Design and development of the new generation of a flight test instrumentation system for ultra light machines

The present thesis deals with the development of a data acquisition system for flight testing, typically referred as Flight Test Instrumentation. The purpose of a Flight Test Instrumentation system is to acquire data about the operation of the test vehicle and provide them to the data processing group. In 2005 POLI-XFlight, a research group of the Department of Aerospace Engineering of Politecnico di Milano, started a project for a Flight Test Instrumentation system called Mnemosine. The system is especially designed for a particular class of flying machines: the Ultra Light Machines. After few years of developments and field tests, the system is now at the fifth generation called Mnemosine MkV. This new generation capitalizes the solutions found during the past works, especially with the accomplishments achieved with Mnemosine MkIV. Indeed it was designed with a high degree of novelty compared to the previous versions even if it was only made as prototype that has never been tested. Mnemosine MkV is a fully operative Flight Test Instrumentation system which main characteristics derive from older versions but it integrates new features through which an important step is make in the realization of an whole Flight Test Instrumentation system. This document is the final report of the design and the development activity perfomed. It includes an introduction to the Flight Test Instrumentation history followed by the description of the hardware architecture and by the definition of the firmware. In conclusion, it provides a highlight of the flight tests performed with Mnemosine MkV.

La presente tesi tratta dello sviluppo un sistema di acquisizione dati per prove di volo, normalmente definito come Flight Test Instrumentation. L'obiettivo di un sistema di strumentazione per prove di volo è quello di acquisire dati ed informazioni del velivolo di prova per poi fornirli al gruppo che si occuperà dell'analisi dei dati. Nel 2005 il POLI-XFlight, un gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del Politecnico di Milano, ha iniziato un progetto per un sistema di strumentazione per prove di volo chiamato Mnemosine. Il sistema è progettato in particolare per quei velivoli che appartengono alla classe Ultra Light Machines. Dopo qualche anno di sviluppo e prove sul campo, il sistema ha ora raggiunto la quinta generazione chiamata Mnemosine MkV. Questa nuova generazione si avvantaggia delle soluzioni trovate nei lavori precedenti, in modo speciale dei traguardi raggiunti con Mnemosine MkIV che è stato progettato introducendo una serie di novità rispetto alle versioni precedenti, anche se è stato sviluppato unicamente come prototipo senza mai essere testato. Mnemosine MkV è un sistema di strumentazione per prove di volo completamente funzionante che ha ereditato le sue caratteristiche principali dalle versioni precedenti ma integrando una serie di nuove funzionalità attraverso le quali è stato fatto un passo importante per la realizzazione di un sistema completo. Questo documento è il resoconto finale delle attività di progetto e di sviluppo eseguite. Esso comprende un'introduzione alla storia della strumentazione per prove di volo seguita dalla presentazione dell'architettura hardware e dalla definizione del firmware. Da ultimo verranno presentate le prove di volo effettuate con Mnemosine MkV.