Active control loading system for a flight training device

In a Flight Simulation Training Device (FSTD), the Control Loading System (CLS) aims to provide realistic force feedback to the pilots, allowing them to feel and sense the same forces and sensations as they would in a real aircraft. An Active CLS can provide different force feedback according to the state of the simulation, which is fundamental for Primary Flight Controls. The objective is to design the Active CLS of a Flight Training Device (FTD) replicating a turboprop trainer aircraft, commissioned by the aircraft manufacturer. The presented Master Thesis begins with a comprehensive overview of the state of the art, followed by the developed CLS solution to fulfil the requirements for displacements and forces. The pursued methodology starts with analysing the EASA and customer requirements, followed by the study of the 3D assembly of the aircraft to reproduce the functionality of the Control Column and Rudder and Brake Pedals assembly. The linkage optimisation process for each Control Loading channel represents the core of the CLS Mechanical Design to obtain an efficient mechanical chain for transmitting the maximum motor torque to the Flight Controls. The last section describes the CLS Motion Control architecture and strategy, the chosen servo actuators and the cogging issues, the data exchange protocol and the calibration procedure. The resulting CLS design represents a performing and reliable solution that meets the customer's requirements and simultaneously considers the impact of manufacturing costs.

In un simulatore di volo (Flight Simulation Training Device - FSTD), il Control Loading System (CLS) ha l'obiettivo di fornire un feedback di forza realistico ai piloti, consentendo loro di percepire le stesse forze e sensazioni che proverebbero sul velivolo. Un CLS attivo è in grado di fornire differenti feedback di forza in base allo stato della simulazione, il che è fondamentale per i controlli primari di volo. L'obiettivo è quello di progettare il CLS attivo per un Flight Training Device (FTD) che riproduca un aereo da addestramento turboelica, commissionato dal costruttore aeronautico. La presente Tesi di Laurea Magistrale comincia con una panoramica esaustiva dello stato dell'arte, seguita dalla soluzione CLS sviluppata per soddisfare i requisiti di spostamento e forza. La metodologia adottata inizia con l'analisi dei requisiti di EASA e cliente, seguita dallo studio dell'assieme 3D dell'aeromobile per riprodurre la funzionalità della Control Column e dell'assieme Rudder and Brake Pedals. L’ottimizzazione del collegamento meccanico per ciascun canale di Control Loading rappresenta il fulcro della progettazione meccanica del CLS, al fine di ottenere una catena efficiente per trasmettere la coppia massima del servomotore ai controlli di volo. L'ultima sezione descrive l'architettura e la strategia di controllo del movimento del CLS, i servo attuatori scelti e i problemi di cogging, il protocollo di scambio dati e la procedura di calibrazione. Il progetto finale del CLS rappresenta una soluzione performante e affidabile che soddisfa i requisiti del cliente, considerando allo stesso tempo l'impatto sui costi di produzione.