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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
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 impennaggi
Norman Habbe hn-316sProfilo simmetrico utilizzato sugli aeromodelli adatto per piani di coda che lavorano a bassi Re
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
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
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
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
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
•Il velivolo è dotato di 2 telecamere ciascuna corredata di trasmettitore, antenna e batterie