Progetto e Costruzione di un Progetto e Costruzione di un U.A.VU.A.V

Relatore:Chiar.mo Prof. Ing.Franco PersianiCorrelatori: Chiar.mo Prof. Ing.Giambattista ScarpiChiar.mo Prof. Ing. Gian Marco Saggiani

Tesi di laurea di:Alessandro Ceruti

Anno Accademico 1999/2000

Università degli Studi di Bologna

Facoltà di IngegneriaC.d.L. In Ingegneria Meccanica

Acronimi che identificano velivoli di questo tipo:

•• U.A.V.: Unmanned Air Vehicle;U.A.V.: Unmanned Air Vehicle;

•• R.P.V.: Remotely Piloted VehicleR.P.V.: Remotely Piloted Vehicle..

SENZA PILOTA

Da cosa Da cosa èè composto un composto un sistema U.A.V.?sistema U.A.V.?

Applicazioni di un velivolo U.A.V.

Campo Militare:Campo Militare:• bersaglio;• ricognizione;• identificazione-

designazione bersagli;• inganno radar.

Campo Civile:Campo Civile:• rilievi topografici;• sorveglianza (ambientale,

traffico, industriale);• meteorologia;• pubblica sicurezza;• riprese fotografiche o

televisive;• ripetitore di segnali radio.

Specifiche del progetto

• Alta affidabilità• Massima autonomia• Buona qualità delle immagini• Semplicità d’utilizzo del velivolo• Economicità nella costruzione e nell’uso• Bassa rumorosità• Breve corsa di decollo ed atterraggio

Fasi del progetto

• Stima dei pesi;• Scelta dei profili da impiegare;• Dimensionamento dell’ala e degli impennaggi;• Primo dimensionamento del velivolo;• Affinamento del progetto;• Verifica del raggiungimento delle caratteristiche indicate

nella specifica;• Disegno costruttivo dei particolari• Disegno del complessivo

Stima dei pesi

Elemento Peso (Newton)Motore 22

Ala 35Fusoliera 30

Travi di coda 10Piano di coda 4

Serbatoio 90Elettronica 14

Timone verticale 3Supporto elettronica 4Supporto telecamera 5Setto di separazione 1Carrello posteriore 7Carrello anteriore 3

Batterie 5Servocomandi 5

TOTALE 238

Profilo alare

Gottinga Go-1020Profilo concavo convesso di impiego aeronautico

adatto a bassi Re

Profilo impennaggi

Norman Habbe hn-316sProfilo simmetrico utilizzato sugli aeromodelli adatto per piani di coda che lavorano a bassi Re

Polare sperimentale dell’ala per allungamento 5 e Re=400.000

Portanza e Resistenza: effetti della variazione dell’allungamento e

delle linearizzazioni introdotte

2

2

2121

vScD

vScL

d

l

ρ

ρ

=

=

0

0,05

0,1

0,15

-10 -5 0 5 10 15

alfa

CdCd infinito

Cd 4

-1

-0,5

0

0,5

1

-10 0 10 20

alfa

Cl

Cl infinito

Cl inf. ApprossCl 4

Primo dimensionamento del velivolo

Affinamento del progetto• Calcolo della polare del velivolo completo;• Ricerca degli assetti di volo più convenienti;• Calcolo degli effetti dei flaps;• Verifica degli alettoni;• Calcolo della potenza necessaria al volo;• Dimensionamento dell’elica;• Stima dei consumi del motore;• Studio della disposizione del carico utile;• Bilanciamento del velivolo;

Motore: curve di potenza e consumi al variare dell’apertura del gas

0

500

1000

1500

2000

2500

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

rpm

Pote

nza

(Wat

t)

