Progetto e Costruzione di un U.A.V

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1 Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria C.d.L. In Ingegneria Meccanica Progetto e Costruzione di un U.A.V Relatore: Chiar.mo Prof. Ing.Franco Persiani Correlatori: Chiar.mo Prof. Ing.Giambattista Scarpi Chiar.mo Prof. Ing. Gian Marco Saggiani Tesi di laurea di: Alessandro Ceruti Anno Accademico 1999/2000

2 Acronimi che identificano velivoli di questo tipo: U.A.V.: Unmanned Air Vehicle; R.P.V.: Remotely Piloted Vehicle. SENZA PILOTA

3 Da cosa è composto un sistema U.A.V.?

4 Applicazioni di un velivolo U.A.V. Campo Militare: bersaglio; ricognizione; identificazionedesignazione bersagli; inganno radar. Campo Civile: rilievi topografici; sorveglianza (ambientale, traffico, industriale); meteorologia; pubblica sicurezza; riprese fotografiche o televisive; ripetitore di segnali radio.

5 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

6 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

7 Stima dei pesi Elemento Peso (Newton) Motore 22 Ala 35 Fusoliera 30 Travi di coda 10 Piano di coda 4 Serbatoio 90 Elettronica 14 Timone verticale 3 Supporto elettronica 4 Supporto telecamera 5 Setto di separazione 1 Carrello posteriore 7 Carrello anteriore 3 Batterie 5 Servocomandi 5 TOTALE 238

8 Profilo alare Gottinga Go-1020 Profilo concavo convesso di impiego aeronautico adatto a bassi Re

9 Profilo impennaggi Norman Habbe hn-316s Profilo simmetrico utilizzato sugli aeromodelli adatto per piani di coda che lavorano a bassi Re

10 Polare sperimentale dell ala per allungamento 5 e Re=

11 Portanza e Resistenza: effetti della variazione dell allungamento e delle linearizzazioni introdotte L D = = 1 cl 2 1 c 2 Sρv d 2 Sρv 2 1 0,15 Cl 0, , Cl infinito Cl inf. Appross Cl 4 Cd 0,1 0, Cd infinito Cd 4 alfa alfa

12 Primo dimensionamento del velivolo

13 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;

14 Motore: curve di potenza e consumi al variare dell apertura del gas 2500 Potenza (Watt) rpm rpm

15 Assetti in cui si ottiene la massima autonomia chilometrica e oraria Cl/Cd alfa 15,0 Cl^1,5/Cd 10,0 5,0 0, alfa

16 Decollo a = T f W 1 ρc 2 l W Sv ρc 2 d Sv 2 g

17 Disegno costruttivo dei particolari 1000 R Ø B 25 A C Ø 60 24,8 21 Ø , B A C 50 SEZIONE A-A SEZIONE B-B SEZIONE C-C De nomi na zion e UNIVERSITA' di BOL OGNA - FACOLTA' di INGEGNERIA Materiale Polistirolo Sagoma ala Spigoli non quotati R 0,5 Note Sca la Dise gn o n 1: Nome e Cognome Matricola Alessandro Ceruti Data 12/

18 Disegno del complessivo

19 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

20 Analisi dei costi Materiali per la costruzione della cellula: Mano d opera: Stumentazione elettronica imbarcata: Elettronica Mano d'opera Materiali per cellula

21 Conclusioni e Sviluppi futuri Il velivolo si è dimostrato pienamente all altezza delle aspettative Installazione di altre telecamere per fornire altre viste Guida manuale del velivolo attraverso un personal computer Totale automatizzazione del volo dell`uav Adozione di un motore sviluppato appositamente per il velivolo Sostituzione del sistema di trasmissione delle immagini con uno avente maggiore raggio d`azione

22 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

23 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

24 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

25 Vista in prospettiva

26 Caratteristiche del velivolo Apertura alare: 3534 mm Lunghezza: 2785 mm Altezza massima: 843 mm Carreggiata carrello: 660 mm Superficie alare: 1,76 m 2 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

27 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

28 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

29 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

30 Disposizione del carico utile e del serbatoio dentro alla fusoliera

31 Disposizione del carico utile Il velivolo è dotato di 2 telecamere ciascuna corredata di trasmettitore, antenna e batterie

32 Ala centrale

33 Ala centrale esploso

34 Impennaggio orizzontale