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Come si è sviluppata la tecnologia degli UAV?
Ing. Andrea Mori – maxon motor italia
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Introduzione: UAV
• Un aeromobile a pilotaggio remoto, noto comunemente
come drone, è un apparecchio volante caratterizzato
dall'assenza del pilota a bordo. Il suo volo è controllato dal
computer a bordo del mezzo aereo oppure tramite il controllo
remoto di un navigatore o pilota, sul terreno o in altre posizioni.
2
Introduzione: Un pò di storia UAV
- 1916, A.M. Low's "Aerial Target" uno dei primi UAV a motore
(tecnologia RC dell'inventore Nikola Tesla)
- 1959, un primo esempio di utilizzo degli UAV per scopi
militari mirati.
- 1960, svolta nella tecnologia dei transistor ha portato al
boom di popolarità di aerei RC
- 1964, La Marina degli Stati Uniti ha dato il via al 'Red
Wagon' nella guerra del Vietnam. Primo UAV di ricognizione
da combattimento
- 1980-1990, crescita e ridimensionamento delle tecnologie.
L'interesse per gli UAV è cresciuto
- 2002, inizio delle operazioni della CIA con i droni in Medio
Oriente
- 2006, inizio della storia dell'uso non militare dei droni
(secondo un rapporto del Wall Street Journal). La FAA ha
rilasciato il primo permesso per i droni commerciali
- 2013, Amazon CEO Jeff Bezos prende in considerazione i
droni come metodi di consegna
3
Il concetto e il design degli UAV sono molto diversi a seconda del caso d’uso
Ala fissa VTOL (decollo e atterraggio verticale) Multicottero (es. Quadrocottero)
VTOL è la combinazione
dei due progetti
→ Lungo raggio → Voli dinamici
→ Alta velocità di volo → Decollo/atterraggio con spazio minimo
→ Manovrabilità limitata → Alti costi di trasporto 4
Market Life Cycle Stages
Introduction Growth Maturity Decline
5
Tecnologia: Agricoltura - UAV
Benefici
→ Riduzione dei prodotti chimici (beneficio ambientale ed economico)
→ Riduzione del consumo di acqua
→ Riduzione del consumo di energia
Sfide
→ Regolamentazione (percorsi di volo)
→ Tempi di batteria/volo
→ Controllo dello sciame UAV
Applicazione
→ Droni di ispezione, mappatura e consegna
→ Tecniche di irrorazione selettiva
Azionamenti tipici a bordo e requisiti
→ Pan&Tilt telecamere, elettro-ottiche, LiDAR e meccanismi di carico/
rilascio
→ Sistema di propulsione: motori, driver ed eliche dei droni
6
Tecnologia: UAV nel settore dell'ispezione industriale
Benefici
→ Riducono rischi di incidente
→ Riduzione dei costi produttivi
Sfide
→ Piccole dimensioni
→ Tempi di volo
Applicazione
→ Ispezione ciminiere
→ Ispezione serbatoi
→ Ispezione pozzi
→ Ispezioni strutturali
Azionamenti tipici a bordo e requisiti
→ Motori con coppia elevata ad elevata densità di potenza
→ Sistemi ottici di scansione
7
Tecnologia: Drone Taxi
Benefici
→ Riduzione del traffico urbano
→ Non ha bisogno di un pilota
Azionamenti tipici a bordo e requisiti
→ Motori con coppia elevata ad elevata densità di potenza
→ sistemi di azionamento che resistono a temperature da -55 °C a
+85 °C, nonché a vibrazioni estreme durante il decollo e
l'atterraggio.
8
UAV – Propulsion system - Overview
Concetti basilari per il progetto di UAV ad uso
professionale:
1) Sicurezza:
Il 94% dei velivoli UAV professionali sono dei
quadri-rotore e la soluzione a 4 eliche non è
ridondante → I sotto sistemi che compongono l’UAV
devono essere affidabili.
2) Tempo di volo:
E’ il fattore principale che determina la scelta
dell’utilizzo di un UAV → E’ necessario raggiungere
la massima efficienza del sistema.
9
Motor
designed for UAV applications
- Brushless a rotore esterno
- Sensorless, no PCB
- Alluminio ”aviation grade”
- Raffreddamento ottimizzato
- Peso ottimizzato
- Protezione da agenti atmosferici
- Cuscinetti dimensonati per estendere la
vita del motore
Prestazioni indicative (motore Ø87mm):
1,7 Nm di coppia nominale @ 2700 rpm
Efficienza massima: 90%
10Propeller
Concetti generali per la scelta delle eliche:
- Diametro più piccolo con passo elevato → Alto numero di giri, manovre rapide.
→ Soluzione adatta a velivoli leggeri con poco carico.
- Diametro più grande con passo ridotto → basso numero di giri, manovre lente ma più stabili.
→ Soluzione adatta al trasporto di carichi, più efficienza in volo
Motor + Propeller efficiency
1000.0
Motore: stesso modello utilizzato per tracciare le 3 curve
200W !
Pmech [W]
800.0
Standard commerciale 28x9.4
Standard commerciale 28x9.2
600.0
Custom 28x10
400.0
200.0
Importante: Un’elica perfettamente adattata
0.0 al motore permette di ottenere un’efficienza
2.0 8.0 14.0 20.0 26.0 32.0 38.0 44.0 50.0 56.0 62.0 68.0
Thrust [N]
totale sensibilmente maggiore rispetto a
soluzioni standard.
11UAV-ESC (Speed Controller)
designed for UAV applications
Soluzione Tipica Tendenza
Driver, tipo di Sensorless, Sensorless, FOC, Closed Loop →
controllo Open Loop Miglior controllo, più efficienza
Bus di Digital I/O, PWM Bus più complesso, tipo CANOpen →
comunicazione «RC Servo» Possibilità di monitorare molti
parametri del sistema (es.
Temperatura)
Valori tipici di un ESC per UAV:
- Tensione di ingresso: fino a 52V (12S LiPo Battery)
- Corrente di picco in uscita: fino a 90A
- Il driver ESC viene parametrizzato sullo specifico sistema motore + elica da utilizzare. Un sistema
ottimizzato permette di guadagnare fino al 15% in più di efficienza.
12Grazie | Thank you
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