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Per ottenere un tasso di guasto λT di 10-9 per ora di volo, con 2 sistemi ridondanti tali da renderne necessario solo uno, con un tempo di riparazione di tre ore (µ=1/3), λ pari a 1,3 x 10-5 guasti/ora o un MTBF di 77kHrs, una cifra rea- listica per un sistema. Il monitoraggio è fondamentale Il valore del tasso di guasto appena calcolato dipende dal rilevamento immediato e dalla tempestiva elimi- nazione dei guasti. Con i sistemi ridondanti attivi, se la commutazione avviene immediatamente quando uno dei due si guasta, il sistema passa effettivamente a uno con affidabilità inferiore; quindi, un allarme deve registra- re immediatamente il guasto. Un problema è tuttavia il rilevamento di un guasto “soft”, un tipo di errore in cui un computer, ad esempio, fornisce un comando diver- so dall’altro in una coppia ridondante. Se uno comanda “nose up” (inclinare verso l’alto l’aereo) e l’altro “nose down” (inclinarlo verso il basso), non è possibile stabilire quale sia il comando corretto. Per questo motivo, potreb- be essere necessario avere almeno tre sistemi in un set ridondante, in modo che la scelta finale sia certa. Sebbene sia realistico disporre di una sola batteria di tra- zione principale, i conduttori (rail) di alimentazione ausi- liaria generati dai convertitori DC-DC, con i loro livelli di stress e temperature interne elevate, dovrebbero essere duplicati per garantire la ridondanza. È necessario pren- dere le necessarie precauzioni affinché un guasto non provochi il collasso dell’altro. Il monitoraggio è invece più semplice, poiché le tensioni di uscita sono general- mente predeterminate e immutabili. Configurazione dei rail di alimentazione ausiliari ridondanti Per la configurazione dei rail di alimentazione ausiliari ridondanti si possono fare alcune scelte. Ad esempio, la disposizione potrebbe essere “on line”, con due DC-DC continuamente in funzione, che condividono l’alimen- tazione e le uscite controllate reciprocamente mediante diodi di isolamento (Figura 1). Questo sistema ha il van- taggio di poter monitorare continuamente lo “stato di salute” di entrambe le unità, assicurando la continuità di funzionamento anche dopo un singolo guasto. Il mo- nitoraggio deve essere indipendente e qualsiasi control- lo del valore di corrente non deve introdurre un singolo punto di guasto. Anche i diodi di controllo (gating diode) o talvolta i MOSFET devono essere scelti con cura e inclu- si nel monitoraggio, poiché un diodo in cortocircuito, ad esempio, può consentire un funzionamento “normale”, ma se il DC-DC che lo pilota si guasta con un cortocir- cuito in uscita, il rail di alimentazione controllato for- di “vertiporti” designati, con tutte le ovvie considera- zioni sulla sicurezza, sulle infrastrutture e sull’impatto ambientale. Tolleranza ai guasti degli eVTOL Nonostante la necessità di ridurre al minimo il peso e le dimensioni, l’elettronica di controllo di un eVTOL deve avere le stesse garanzie e la medesima tolleranza ai gua- sti di un aereo tradizionale, il che significa ridondanza per i sistemi critici. Si tratta, come minimo, del controllo dei motori e delle superfici, della navigazione e delle co- municazioni. Una misura dell’affidabilità necessaria è il “tasso di guasti catastrofici” e un valore attribuito dall’E- ASA è di 10-9 per ora di volo, a volte espresso come il suo inverso, ovvero un tempo medio tra i guasti (MTBF) di un miliardo di ore. Questo potrebbe sembrare un dato molto conservativo, ma nel momento in cui aumenta il nume- ro di velivoli, si supponga ad esempio di averne 10.000 in servizio, ciò significa che non più di uno dovrebbe gua- starsi in modo catastrofico durante oltre 11 anni di volo accumulati, che dovrebbero essere ben oltre la durata operativa tipica. Si noti che ciò si verifica nel corso degli 11 anni, e non successivamente in quanto si ipotizza un tasso di guasto costante durante la vita operativa. Per un singolo velivolo, ciò corrisponde a una “probabilità di so- pravvivenza” dopo 11 anni di volo di 0,99999, un dato che sembra rassicurante. Una difficoltà è tuttavia rappresen- tata dalla determinazione dei tassi di guasto dei compo- nenti, poiché gli standard che regolano calcoli di questo tipo come MIL-HDBK-217F e Telcordia SR-332 possono produrre risultati molto differenti tra di loro. Quantificazione della ridondanza Qualunque sia lo standard di calcolo utilizzato, l’elettro- nica di un aeromobile eVTOL non può praticamente rag- giungere un MTBF di un miliardo di ore durante la vita operativa senza ricorrere alla ridondanza. Tuttavia, la semplice duplicazione di un sistema produce un enorme miglioramento. Se i guasti vengono riparati e i sistemi duplicati sono entrambi attivi in linea con tassi di guasto uguali, il tasso di guasto complessivo λT è dato da [3]: La formula fa riferimento a n sistemi, ciascuno con un tasso di guasto λ (all’ora), un tasso di riparazione di µ (all’ora) e con k sistemi minimi necessari per far volare il velivolo. POWER AUXILIARY POWER ELETTRONICA OGGI 524 - MARZO 2025 57