Optimization and automation of aircraft configuration control for flight testing: weight and balance and conformity tracking

This work focuses on configuration control in flight testing, which manages the changes an aircraft undergoes throughout its operational life. In this thesis the configuration control topic is declined into two parts: the weight and balance, and the conformity tracking during a flight test campaign. This thesis was developed during an internship with the Pipistrel Flight Test Team, aiming to highlight criticalities and propose new processes for weight and balance assessment as well as the conformity evaluation system. Considering the weight and balance topic, firstly, the regulations for CS-23, CS-LSA, and CS-VLA from EASA were analyzed. The approach used in air cargo transportation was then analyzed to explore how aircraft weighing can be limited to when strictly necessary instead of every time before a flight. After the previous process analysis, a new process was implemented, including standardized inputs, the integration of new software into the existing Pipistrel Flight Operations Tool (FOT), and, finally, an uncertainty analysis to assess the accuracy of the takeoff and landing weight and balance estimations. For the conformity tracking part, an analysis of the regulations from Part 21 of EASA was carried out, and an inspection of the process already in place was performed. After the definitions of the requirements, a new process was created in order to automatize the way the deviations from the Type Design are detected and managed. The deviations are stored in a database, semi-automatically assigned to a conformity topic. The conformity topics are then evaluated alone by the Flight Test Engineer and in the end a list of flyable test points with the conformity requirements fulfilled is generated. After the definition of both processes, two parts of the same software - the FOT - were developed to support them. They were created in a MS Access-based application, coded mainly in VBA and aided by Python codes, together with HTML visualizations. After a validation campaign of the new parts of the software, the work in this thesis aided the Flight Test team to standardizing the processes, reducing operational time, easing planning and analysis efforts, and ultimately lowering costs for the team.

Il presente lavoro si concentra sul controllo della configurazione del velivolo durante una campagna di prove in volo e, più in generale, nell’arco della sua vita operativa. L’analisi è stata articolata in due ambiti principali: la gestione del peso e bilanciamento, e il monitoraggio della conformità nel corso delle attività di test di volo. La tesi è stata sviluppata nell’ambito di uno stage presso il Pipistrel Flight Test Team, con l’obiettivo di individuare le principali criticità e proporre nuovi processi per la valutazione del peso e centraggio del velivolo, nonché per il sistema di controllo della conformità. In merito al primo tema, è stata condotta un’analisi dei riferimenti normativi EASA CS-23, CS-LSA e CS-VLA, seguita da uno studio delle pratiche adottate nel trasporto aereo cargo, al fine di valutare modalità che permettano di limitare la pesatura dell’aeromobile ai soli casi necessari. Sulla base di queste analisi, è stato implementato un nuovo procedimento: standardizzazione degli input, sviluppo di un modulo software integrato nel Flight Operations Tool (FOT), e introduzione di un’analisi dell’incertezza per stimare con maggiore precisione le condizioni di peso e bilanciamento in decollo e atterraggio. Per quanto riguarda il monitoraggio della conformità, è stata analizzata la normativa EASA Part 21 e il processo già adottato dal team. Definiti i requisiti, è stato progettato un nuovo flusso automatizzato per il rilevamento e la gestione delle deviazioni dal Type Design. Le deviazioni sono archiviate in un database e assegnate in modo semi-automatico a specifici argomenti di conformità, che vengono poi valutati dal Flight Test Engineer. Al termine del processo viene generato un elenco di punti di prova volabili per i quali i requisiti di conformità risultano soddisfatti. Sono stati quindi sviluppati due nuovi moduli del FOT a supporto dei processi, realizzati su Microsoft Access, principalmente in linguaggio VBA, con il supporto di Python e visualizzazioni HTML. Dopo una campagna di validazione, il lavoro ha contribuito a standardizzare le attività del Flight Test Team, riducendo i tempi operativi, migliorando la pianificazione e l’analisi, e ottimizzando i costi.