Processo e controllo oggi

29/08/2023 Portescap SA

Il controllo preciso della pinna del missile può fare la differenza tra colpire o mancare il bersaglio. L'attuazione delle alette dipende da una soluzione di movimento con un controllo affidabile ed elevato dinamico, in un pacchetto ad alta densità di potenza. Una strategia COTS (personalizzabile off-the-shelf) può aiutare a raggiungere questo risultato, riducendo al minimo i tempi di sviluppo e rispettando i criteri operativi essenziali.

Per ottenere la precisione entro pochi metri dal punto di impatto previsto del missile, è fondamentale un controllo preciso delle pinne. Mentre il sistema di guida controlla la traiettoria, le prestazioni della soluzione di movimento, comprendente il motore e il controllo del feedback, sono cruciali per ottenere una posizione precisa e reattiva della pinna del missile. La capacità di azionare le alette secondo l'angolazione precisa, reagendo rapidamente al feedback continuo, è essenziale per ottenere la precisione del bersaglio.

L'attuazione delle alette del missile richiede un sistema di controllo del movimento in grado di generare una coppia sufficiente per spostare la posizione contro le forze aerodinamiche, inclusa una velocità fino a diverse volte la velocità del suono. Tuttavia, la massa e il volume fisico sono vincoli critici, sia in termini di carico utile complessivo dell’aereo se si considerano i missili lanciati dall’aria, sia in termini di caratteristiche di prestazione di volo del missile stesso.

Elevato controllo dinamico

I motori CC senza spazzole, noti anche come BLDC, sono il design preferito e uno dei motivi principali è la loro densità di potenza intrinseca. L'assenza di spazzole può essere combinata con un design slotless che consente una maggiore concentrazione degli avvolgimenti, aumentando la coppia per il fattore di forma. Anche il passaggio a quattro poli del motore, anziché a due, mantiene la stessa massa e dimensioni ridotte, ma ottimizza la coppia. Di conseguenza, progetti di motori come Portescap 30ECT Ultra EC™ possono aumentare la potenza erogata dal sistema del 20% per il dato involucro. Il 30ECT90 può generare fino a 225 mNm di coppia continua massima, nonché la coppia di picco richiesta per il funzionamento altamente dinamico; può anche sostenere una coppia di picco di 2 secondi creando 2,4 Nm.

Elevate prestazioni dinamiche sono essenziali per consentire il controllo virtuale delle pinne in tempo reale per mantenere una traiettoria precisa dal feedback situazionale. Contribuendo alla rapida accelerazione, la bassa inerzia è ottenuta grazie al design senza slot grazie al suo rotore più leggero, migliorando la risposta dinamica. Un motore senza slot riduce inoltre la coppia di cogging, garantendo un movimento fluido essenziale per ottimizzare il controllo. Anche la commutazione elettronica del motore BLDC è vitale per questo processo e i motori 30ECT Ultra EC integrano sensori Hall per fornire un feedback sulla posizione del rotore, nonché il controllo del motore, comprese velocità e coppia.

L'affidabilità è fondamentale

Considerando l’imperativo della precisione, garantire l’affidabilità dell’azionamento delle alette è altrettanto fondamentale. È essenziale una struttura del motore estremamente robusta, che garantisca resistenza agli urti e alle vibrazioni. Realizzati in acciaio inossidabile, i motori 30ECT sono dotati di flange anteriori saldate al laser per una maggiore durata. I motori possono funzionare anche in un ampio intervallo di temperature, da -55°C a 85°C. Il design del motore ottimizza il comportamento termico in cicli ripetitivi con carichi di picco elevati, tipici della necessità di frequenti cambiamenti di posizione di una pinna.

Mentre le caratteristiche del BLDC riducono al minimo le perdite di attrito migliorando al tempo stesso la regolazione termica, le caratteristiche slotless riducono al minimo le correnti parassite che contribuiscono anche alla generazione di calore. La riduzione delle correnti parassite riduce al minimo anche il rumore elettronico, laddove è fondamentale garantire la compatibilità elettromagnetica, insieme ai dispositivi elettronici e avionici. Inoltre, il design senza slot riduce la possibilità di densità di flusso magnetico concentrate che possono generare interferenze di rumore.

Vantaggi della strategia COTS

Considerando la posta in gioco nell’attuazione delle alette dei missili, un approccio di controllo del movimento su misura è un’opzione. Tuttavia, il tempo rappresenta il vincolo principale nella progettazione da zero, dove il solo sviluppo degli strumenti potrebbe richiedere più di un anno. Invece, una soluzione personalizzabile off-the-shelf (COTS) è una strategia pratica che combina un design su misura con una consegna rapida.