Sviluppo di un sistema per acquisizione dati ed esecuzione automatizzata di prove di volo su un aeromodello, in supporto ad attività didattiche sull'identificazione parametrica

This thesis work falls under two established lines of research at the Department of Aerospace Engineering of Politecnico di Milano, namely Flight Mechanics and Flight Testing. The overall intent underlying the project is to develop a platform based on a model airplane and low-cost instrumentation hardware, capable of fly - with increasing degree of automation - typical Flight Testing maneuvers, and to collect useful flight data in support of didactic activities in the two aforementioned fields. The activities carried out in these months was aimed particularly at Parametric Identification of the stability and control derivatives of a model airplane glider, a goal which has resulted in a range of tasks classifiable in the following major areas: • set-up of the glider and the complex formed by sensors and data acquisition / telemetry system (based on open source ArduPilot Mega system), with calibration activities and preliminary flight testing; • mathematical modeling of the aircraft, in order to write the classical longitudinal and lateral-directional linearized models for system eigenvalues prediction; • identification activity, with the development of flight software and computer tools for data post-processing, design and execution of the required flight testing maneuvers. Although these phases are’t strictly chronologically and operatively separated, the above mentioned classification reflects the logical work sequence and has therefore been reflected in the chapters layout of this document.

Il lavoro di tesi svolto si inserisce a cavallo di due filoni di ricerca attivi presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale del Politecnico di Milano, ossia quello della Meccanica del Volo e quello della Sperimentazione in Volo. L’intento di fondo del progetto è infatti quello di sviluppare una piattaforma, basata su un aeromodello e su strumentazione hardware a basso costo, in grado di eseguire - con crescente grado di automazione - delle manovre tipiche della Sperimentazione in Volo, e di raccogliere dati di volo utili per attività didattiche nell’ambito delle due aree di studio sopra citate. L’attività portata avanti in questi mesi è stata finalizzata in particolar modo all’Identificazione Parametrica delle derivate di stabilità e controllo di un aeromodello di aliante, obiettivo che ha comportato un ventaglio di attività schematizzabile nelle seguenti macro-aree: • allestimento della macchina e del complesso di sensori e sistema di acquisizione dati / telemetria (basati sul sistema open-source ArduPilot Mega), con attività di calibrazione e prove in volo preliminari; • modellazione matematica del velivolo, ai fini della scrittura dei classici modelli linearizzati longitudinale e latero-direzionale per la stima degli autovalori del sistema; • attività di identificazione, con sviluppo del software di bordo e degli strumenti informatici per l’elaborazione dei dati, progetto ed esecuzione delle prove di volo necessarie. Pur non trattandosi di fasi rigidamente separate a livello cronologico e operativo, la classificazione rispecchia la sequenza logica del lavoro svolto ed è stata dunque ripresa anche per l’organizzazione dei capitoli del presente documento.