Miglioramento dei modelli di parafoil sulla base dei test di volo

Ground landing systems using parachutes are widely employed in the space sector to ensure the integrity of the payload and landing at a predetermined point. In particular, parafoils stand out for their maneuverability, which makes them ideal for use in combination with a Guidance, Navigation, and Control (GNC) system. To develop GNC algorithms, a reliable model of the parafoil-payload system is necessary, which, to be as realistic as possible, introduces a large number of unknown parameters. In this work, the values of the parameters for a twelve-degree-of-freedom model of the parafoil-payload system are identified using data obtained from drop tests. The data analysis involved reconstructing the environmental conditions present during the tests, such as air density and wind speed. The characteristics of the parafoil were derived by fitting the data based on the parametric curve of a spiral for the turn rate and turn radius values, while equilibrium speed values were obtained using a damped harmonic oscillator function fit. Other quantities extracted from the tests include the parameters characterizing a flare maneuver and the period of relative yaw oscillations. The results were used for parametric research, performed through Monte Carlo simulations implementing the mathematical model. By evaluating the correlation between model parameters and target quantities, parameter tuning was carried out, identifying a parametric range that reproduced the test results.

I sistemi di rientro a terra attraverso paracaduti sono metodi ampiamente utilizzati in ambito spaziale per assicurare l'integrità del carico e l'atterraggio in un punto prestabilito. In particolare i parafoil si distinguono per la loro manovrabilità, ideale per essere usata in combinazione con un sistema di guida, navigazione e controllo (GNC). Per lo sviluppo degli algoritmi di GNC è necessario avere un modello affidabile di sistema parafoil-payload, che per essere il più possibile attinente alla realtà introduce un gran numero di parametri non noti. In questo elaborato i valori dei parametri di un modello a dodici gradi di libertà per il sistema parafoil-payload sono stati identificati a partire dai dati ottenuti tramite test di volo. L'analisi dei dati ha previsto di ricostruire le condizioni ambientali presenti durante i test quali densità dell'aria e velocità del vento. Le caratteristiche del parafoil sono state ottenute adoperando un fit dei dati basato sulla curva parametrica di una spirale per i valori di turn rate e turn radius, mentre con un fit alla funzione di oscillatore armonico smorzato si sono ricavati i valori delle velocità di equilibrio. Altre quantità estratte dai test sono i parametri che caratterizzano una manovra di flare e il periodo delle oscillazioni di yaw relative. I risultati trovati sono stati impiegati per la ricerca parametrica, eseguita tramite l'uso di simulazioni Monte Carlo che implementano il modello matematico. Valutando la correlazione tra i parametri del modello e quantità target è stato possibile effettuare il tuning dei parametri, individuando un range parametrico che riproducesse i risultati dei test.