Metodologie di progetto robusto per la risonanza al suolo dell'elicottero

Helicopter ground resonance phenomenon represents a fundamental aspect in the design of the rotor's lag dampers. The parameters useful for modeling these components are often affected by significant uncertainties, because of its highly nonlinear behavior. Moreover, the need to take advantage of a flight control system (FCS) which reduces the engagement of the pilot is becoming more and more current; for these reasons it is advisable to check the influence of this arrangement on the ground resonance. The objective of this discussion is the development of robust generalized design methods for helicopter ground resonance in order to quantify the strength of the operational decisions and not to compromise the aeroelastic stability of the machine. The investigation of this kind of problems may receive a significant benefit by the adoption of methods from the field of robust control that can evaluate the stability margins of systems with respect to both parametric and non parametric (i.e., dynamic) uncertainties (such as generalized Nyquist criterion (CNG) and the mu-analysis). The first part of the thesis focuses mainly on the evaluation of the impact of uncertainties in linear time invariant systems. First of all, in Chapter 2, we have discussed modeling and studying the stability of a simplified helicopter in the presence of uncertainties of dampers' characteristics and fuselage's structural properties. Later, Chapter 3 deals with the evaluation of Puma IAR 330's ground resonance. It was then checked the stability in presence of uncertainties in the transfer function of a possible FCS installed on the machine. Exploiting the potential of design methods summarized lies in their generality. As a matter of fact they can be applied for any helicopter with articulated or soft-in-plane rotor. Finally, in Chapter 4, the describing functions procedures have been developed for adapting the techniques of robust design also for the case of periodic dynamic systems. The substantial differences between the use of classical methods for the parametric analysis of time-varying systems and robust tools presented here lies in the assessment of the sensitivity of the solution compared with uncertain parameters. On one hand we need to run different analysis for each variation of the parameters while on the other hand it can be run a single study for all uncertainties using results of the robust linear analysis.

Il fenomeno della risonanza al suolo dell'elicottero rappresenta un aspetto fondamentale nell'ambito della progettazione degli smorzatori di ritardo del rotore. I parametri utili alla modellazione di tali componenti, a causa del relativo comportamento fortemente non lineare, sono spesso affetti da signifi cative incertezze. Inoltre, la necessità di usufruire di un sistema di controllo del volo (FCS) che vada a ridurre in sicurezza l'impegno del pilota sta divenendo sempre più attuale; per questo motivo è opportuno veri ficare a priori l'infl uenza di tale accorgimento sulla ground resonance. L'obiettivo di questa trattazione è lo svil uppo di modalità generalizzate di progetto che permettano di quanti care la robustezza delle scelte operative per non compromettere la stabilità aeroelastica della macchina. A tale scopo sono state adottate delle tecniche di analisi robusta dei sistemi dinamici provenienti dalla letteratura scienti ca dell'ingegneria del controllo, quali il criterio general izzato di Nyquist (GNC) e la mu-Analisi. La prima parte della tesi verte principalmente sulla valutazione dell'impatto di incertezze parametriche e non su sistemi lineari tempo invarianti. In primo luogo, nel Capitolo 2, è stata affrontata la mo dellazione e lo studio della stabilità di un elicottero sempli cato in presenza di incertezze sulle caratteristiche elastoviscose degli smorzatori di ritardo e sulle proprietà strutturali della fusoliera. Successivamente, nel Capitolo 3, si è passati alla valutazione della risonanza al suolo dell'elicottero quadripala Puma IAR 330. É stata quindi veri cata la stabilità alla ground resonance in presenza di incertezze sia sugli smorzatori di ritardo che sulla funzione di trasferimento di un eventuale FCS installato sulla macchina. Le potenzialità offerte dai metodi di progetto sintetizzati vanno ricercate nella loro generalità di applicazione per qualsiasi elicottero con rotore articolato o soft-in-plane. In fine, nel Capitolo 4, sfruttando le funzioni descrittive, sono stati sviluppate delle procedure per adattare le tecniche di progetto robusto anche al caso di sistema dinamico periodico. La differenza sostanziale che intercorre tra l'uso di metodi classici per le analisi parametriche di sistemi tempo varianti e quelli robusti qui presentati risiede nella valutazione della sensibilità della soluzione rispetto ai parametri incerti. Da un lato occorre eseguire un'analisi differente per ogni elemento della mappatura mentre dall'altro è possibile sfruttare i risultati ottenuti dall'analisi robusta del sistema lineare, conducendo un unico studio per tutti i parametri ritenuti incerti.