Implementation of a flight simulation model for the Advanced Tiltrotor Aircraft

In this work, the flight dynamics of the Advanced Tiltrotor Aircraft, an innovative tiltrotor configuration proposed by Leonardo Helicopters, is explored with particular focus on the lateral-directional dynamics in Airplane mode, which is then used together with the already available longitudinal dynamics to assemble a Six Degrees of Freedom flight mechanics model, aimed at preliminary analyses. The lateral-directional model is developed starting from aerodynamic data coming both from a panel method and CFD, especially for fuselage analysis. The aerodynamic interaction of prop-rotors is not considered, but their flapping motion is considered as a static tilt of the thrust plane. Aerodynamic data of the tiltrotor is then employed in the general equations of motion for an aircraft, specialized to lateral-directional dynamics, in order to find trim solutions around which the model is linearized using Simulink, which allows a stability analysis and subsequent sensitivity of lateral-directional modes with respect to moments of inertia. Once the model is completed, it is assembled together with the longitudinal framework to construct a general 6 Degrees of Freedom model, which allows to check the whole aircraft dynamics and perform a complete stability analysis, rather than uncoupled ones. The developed models enable a better comprehension of critical aspects in the design of the Advanced Tiltrotor Aircraft which need to be assessed and analyzed in more detail, and have been built by taking into consideration these future analyses on both control laws and non-linear simulations, possibly part of future ThesisLab theses.

In questa tesi viene analizzata la dinamica del volo del Advanced Tiltrotor Aircraft, una configurazione innovativa di convertiplano proposta da Leonardo Elicotteri, concentrandosi in particolare sulla dinamica latero-direzionale , che è poi utilizzata insieme a quella longitudinale già disponibile per assemblare un modello di meccanica del volo a 6 Gradi di Libertà, inteso per analisi preliminari. Il modello latero-direzionale è sviluppato a partire da dati aerodinamici provenienti da un metodo a pannelli e da una CFD per la fusoliera. L'interazione aerodinamica dei rotori non è considerata, ma i loro moti di flappeggio sono considerati in modo statico come rotazione del piano della spinta. I dati aerodinamici del convertiplano sono successivamente utilizzati nelle equazioni del moto generiche per un velivolo, in modo da ottenere soluzioni di equilibrio attorno alle quali andare a linearizzare il modello per effettuare un'analisi di stabilità e successiva sensitività dei modi latero-direzionali rispetto ai momenti d'inerzia. Una volta completato il modello, è assemblato insieme a quello longitudinale in modo da costruire un modello generale a 6 Gradi di Libertà, che permette di valutare la dinamica del velivolo completo e di effettuare analisi di stabilità complete, in confronto a quelle disaccoppiate. I modelli sviluppati permettono una miglior comprensione degli aspetti critici del design del Advanced Tiltrotor Aircraft, che dovranno essere valutati e analizzati in più dettaglio, per questo i modelli sono stati pensati per attività future sulle leggi di controllo e simulazioni non lineari, eventualmente all'interno di altre tesi del ThesisLab.