Analisi delle caratteristiche aero-meccaniche di un aeromobile a pilotaggio remoto

Quando si parla di Unmanned Aerial Vehicle (UAV) o di Aeromobili a Pilotaggio Remoto (APR) si fa riferimento a una grossa classe di velivoli di piccole e medie dimensioni pilotabili da remoto, in grado di svolgere voli completamente autonomi. Tra le varie categorie di frame possibili gli UAV ad ala fissa rimangono una classe di grande interesse in molteplici settori: dall’industria, alla ricerca, al settore militare. Tuttavia, uno dei principali svantaggi legato all’utilizzo di questa classe di velivoli è dettato dagli ampi spazi necessari per decollo e atterraggio. Per ovviare a tale evenienza, nel corso del tempo. sono stati studiate possibili alternative all’ala fissa classica. Tra le varie configurazioni si parla attualmente di velivoli TailSitter, sviluppati, solitamente, come dei classici UAV tuttala e bimotori, capaci di decollare e atterrare sulla coda. L’obiettivo di questa tesi sarà proprio quello di sviluppare il modello fisico del drone Strategy, un UAV in fase di sviluppo presso l’azienda torinese PROS3. Particolare attenzione è dedicata alla caratterizzazione aerodinamica dell’APR nella configurazione di volo classica ad ala fissa. Tale modalità sarà quella mantenuta dal velivolo per la maggior parte del tempo di missione. Sulla base delle caratteristiche geometriche, di peso e inerziali del velivolo è possibile ottenere una identificazione dei coefficienti aerodinamici propri del velivolo. In secondo luogo verrà poi trattata in maniera per lo più teorica la caratterizzazione del drone nella sua modalità copter. Quest’ultima presenta un range di funzionamento riconducibile a quello di un plane ad alte incidenze e basse velocità. É stato quindi sviluppato un modello di simulazione basato sulle equazioni di Eulero in 6 gradi di libertà tramite ambiente Matlab/Simulink. Tali deduzioni teoriche saranno quindi validate grazie ad appositi test di volo atti a ottenere delle condizioni di riferimento nella configurazione del velivolo ad ala fissa. Data la natura dell’UAV è necessario l’utilizzo di un autopilota (AP) che ne gestisca la funzione di volo autonomo in entrambe le modalità di volo. Essendo, inoltre, il velivolo in questione un tuttala dotato esclusivamente di elevoni per il comando dello stesso, è necessario che l’AP gestisca anche i possibili comandi esterni del pilota per ottenere le richieste di attuazione desiderate. In particolare, l’autopilota scelto dall’azienda produttrice del drone è ArduPilot. Esso è un software Open-Source molto utilizzato nell’ambito dei degli UAV di piccole dimensioni. Tramite un apposito tool, messo a disposizione dalla casa del software in questione, sarà quindi possibile legare la simulazione dinamica del velivolo alla simulazione dell’autopilota, tramite la così detta metodologia Software in the Loop (SITL). Tale lavoro di tesi si pone quindi come obiettivo ultimo quello di simulare la fisica dell’UAV in risposta ai comandi dell’autopilota o di input esterni. Al momento, infatti, al fine di calibrare correttamente i parametri richiesti per il funzionamento di ArduPilot è necessario attuare dei voli di test, mettendo così a rischio il prototipo del velivolo. Con il modello di simulazione invece sarà possibile effettuare, in un’evoluzione futura, una pre-calibrazione dei parametri via software.