Calibrazione automatica dei parametri del modello di volo di un elicottero per la certificazione di un simulatore di volo

The development of high-fidelity full flight simulators for training pilots of aircraft and helicopters is an extremely complex process, that is subject to careful verification by the national flight authorities which are in charge of certifying a simulator for training: more specifically, in the context of such process it is of crucial importance the tuning of the model, i.e. the calibration of the values ​​of flight model's parameters, as this is the only way of ensuring that the simulated behavior of the aircraft is fully consistent with the observed behavior in actual flight tests. The purpose of the thesis is to propose novel techniques for automatic identification and for the subsequent optimization of the relevant parameters of the model, framing the techniques proposed in a workflow that can be used for automatic tuning of the flight model of a simulator. The thesis has been carried out with the collaboration of TXT e-solutions, interested to automate a process, that, at the state of the art, it is done manually by experienced engineers; the industrial partner provided a helicopter flight simulator to be used for evaluating the proposed techniques. The techniques for parameter identification (screening) have proven themselves capable not only of correctly identifying the parameters known to be relevant, but also of effectively discriminating between the remaining relevant parameters and the others less relevant ones; also the techniques of model optimization (tuning), used in combination with the results of the screening phase, proved themselves very effective in improving the accuracy of the simulator. The work done on the identification of the relevant parameters was presented at a Workshop organized in Rome by the NATO Modelling & Simulation Center Of Excellence on innovative techniques in the area of computer simulations (MESAS 2014), while the complete thesis work has been accepted as a Regular Paper at the 4th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications (SIMULTECH 2014).

Lo sviluppo di simulatori di volo ad alta fedeltà per l’addestramento dei piloti di aerei ed elicotteri è un processo estremamente complesso, che deve superare rigorose certificazioni da parte delle diverse autorità nazionali preposte: in particolare, nel contesto di tale processo, riveste grande importanza il tuning del modello, ossia la calibrazione dei valori dei parametri del modello di volo finalizzata a garantire che il comportamento simulato del velivolo sia consistente con il comportamento effettivamente osservato nelle prove di volo reali e specificato nei manuali. Scopo di questa tesi è di proporre alcune tecniche automatiche per l’identificazione e la successiva ottimizzazione dei parametri rilevanti del modello, inquadrando le tecniche proposte in un workflow che possa essere usato per il tuning automatico del modello di volo di un simulatore per l’addestramento di piloti di elicotteri. La tesi è stata portata avanti con la collaborazione dell’azienda TXT e-solutions, interessata ad automatizzare un processo che, allo stato dell’arte, è solitamente svolto manualmente da personale specializzato, e tutte le tecniche proposte hanno potuto quindi esser testate su un simulatore di volo di elicotteri da loro sviluppato. Le tecniche di identificazione (screening) si sono dimostrate capaci di identificare correttamente i parametri notoriamente rilevanti, oltre a discriminare efficacemente tra i rimanenti parametri rilevanti e gli altri; anche le tecniche di ottimizzazione del modello (tuning), usate in combinazione con i risultati della fase di screening, si sono dimostrate molto efficaci nel migliorare le performance del simulatore. La parte sull’identificazione dei parametri rilevanti è stata presentata a un Workshop organizzato a Roma dal NATO Modelling & Simulation Center Of Excellence su tecniche innovative nel mondo delle simulazioni computerizzate (MESAS 2014), il lavoro completo è stato invece accettato come Regular Paper a una conferenza internazionale sulle tecniche e metodologie di simulazione e modellazione (SIMULTECH 2014).