Active mast tilt of ATA in helicopter mode

In this Thesis, the flight dynamics of the Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA), an innovative configuration proposed by Leonardo Helicopters, is explored. This work provides a comprehensive implementation of a semi-analytical motion model, aiming to create a precise basis for the development of sophisticated control systems. The model was developed from fundamental principles of dynamics, integrating both aerodynamic and inertial effect. The main emphasis of this implementation is on modeling the effect of the nacelle into the equations. The developed model produced a 10 Degree of Freedom system, which is highly non linear. After linearization around the hover trim condition, a state-space model is derived, and a modal analysis is performed using Modal Participation Factor (MPF) analysis. The model provides a computationally efficient foundation, essential for design and synthesis of a control laws that utilizes active nacelle tilting to greatly improve the tiltrotor's maneuverability and stability. The results of this Thesis demonstrate how the active symmetric modulation of the nacelles significantly influences the aircraft's longitudinal stability and trim capabilities, providing a computationally efficient foundation for the design of future control laws and tilt-based flight strategies.

In questa tesi viene esaminata la dinamica di volo dell'Advanced Tiltrotor Aircraft (ATA), una configurazione innovativa proposta da Leonardo Helicopters. Questo lavoro fornisce un'implementazione completa di un modello di movimento semi-analitico, con l'obiettivo di creare una base precisa per lo sviluppo di sofisticati sistemi di controllo. Il modello è stato sviluppato a partire dai principi fondamentali della dinamica, integrando sia l'effetto aerodinamico che quello inerziale. L'enfasi principale di questa implementazione è la modellizzazione dell'effetto della nacelle nelle equazioni. Il modello sviluppato ha prodotto un sistema a 10 gradi di libertà, altamente non lineare. Dopo la linearizzazione intorno alla condizione di hover, viene derivato un modello spazio di stato e viene eseguita un'analisi modale utilizzando il fattore di partecipazione modale (MPF). Il modello fornisce una base computazionalmente efficiente, essenziale per la progettazione e la sintesi di leggi di controllo che utilizzano il tilt attivo delle nacelle per migliorare notevolmente la manovrabilità e la stabilità del tiltrotor. I risultati di questa tesi dimostrano come la modulazione simmetrica attiva delle nacelle influenzi in modo significativo la stabilità longitudinale e le capacità di assetto del velivolo, fornendo una base computazionalmente efficiente per la progettazione di future leggi di controllo e strategie di volo basate sul tilt delle nacelle.