New approach and results on the stability and control of airship

L'obiettivo principale della Tesi di Dottorato è stato quello di sviluppare nuovi metodi per l’analisi della stabilità ed il controllo dei dirigibili ed applicarli a diverse configurazioni di piani di coda. Le metodologie sviluppate sono state prevalentemente di natura teorica e numerica, anche se si è effettuato uno studio su un nuovo approccio sperimentale per la valutazione delle derivative di stabilità utilizzando le prove in vasca navale. Il rinnovato interesse per l’utilizzo dei dirigibili ha evidenziato la necessità di sviluppare nuovi metodi e tecniche per valutarne le caratteristiche di stabilità ed il comportamento dinamico. Inizialmente è stato ricercato un metodo per analizzare la stabilità del dirigibile a partire dalle equazioni linearizzate del moto. E’ stato sviluppato il modello dinamico teorico per un piccolo dirigibile, l’AIUX15, e successivamente implementato in ambiente Matlab/Simulink per due diverse configurazioni di impennaggi d’interesse. Analisi ingegneristiche ed test preliminari condotti sul prototipo del dirigibile AIUX15 hanno evidenziato la significativa influenza degli impennaggi in termini di peso e assetto. Uno degli obiettivi perseguiti è stato lo sviluppo di diversi approcci di controllo in aria calma ed in turbolenza, con la finalità di controllare i moti oscillatori di rollio; tali oscillazioni rappresentano una fonte di disturbo per i sistemi di acquisizione dati che costituiscono il principale carico pagante di questa tipologia di dirigibili. Infine è stato condotto uno studio preliminare per il calcolo delle derivative di stabilità del dirigibile mediante prove sperimentali nella vasca navale, basato sul metodo delle oscillazioni forzate. I principali risultati ottenuti hanno riguardato le applicazioni numeriche condotte sul prototipo del dirigibile AIUX15 della società “Airship Italia s.r.l.”. Sono stati ricercati nuovi metodi di previsione della stabilità per diverse condizioni di peso nonché sono state applicate innovative leggi di controllo per i moti latero-direzionali. Partendo da modelli presenti in letteratura basati sull’ipotesi di neutral buoyancy sono stati sviluppati modelli lineari per analizzare anche condizioni di volo con il peso maggiore della spinta aerostatica (heaviness condition). E’ stato implementato il modello dinamico a 6DoF dell’AIUX15 in ambiente Matlab/Simulink; ciò è stato possibile modificando alcune delle ipotesi standard presenti in letteratura. Sono stati messi a punto due modelli dello stesso dirigibile con due diverse configurazioni di impennaggi (“cross tail configuration” ed “inverted Y tail configuration”). Successivamente sono stati considerati e analizzati nuovi approcci (solo timone o timone e alettoni) e leggi di controllo (posizionamento dei poli in turbolenza e controllo ottimo con decadimento esponenziale) per il problema latero-direzionale.