Software implementation and testing of an active Mast Vibration Absorber for helicopters

The problem of vibrations in helicopters and the correlated phenomena (high levels of noise, detrimental effects on rotor structural integrity, fatigue life of mechanical components, passengers discomfort and efficiency of electronic devices) are known issues in mobile wing aircraft design. Such vibrations are intrinsic to the rotor wing concept and are directly correlated to the variable loads exchanged between the rotor blades and the incident airflow. For this reasons, it is understandable the desire to find an effective way to counteract the generated vibrations transmitted to the aircraft chassis and components. The active Mast Vibration Absorber design here presented has been developed in the frame of a collaboration between Politecnico di Milano and Leonardo Helicopters. This device, to be connected to the mast by means of a mechanical transmission, relies on the controlled positioning of eccentric coplanar masses to counterbalance the effects of external variable loads, whose main harmonics are analysed through a suitable identification technique able to guarantee a real time estimation of its amplitude and phase. The aim of this work is to implement the necessary software to control the system and a methodology to assess the behaviour and effectiveness of the prototype at reducing the desired in-plane induced vibrations, given the current physical design of the prototype, the hardware implementation of the Main Control Unit and the previously developed control logic.

Il problema delle vibrazioni negli elicotteri ed i fenomeni correlati (alti livelli di rumore, effetti dannosi sull'integrità strutturale del rotore, vita a fatica dei componenti meccanici, discomfort dei passeggeri ed efficienza dei componenti elettronici) sono problemi noti nella progettazione di velivoli ad ala mobile. Queste vibrazioni sono intrinseche al concetto di ala mobile e sono direttamente correlate ai carichi variabili scambiati fra le eliche del rotore ed il flusso d'aria incidente. Per questo motivo, è comprensibile il desiderio di trovare un metodo efficace per contrastare le vibrazioni generate e trasmesse alla fusoliera e componenti del velicolo. Il progetto qui presentato è stato sviluppato in una collaborazione fra Leonardo elicotteri ed il Politecnico di Milano. Questo dispositivo, che deve essere connesso all'albero principale attraverso una trasmissione meccanica, si basa sul posizionamento controllato di masse coplanari ed eccentriche per controbilanciaregli effetti dei carichi variabili esterni, le cui armoniche principali sono analizzate attraverso un'idonea tecnica di identificazione in grado di garantire una stima in tempo reale della loro fase ed ampiezza. Lo scopo di questa tesi è di implementare il software di controllo necessario ed una metodologia di valutazione del comportamento ed efficienza del prototipo nel ridurre le vibrazioni indotte nel piano.