Flight dynamics

Codice identificativo insegnamento: 096008
Programma sintetico: DINAMICA DEL VOLO ATMOSFERICO.
Modellistica e simulazione del velivolo: dinamica del corpo rigido tridimensionale, rotazioni finite e parametrizzazione, sistemi di riferimento aeronautici; modelli delle forze aerodinamiche e propulsive, equazioni complete del moto; metodi di integrazione e simulazione del volo; primitive del moto, manovre e condizione trimmate; linearizzazione: teoria delle piccole perturbazioni, analisi di sistemi lineari, disaccoppiamento longitudinale/latero-direzionale, equazioni del moto linearizzate, derivate di stabilità e controllo. Stabilità: stabilità statica e controllo longitudinale, stabilità statica e controllo latero-direzionale, formulazioni a comandi bloccati e a comandi liberi, sforzi di barra; stabilità dinamica e risposta dinamica: stabilità dinamica longitudinale, fugoide e corto periodo, approssimazioni longitudinali, risposta dinamica longitudinale, stabilità dinamica latero-direzionale, rollio, spirale e dutch roll, approssimazioni latero-direzionali, risposta dinamica latero-direzionale; accoppiamento inerziale e vite; comportamento alle alte incidenze. Controllo: qualità di volo, architettura di sistemi di controllo del volo, richiami sui metodi per la progettazione di leggi di controllo; sistemi di aumento della stabilità, autopiloti, sistemi di controllo della traiettoria, sistemi di attenuazione della raffica e riduzione dei carichi. Identificazione di modello da prove di volo: introduzione, prove di volo, strumentazione e misure, pre-processamento dei dati; metodi nel tempo (output error, filter error, equation error, metodi di filtraggio), metodi in frequenza (cenni), identificazione di velivoli instabili; validazione di modelli.

Part 1: Aircraft flight dynamics. Rigid body kinematics and dynamics. Basic aerodynamics. Aircraft forces and moments. Recap on static analysis. Complete nonlinear aircraft model. Decoupling and steady-state flight. Recap on systems theory: equilibria and linearisation. Linearisation of the force terms. Linearisation of the kinematic terms. Recap on systems theory: LTI state-space models. Linearised models for longitudinal and lateral dynamics. Dimensionless derivatives. Modal decomposition of aircraft models. Recap on systems theory: transfer functions and frequency responses. Longitudinal transfer functions and modes. Lateral-directional transfer functions.

Part 2: Flight Control Systems. Introduction to Flight Control. Recap on control systems analysis methods. Handling qualities requirements. Recap on control systems design methods. Pitch axis Stability Augmentation System. Lateral-directional SAS/Yaw damper. SAS examples. Pitch rate Control Augmentation System. Normal acceleration CAS. Lateral-directional CAS. Flight control systems Verification & Validation: Monte Carlo method. Introduction to system identification. Identifiability and experiment design. Output error parameter estimation.