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 2000 4000 6000 8000 10000

rpm

Assetti in cui si ottiene la massima autonomia chilometrica e oraria

02468

10121416

-10 -5 0 5 10 15

alfa

Cl/C

d

0,0

5,0

10,0

15,0

-4 0 4 8 12

alfa

Cl^1

,5/C

d

Decollo

gW

SvcSvcWfTa

dl ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−

=

22

21

21 ρρ

Disegno costruttivo dei particolari

UNIVERSITA' di BOL OGNA - FACOLTA' di INGE GNERIADe nomina zion e

N ome e Co gnome Ma tri cola Da ta

Sca la Di se gn o n°

Ma teria le

N oteSagoma alaAlessandro Ceruti 12/20002109 60991

1:2 10. 10.01

A

AB

B

C

CSEZIONE A-A SEZIONE B-B SEZIONE C-C

1000

280

20040

15

R 30

Ø 6

18

49

1 0

350

94

25

60

19050

60

60

120°

154

284

344

297

50

43

25

25

19

1213

111

6

2

13525

23

18

24,8

24,7

314

34

1818

491

30

60

16

2925

11

6

18

20

1

3318

25

25

20 24

21

17Ø

6

12Ø

394

Polistirolo

Spigoli non quotati R 0,5

Disegno del complessivo

Trasmissione dei segnali video• Sul velivolo: telecamera, trasmettitore, amplificatore,

antenna ed adeguate batterie per l’alimentazione• A terra: antenna, ricevitore, batterie per l’alimentazione,

Computer portatile per la digitalizzazione delle immagini

Analisi dei costi

• Materiali per la costruzione della cellula: 9.518.000 £• Mano d’opera: 5.380.000 £• Stumentazione elettronica imbarcata:1.737.000 £

Elettronica

Mano d'opera

Materiali per cellula

Conclusioni e Sviluppi futuri

• Installazione di altre telecamereper fornire altre viste

• Guida manuale del velivoloattraverso un personal computer

• Totale automatizzazione del volo dell`UAV

• Adozione di un motoresviluppato appositamente per ilvelivolo

• Sostituzione del sistema ditrasmissione delle immaginicon uno avente maggiore raggiod`azione

• Il velivolo si è dimostratopienamente all’altezza delleaspettative

Vista frontale

•Ala alta per conferire buona stabilità intorno all’asse di rollio

•Timone orizzontale sdoppiato per conferire maggiore affidabilità

•Timone orizzontale alto fuori dalla scia turbolenta dell’elica

•Carrello dalla ampia carreggiata

•Elica distante dal terreno e posta in asse col velivolo

Vista laterale

•Carrello triciclo anteriore

•Motore spingente

•Serbatoio in posizione baricentrica per non variare il centraggio durante il volo

•Telecamere vista pilota e vista terreno poste a prua per avere una visuale libera

•Ampio vano di carico che consente l’imbarco di altra strumentazione

Vista in pianta

•Ala dal forte allungamento per innalzare l’efficienza

•Ala dotata di flap e di alettoni con servocomandi indipendenti

•Configurazione a doppio trave di coda

Vista in prospettiva

Caratteristiche del velivolo

• Apertura alare: 3534 mm• Lunghezza: 2785 mm• Altezza massima: 843 mm• Carreggiata carrello: 660 mm• Superficie alare: 1,76 m2

• Motore: 50 cc boxer bicilindrico a 4 tempi• Velocità di crociera: 19 m/s pari a 70 Km/h• Velocità massima: 33 m/s pari a 118 Km/h• Autonomia chilometrica massima: 630 Km• Autonomia oraria: 9 h• Spazio di decollo a pieno carico: 75 m• Spazio di atterraggio su pista: 80 m

Vista frontale

•Ala alta per conferire buona stabilità intorno all’asse di rollio

•Timone orizzontale sdoppiato per assicurare maggiore affidabilità

•Timone orizzontale alto fuori dalla scia turbolenta dell’elica

•Carrello dalla ampia carreggiata

•Elica distante dal terreno e posta in asse col velivolo

Vista in pianta

•Ala dal forte allungamento per innalzare l’efficienza

•Ala dotata di flap e di alettoni con servocomandi indipendenti

•Configurazione a doppio trave di coda

Vista laterale

•Carrello triciclo anteriore

•Motore spingente

•Serbatoio in posizione baricentrica per non variare il centraggio durante il volo

•Telecamere vista pilota e vista terreno poste a prua per avere una visuale libera

•Ampio vano di carico che consente l’imbarco di altra strumentazione

Disposizione del carico utile e del serbatoiodentro alla fusoliera

Disposizione del carico utile

•Il velivolo è dotato di 2 telecamere ciascuna corredata di trasmettitore, antenna e batterie

Ala centrale

Ala centrale esploso

Impennaggio orizzontale