Modeling and Maneuverability Performance Analysis for eVTOL Aircraft

This thesis presents a comprehensive study on the maneuver performance, modeling, and control strategies of an eVTOL aircraft, focusing on its ability to operate safely and efficiently in various flight conditions. The research leverages MBDyn, a multibody dynamics software, to develop a detailed airframe model that captures the six degrees of freedom inherent to eVTOL operations. The study is structured into three main chapters, each addressing a distinct yet interrelated aspect of eVTOL aircraft performance. Chapter 1 introduces the fundamental principles of MBDyn and discusses the setup and validation of the airframe model. Chapter 2 outlines the integration process between MBDyn and Simulink, detailing the control system architecture. Chapter 3 evaluates the maneuver performance of the eVTOL aircraft under gust wind conditions to ensure the aircraft's handling qualities and controllability. The research contributes to the field by providing an advanced airframe modeling framework, a robust control system integration methodology, and a thorough evaluation of maneuver performance. These contributions are significant for the design and control of future eVTOL aircraft, offering insights that can enhance flight safety and operational capability. The thesis concludes with recommendations for adopting advanced modeling tools, enhancing control system integration, and conducting performance testing. It emphasizes the importance of these strategies in advancing the aerospace engineering field and the development of autonomous flight systems.

Questa tesi presenta uno studio approfondito sulle prestazioni di manovra, la modellazione e le strategie di controllo di un velivolo eVTOL, concentrandosi sulla sua capacità di operare in modo sicuro ed efficiente in diverse condizioni di volo. La ricerca utilizza MBDyn, un software di dinamica multibody, per sviluppare un modello dettagliato della struttura del velivolo che cattura i sei gradi di libertà inerenti alle operazioni degli eVTOL. Lo studio è strutturato in tre capitoli principali, ognuno dei quali affronta un aspetto distinto ma interconnesso delle prestazioni degli eVTOL. Il Capitolo 1 introduce i principi fondamentali di MBDyn e discute la configurazione e la validazione del modello della struttura del velivolo. Il Capitolo 2 descrive il processo di integrazione tra MBDyn e Simulink, illustrando l'architettura del sistema di controllo. Il Capitolo 3 valuta le prestazioni di manovra dell'eVTOL in condizioni di vento rafficato per garantire le qualità di manovrabilità e controllabilità del velivolo. La ricerca contribuisce al campo fornendo un avanzato framework di modellazione della struttura del velivolo, una metodologia di integrazione del sistema di controllo robusta e una valutazione approfondita delle prestazioni di manovra. Questi contributi sono significativi per la progettazione e il controllo dei futuri velivoli eVTOL, offrendo spunti che possono migliorare la sicurezza del volo e la capacità operativa. La tesi si conclude con raccomandazioni per l'adozione di strumenti di modellazione avanzati, il miglioramento dell'integrazione del sistema di controllo e l'esecuzione di test delle prestazioni. Sottolinea l'importanza di queste strategie per far progredire il campo dell'ingegneria aerospaziale e lo sviluppo di sistemi di volo autonomi.