Implementation of an automated tool for aircraft vibratory analysis

The following thesis work was carried out during an internship taken at the Leonardo Aircraft Division within the Environmental and Vibration Qualification department. It aims to create an automated tool that, starting from the current software (MatVibe) used in the department, simplifies aircraft vibration survey analysis. The tool uses Matlab™ as a computer language and allows for much faster times in aircraft experimental vibration analysis. Current analysis process involves using Matlab™ software in conjunction with Excel™, which alone causes 'waste' of time in passing data from one to the other. Keeping the entire process on the same software instead results in great time savings. The tool, as it is automated, aims to be able to 'replace' for much of the process the user (i.e.: the environmental specialist) who in the current methodology is instead continually called upon, especially to identify specific vibration sources - induced by pilot maneuvering - which need several manual iterations to be identified. In order to do so, the code (FastVibe) now developed makes use of basic Machine Learning algorithms that therefore allow the process to be at the same time faster, analytical and self-learning in identifying the origin of vibration exceedances. In fact, with a methodology of this kind, objective and quick, results can be obtained, differently from the procedure now in use in which the experience, eye and skills of the person performing the analysis take the lead. Moreover, with an interactive interface with the user, it will still be possible to intervene, at dedicated control points, so as to keep under control each step of the analysis thanks to the supervision of the environmental specialist. With this project an attempt has been made to make the experimental data analysis process both analytical and fast (possibly reducing the possibility of manual error), and regardless of who performs the vibration analysis but still maintaining the possibility of intervention of the environmental specialist who - with its experience - can evaluate the validity of the results obtained and introduce corrections in cases where necessary.

Il seguente lavoro di tesi è stato svolto durante uno stage presso la Divisione Velivoli di Leonardo all'interno del dipartimento di Qualifica Ambientale e Vibratoria. L'obiettivo è quello di creare uno strumento automatizzato che, partendo dall'attuale software (MatVibe) utilizzato nell’ente, semplifichi l'analisi delle vibrazioni dei velivoli. Lo strumento utilizza Matlab™ come linguaggio informatico e consente tempi molto più rapidi nell'analisi sperimentale delle vibrazioni degli aeromobili. L'attuale processo di analisi prevede l'utilizzo del software Matlab™ in combinazione con Excel™, cosa che causa una "perdita" di tempo nel passaggio dei dati da uno all'altro. Mantenendo l'intero processo sullo stesso software si ottiene invece un significativo risparmio di tempo. Lo strumento, essendo automatizzato, si propone di poter 'sostituire' per gran parte del processo l'utente (cioè lo specialista ambientale) che nella metodologia attuale è invece continuamente chiamato in causa, soprattutto per identificare specifiche fonti di vibrazione - indotte dalle manovre dei piloti - che necessitano di diverse iterazioni manuali per essere identificate. Per fare ciò, il codice (FastVibe) ora sviluppato si avvale di algoritmi di Machine Learning di base che permettono quindi al processo di essere allo stesso tempo più veloce, analitico e di auto-apprendere l'origine dei livelli ‘anomali’ delle vibrazioni. Infatti, con una metodologia di questo tipo, si possono ottenere risultati oggettivi e rapidi, a differenza della procedura attualmente in uso in cui l'esperienza, l'occhio e le capacità della persona che esegue l'analisi sono di fondamentale importanza. Inoltre, con un'interfaccia interattiva con l'utente, sarà comunque possibile intervenire, in punti di controllo dedicati, in modo da tenere sotto controllo ogni fase dell'analisi grazie alla supervisione dello specialista ambientale. Con questo progetto si è cercato di rendere il processo di analisi dei dati sperimentali analitico e veloce (riducendo eventualmente la possibilità di errore manuale), indipendentemente da chi esegue l'analisi delle vibrazioni ma mantenendo la possibilità di intervento dello specialista ambientale che - con la sua esperienza - può valutare la validità dei risultati ottenuti e introdurre dei correttivi nei casi in cui sia necessario.