Orientable thrust on airships : dynamics modeling and simulation

The objective of this master thesis is to derive a dynamic model of an airship with thrust vectoring capabilities and subsequently develop both linear and nonlinear simulations of the vehicle. The purpose is to obtain a tool to be used in preliminary study for different propulsion configurations and for developing control laws that can take advantage of orientable thrust. The linearized model in state space form is implemented in Matlab code and validated using eigenvalue analysis, making a comparison with data from existing literature. The linear system is used to develop simple control laws, such as Stability Augmentation Systems, both for Longitudinal and for Lateral dynamics, with the goal of improving stablity characteristics of the airship. The control laws are then tested in a simulation which implements the nonlinear 6 degree of freedom model of the airship in a Simulink environment.

L'obiettivo di questa tesi è di ricavare il modello della dinamica di un dirigibile con capacità di spinta vettoriale e conseguentemente sviluppare una simulazione sia lineare che nonlineare del veicolo. Il fine è quello di ottenere uno strumento che possa essere utilizzato nello studio preliminare di diverse configurazioni propulsive e per sviluppare leggi di controllo che sfruttino la spinta orientabile. Il modello linearizzato agli stati è implementato in un codice Matlab e validato tramite lo studio degli autovalori, facendo un confronto con dati ottenuti dalla letteratura. Il modello lineare è utilizzato per sviluppare leggi di controllo semplici, come Sistemi di Aumento della Stabilità, sia per le dinamiche Longitudinale che Latero-direzionale, con lo scopo di migliorare le caratteristiche di stabilità del dirigibile. Le leggi di controllo sono poi testate in una simulazione che implementa il modello del dirigibile nonlineare a 6 gradi di libertà in ambiente Simulink.