Data di deposito: 28/03/2007
Ambito territoriale di tutela: Italia
Inv: Prof. Lorenzo Marconi (DEIS), Dott. Roberto Naldi (DEIS), Ing. Andrea Sala (Libero professionista).
Background
Il contesto è quello degli UAV (Unmanned Aerial Veichle), ovvero velivoli aerei senza pilota, con particolare riferimento a configurazione di dimensione ridotta (Mini e Micro UAV). I velivoli di riferimento nel campo sono rappresentati dall’elicottero, in quanto velivolo ad ala rotante, e dal "converti-plano" ovvero di un aereo ad ala fissa con propulsione ad elica capace di atterrare e decollare verticalmente, grazie al movimento dell’asse dell’elica (in posizione verticale durante le fasi atterraggio/decollo, e gradualmente portato in posizione orizzontale durante il volo traslato).
I limiti di questi velivoli già esistenti sono rappresentati, per l’elicottero, dalla presenza di passi ciclici e collettivi e dalla presenza di un rotore di "coda" che complicano la struttura meccanica dell’elicottero. Inoltre, l’elica e tutte le parti mobili sono poste all’esterno della struttura portante, il che inficia la sicurezza del velivolo durante l’interazione con l’ambiente esterno. Un altro elemento debole dell’elicottero è rappresentato dall’effetto di deportanza in presenza di velocità traslazionali, causato dalla scarsa aerodinamicità della struttura esterna.
Per quanto riguarda i "converti-plano", non è presente una struttura che permetta di bilanciare le coppie di forze nel volo traslato e quindi la possibilità di commutare semplicemente l’assetto di volo.
Descrizione
E' stato sviluppato un velivolo ad ala rotante di dimensioni ridotte e dall’elevata semplicità meccanica capace di atterrare e decollare verticalmente e cambiare assetto dinamicamente al fine di ottimizzare l’efficienza del volo. L’assenza di una seconda elica contro-rotante che generi l’anticoppia è compensata dalla presenza di superfici mobili complanari sottostanti all’elica principale. Tutte le parti mobili e l’elica rotante del velivolo risultano racchiuse da un involucro rigido opportunamente sagomato, per tale motivo si definisce "ducted" la struttura esterna. L’elevata semplicità meccanica e strutturale del velivolo lo rendono inoltre in grado di interagire in modo dinamico con ostacoli e superfici incontrate nella sua area operativa.
Il velivolo è supportato da un sistema di controllo automatico capace di sopperire alla semplicità meccanica dello stesso e alle notevoli incertezze, sia in termini di dinamica controllata (incertezza dei parametri aerodinamici, presenza di disturbi quali raffiche di vento a cui far fronte, ecc.) che di task della missione da compiere, che possono caratterizzare il volo dell’UAV.
Vantaggi
La struttura "ducted" conferisce al velivolo notevoli vantaggi legati all’efficienza del volo traslato, dovuta alla portanza garantita in questa fase e all’ottimizzazione del volo in hovering a fronte di disturbi atmosferici; la configurazione risulta essere "packable", ovvero in grado di essere facilmente smontata per essere alloggiata in spazi ridotti e rimontata in tempi rapidi, e risulta essere strutturalmente poco complessa, il che rende il velivolo molto affidabile rispetto ai guasti di natura meccanica e a bassa/nulla manutenzione; l’elica confinata all’interno della sagoma della fusoliera permette una facile applicazione di attrezzature operative quali telecamere, sensori, bracci robotici, in qualunque posizione sia opportuno collocarli, permettendo così di eseguire al meglio il lavoro da svolgere, inoltre, permette una facile installazione di sistemi di sicurezza passivi quali paracadute balistico o air bag, destinati a proteggere le persone e le cose presenti nell’ambiente operativo e lo stesso mezzo da un’eventuale caduta causata da un guasto meccanico.
Infine, il velivolo risulta avere un enorme vantaggio economico, essendo realizzabile con prodotti standard facilmente reperibili sul mercato.
Keywords
fixed pitch rotary wing Micro UAV; VTOL; robust automatic control; ducted Fan; Efficient translated flight; passive security systems; efficient environment interaction