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
Acronimi che identificano velivoli di questo tipo: U.A.V.: Unmanned Air Vehicle; R.P.V.: Remotely Piloted Vehicle. SENZA PILOTA
Da cosa è composto un sistema U.A.V.?
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.
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 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
Profilo alare Gottinga Go-1020 Profilo concavo convesso di impiego aeronautico adatto a bassi Re
Profilo impennaggi Norman Habbe hn-316s Profilo 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 L D = = 1 cl 2 1 c 2 Sρv d 2 Sρv 2 1 0,15 Cl 0,5 0-10 -0,5 0 10 20-1 Cl infinito Cl inf. Appross Cl 4 Cd 0,1 0,05 0-10 -5 0 5 10 15 Cd infinito Cd 4 alfa alfa
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 2500 Potenza (Watt) 2000 1500 1000 500 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 rpm 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 rpm
Assetti in cui si ottiene la massima autonomia chilometrica e oraria Cl/Cd 16 14 12 10 8 6 4 2 0-10 -5 0 5 10 15 alfa 15,0 Cl^1,5/Cd 10,0 5,0 0,0-4 0 4 8 12 alfa
Decollo a = T f W 1 ρc 2 l W Sv 2 + 1 ρc 2 d Sv 2 g
18 15 7 Disegno costruttivo dei particolari 1000 R 30 49 40 200 Ø 6 280 10 B 25 A C 120 350 94 60 60 190 50 344 284 60 29 1 2 491 30 314 34 25 5 13 16 18 18 1 17 20 24 12 Ø 60 24,8 21 Ø 6 18 394 12 25 13 6 19 25 11 24,7 23 20 18 33 25 6 18 11 25 154 43 29 25 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 1:2 10.10.01 Nome e Cognome Matricola Alessandro Ceruti Data 12/2000 2109 60991
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 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
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 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
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 serbatoio dentro 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