Cosa è un UAV
Con l’acronimo UAV, che significa Unmanned Aerial Vehicle (aerei non abitati), si individua una classe di aerei in grado di volare senza nessuno a bordo.
Nel parlare comune questi velivoli ricordano i modelli aerocomandati, dove solitamente, il modellista riesce a pilotare l’aereo da terra tramite un radiocomando, ovviamente l’UAV è una macchina più sofisticata in grado di compiere missioni oltre il punto di vista del personale di terra, trasportare un definito carico pagante, e restare in volo svariate ore, compiendo assegnati compiti e piani di volo.
Il pilotaggio dell’ UAV può essere effettuato da una idonea stazione di terra, dove è presente personale specializzato (questi aerei sono inquadrati nella classe RPV-Remoted Piloted Vehicle), oppure in modo del tutto automatico tramite idonei apparati elettronici presenti a bordo del velivolo e appositamente tarati; le due condizioni possono convivere ottenendo così segmenti di volo percorsi in modo autonomo dall’UAV e segmenti di volo controllati da remoto.
Il decollo e l'atterraggio possono avvenire sia con i metodi convenzionali, cioè con carrello, che con metodi non convenzionali ad esempio decollo con catapulta ed atterraggio con paracadute o tramite cattura con reti.
Le dimensioni degli UAV sono molto variabili, dipendendo dal tipo di impiego, dal sistema di propulsione (che può variare dai propulsori elettrici,a quelli a getto) e dal carico pagante (ad esempio ripetitori di segnali radio, sensori all'infrarosso, telecamere, sensori per misurare la misura di concentrazione di gas nell'atmosfera,etc.), si hanno così aerei con un peso massimo al decollo che può variare da poche decine di Newton (mini UAV) a qualche migliaia.
Riveste un ruolo di vitale importanza il sistema di trasmissione dati tra velivolo e stazione di terra la cui realizzazione tecnica, basata sostanzialmente su un sistema ad onde radio, può variare a seconda della nazione, della portata necessaria e dall’impiego che può avvenire sia in campo civile che militare.
Per ovvie ragioni di sicurezza, qualora venissero meno i contatti tra l'UAV e la stazione di terra, la macchina dovrà essere in grado di portarsi verso un luogo sicuro, stabilito a priori, dove atterrerà o aprirà il paracadute per rallentare la caduta in modo del tutto autonomo.
Questo tipo di velivoli nascono in campo militare individuati dall’acronimo UCAV (Unmanned Combat Aerial Vehicle), con l’obbiettivo di avere mezzi capaci di compiere missioni “rischiose” senza il pericolo di perdere vite umane; la tecnologia è stata successivamente estesa anche in campo civile, perché fissata un’opportuna missione di riferimento e paragonando i velivoli convenzionali con gli UAV , questi ultimi hanno mostrato diversi vantaggi quali ridotti costi orari di volo, non rischiare vite umane (che in missioni civili si ha ad esempio nel sorvolo di zone colpite da incendi, rilievo di sostanze venefiche nell’aria, etc .) un più economico addestramento del personale e tempi ridotti di pianificazione del volo.
Di fronte a questi motivi gli UAV sono diventati non più un puro esercizio accademico ma oggetto di studio e ricerca da parte di industrie ed Università con l’intento di un futuro e rapido impiego in campo civile, in attesa anche di una chiarificazione ed uniformazione delle norme internazionali che codifichino regole di costruzione al fine di ottenere la certificazione al volo, con scenari di sicuro interesse economico ed operativo.
IL Progetto SCAUT
In questi anni il Dipartimento di Ingegneria aerospaziale dell’Università di Pisa ha intrapreso lo studio e la realizzazione di un UAV all’interno del “Progetto SCAUT” (Sistema di Controllo Automatico del Territorio) che prevede la realizzazione di una macchina con peso massimo al decollo di 400 Kgf circa, che per dimensioni, prestazioni e carico pagante (inteso come peso di strumentazioni e sensori specifici per lo svolgimento di una determinata missione) risulta essere quella maggiormente interessante nelle molteplici attività di ricerca e controllo del territorio effettuabili con questo tipo di velivoli.
Attualmente il lavoro è in fase avanzata di studio e realizzazione grazie a diversi lavori di tesi precedenti, ognuno dei quali ha sviluppato un preciso argomento, dalla progettazione strutturale al controllo in volo alla realizzazione di un simulatore di volo.
Il progetto prevede la realizzazione di un modello in scala ridotta 1:2.3 con l’intento di avere un modello da poterlo mettere in volo in tempi ridotti cosicché i risultati sperimentali ottenuti dalle prove in volo possano essere confrontati con quelli teorici ed estesi poi a quelli dell’UAV in scala reale.
Affinché questo sia possibile le caratteristiche aeromeccaniche dei due velivoli devono essere teoricamente uguali, al fine di avere stesse derivate aerodinamiche (almeno teoricamente) che consentano di studiare la dinamica dell’UAV in scala reale.
Nell’operazione di scala sono stati mantenuti il carico alare, l’allungamento alare, il rapporto di rastremazione ed i volumi di coda orizzontale e verticale.
Avendo infine fissato un peso massimo al decollo di 75 Kgf è stato possibile ricavare tutte le altre grandezze geometriche necessarie per la definizione del modello.
Contributo di questo lavoro
L’obbiettivo di questo lavoro è il computo delle derivate aerodinamiche dell’aereo in caso di avaria di una superficie mobile di controllo, sia essa in ala o in coda, così da poterne prevedere il comportamento dinamico e come si possa sopperire all’avaria in corso utilizzando altre superfici mobili per controllare e manovrare l’aereo ottenendo così delle nuove derivate aerodinamiche per i comandi di pilotaggio.
Infatti, per soddisfare i requisiti di sicurezza durante il volo è necessario studiare l’ipotetica, ma non impossibile, avaria di una superficie di controllo e come l’aereo possa essere riconfigurato, dimostrando cioè se è possibile continuare il volo in quanto l’aereo è ancora controllabile e manovrabile così da
consentire il proseguo della missione ed il rientro oppure se l’avaria è catastrofica, quindi non sono attuabili procedure che consentano di rendere controllabile l’aereo rendendosi perciò necessaria l’immediata interruzione della missione tramite apertura del paracadute di bordo.
Inoltre in dipartimento è attualmente presente il modello in scala citato precedentemente; per motivi di costruzione alcune dimensioni sono risultate leggermente diverse da quelle teoriche previste con i rapporti in scala, così si è reso necessario stimare nuovamente alcune caratteristiche aeromeccaniche e le derivate aerodinamiche basandosi sulle misure effettive del modello, tali calcoli fanno parte del presente lavoro.
Il simulatore di volo ed il blocco FMS in esso contenuto, presente nel laboratorio di Meccanica del Volo, è gestito tramite il programma Matlab© ed il pacchetto Simulink© quindi, per continuità, questo lavoro è stato redatto tramite i citati software.
