Progetto e Tecnologie di un Velivolo UAV

L’ articolo si propone di descrivere ed illustrare sia la progettazione che le tecnologie costruttive adottate per la realizzazione di un velivolo UAV avente peso massimo al decollo di circa 60 Kg e 4.5 metri di apertura alare (Fig. 1). Il lavoro descritto si inquadra in un progetto di ricerca di più ampio respiro portato avanti dalla II Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna e dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) di Roma, allo scopo di verificare la possibilità d’impiego di aeromobili senza pilota a bordo per applicazioni di Protezione Civile in generale, con particolare attenzione al monitoraggio delle attività vulcaniche. A differenza dei velivoli con pilota a bordo, gli UAV possono potenzialmente operare in ambienti ostili alla presenza umana (fumi, calore, sostanze inquinanti): sulla base di questa considerazione INGV ha chiesto alla II Facoltà di Ingegneria di sviluppare un UAV ad hoc per il sorvolo dei vulcani. Il payload di questo aereo automatico è costituito da telecamere nel campo del visibile e dell’infrarosso, da magnetometri e da sensori di misura della concentrazione di gas. Il sistema di guida, navigazione e controllo e di telecomunicazione, realizzati da altri colleghi della Facoltà ed in fase di sviluppo, permetterà la condotta automatica del volo in piena sicurezza con un raggio di controllo di 50 km. Nel presente lavoro, l’attenzione viene focalizzata sul progetto e sulla costruzione del segmento aereo del sistema UAV. La progettazione parte dalle specifiche di missione e da quelle che sono le esigenze del payload; successivamente si accennerà alla fase di progetto aeromeccanico per poi andare ad approfondire l’attività di individuazione dei carichi, il dimensionamento delle principali componenti strutturali, il disegno dei particolari, le analisi numeriche di verifica e l’individuazione delle tecnologie costruttive più consone alla realizzazione. L’aereo presenta una configurazione ad ala alta, con doppio trave di coda e carrello triciclo anteriore sterzante. Le ali sono realizzate con longheroni in alluminio, anima in polistirolo e pannelli in materiale composito laminato in stampo; la fusoliera è in fibra di vetro e presenta una struttura resistente formata da correnti e diaframmi di irrigidimento in fibra di carbonio. I travi di coda sono realizzati in fibra di vetro a partire da laminazione effettuata in stampo, mentre il motore è collegato alla fusoliera mediante un castello motore vincolato ad una ordinata parafiamma di forza. Per motivi di trasportabilità, è previsto che il velivolo possa essere smontato in più parti mediante innesti rapidi che rendono l’operazione di assemblaggio semplice e sicura. Nell’articolo, oltre a presentare i calcoli di dimensionamento e le analisi FEM si darà quindi particolare risalto alla descrizione delle soluzioni e delle tecniche costruttive, dei materiali utilizzati e delle tecnologie di lavorazione impiegate; la trattazione sarà corredata da varie fotografie esplicative che illustreranno le principali fasi della costruzione. A conclusione del lavoro si svolgerà un’analisi critica dell’intero progetto strutturale, mettendo in luce gli obiettivi raggiunti ed i possibili margini di miglioramento.