato sperimentato solamente in laboratorio con risultati
soddisfacenti
• Controllore FUZZY:
Sperimentato in laboratorio in modo soddisfacente
Modifiche strutturali apportate durante la II
sessione di prove
MODIFICHE
Variazione geometria funi
BENEFICI
Maggiore
stabilità
Variazione campanatura
Maggiore
efficienza
Variazione angolo
di incidenza
Introduzione freni
Maggiore
manovrabilità
REALIZZAZIONE DEL MODELLO:
IL PARACADUTE AD ALA
Il paracadute è ottenuto da successive
modifiche apportate ad un modello di
aquilone da skysurf; in particolare:
• variazione della geometria delle corde;
• aggiunta delle funi dei “freni”;
• variazione della campanatura.
___
Freni
____ Funi portanti
Caratteristiche dimensionali
del paracadute:
• apertura alare 1.82 m
• superficie alare 0.7m2
• carico alare 2,3 Kg/m2
• materiale vela: poliestere
• materiale funi: dyneema
(polietilene a fibra lunga)
LA SPERIMENTAZIONE
I SESSIONE DI PROVE
Nuovo paracadute
Nuovo modello
II SESSIONE DI PROVE
Modifiche al modello
Modifiche al fuzzy
III SESSIONE DI PROVE
PROPOSTA RELATIVA ALL’INTRODUZIONE DI
ULTERIORI SENSORI DI POSIZIONE