CRUI - FINMECCANICA Ricerca e tecnologia per la sicurezza: la collaborazione tra Finmeccanica e il sistema universitario Roma, Auditorium di Finmeccanica,

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1 CRUI - FINMECCANICA Ricerca e tecnologia per la sicurezza: la collaborazione tra Finmeccanica e il sistema universitario Roma, Auditorium di Finmeccanica, 10 Nov. 2005 ATTIVITA’ DEL DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE DI PISA NEL SETTORE DEI miniUAV A. Salvetti, G. Lombardi, R. Galatolo, C. Casarosa Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale Università di Pisa

2 Perchè i Mini / Micro UAV
Argomenti Che cosa è un UAV Perchè i Mini / Micro UAV Il SISTEMA UAV Attività presso il DIA Conclusioni

3 Si intende per UNMANNED AIR VEHICLE (UAV)
Che cosa è un UAV Si intende per UNMANNED AIR VEHICLE (UAV) Un veicolo senza pilota a bordo Controllata da terra Capace di eseguire una MISSIONE : Automatica Autonoma Tipicamente la missione prevede il TRASPORTO DI SENSORI con trasmissione a terra dei dati in tempo reale

4 UNMANNED VEHICLES nel mondo

5 La struttura necessaria per l’operatività
Dimensioni degli UAV Il concetto di UAV è indipendente dalle dimensioni Le dimensioni influenzano comunque: La struttura necessaria per l’operatività Le prestazioni Con le dimensioni Definizione (arbitraria) : MiniUAV UAV Dimensioni (fino a) ≈ 1.5 m ≈ 70 cm Massa (fino a) ≈ 10 Kg ≈ Kg

6 Perchè i Mini / Micro UAV
PROBLEMATICA: IMPIEGO IN AREE “LIMITATE” UAV grande Difficoltà a operare in piccole aree Struttura necessaria per l’operatività IMPEGNATIVA SOTTODIMENSIONATO in termini di informazione locali SOVRADIMENSIONATO come portata e costo d’impiego VANTAGGI SIGNIFICATIVI NELL’USO DI PICCOLI UAV Rapidamente Dispiegabile Basso Costo

7 Immagine da miniUAV

8 ESEMPI DI MiniUAV

9 ARCTURUS T-15 Apertura alare 3m, Peso 25 Kg

10 BirdEye 500 Backpackable UAV
Israel Aircraft Industries Peso 5 Kg, Apertura alare 2 m, Lunghezza 1.5 m.

11 Merlin Mini UAV (Sagem)
Peso 6 Kg, Apertura 1.6 m, Lunghezza 1 m

12 Aladin Mini UAV (EMT) Peso 3 Kg, Range 5 Km, Autonomia 45 min.

13 ESEMPI DI MicroUAV

14 Mikado Micro UAV (EMT) Peso 0.5 Kg, Range 0.5 Km, Autonomia 20 min.

15 CPX4 (concorso internazionale ONERA/DGA)
Ecoles ENSERG e ENSIEG (Francia) Diametro 70 cm

16 Ala battente Apertura alare 70 cm
Oiseau Artificiel (concorso internazionale ONERA/DGA) Ecole des Mines de Paris Ecole Centrale Paris Ala battente Apertura alare 70 cm UAV Addetto al controllo Ground Station Aerodinamica + Elettronica

17 MISSIONI TIPICHE dei MINI/MICRO UAV
“OVER THE HILL” Rilevamenti in zone oltre il range diretto dell’utilizzatore, per distanza o ostacoli geografici Range max Km “URBAN CANYON” Rilevamenti in zone oltre il range diretto dell’utilizzatore, per ostacoli urbani Rilevamenti all’interno di edifici Range max Km

18 POSSIBILI IMPIEGHI PER LA SICUREZZA (1/2)
Aspetto Generale: SENSORE TIPO DI RILIEVO SENSORI: Telecamere (diurne e notturne) Rilevatori di Temperatura Rilevatori di sostanze chimiche Rilevatori particolari (es. Fumo) Ogni altro, con limitazioni di peso e dimensioni

19 POSSIBILI IMPIEGHI PER LA SICUREZZA (2/2)
Sorveglianza Scoperta di incendi Ponte per trasmissioni radio Analisi situazioni critiche senza impiego umano diretto: Dentro zone incendiate Dentro abitazioni pericolanti In zone con forte inquinamento In zone difficilmente raggiungibili per frane, crollo ponti etc.

20 Il SISTEMA UAV - (Sistema Integrato)
SENSORI (PAYLOAD) Sistema Guida PIATTAFORMA Sistema Rilevamento Posizione COMUNICAZIONE Uplink Downlink GROUND STATION

21 ATTIVITA’ DI RICERCA MULTIDISCPLINARE
Aircraft Design Flight Dynamics Guidance & Control Propulsion Microelectronics Aerodynamics Problema Aerodinamico Fondamentale: BASSI NUMERI DI REYNOLDS

22 Attività presso il DIA - PIATTAFORMA
Individuazione della specifica Definizione della specifica (casi particolari) Sviluppo del “Conceptual” design Progetto e realizzazione di prototipi di piattaforma Architettura del Flight Control System Caratterizzazione aeromeccanica e sviluppo di leggi di controllo del velivolo Sviluppo di prototipi di FCS sviluppo di sistemi di misura del moto (AHRS) con accelerometri, giroscopi e magnetometri Sviluppo di sistemi di navigazione integrata INS/GPS

23 INDIVIDUAZIONE DELLA SPECIFICA
Payloads Range operativo Autonomia oraria Max. Altitudine Tipo di Propulsione Ambiente operativo Max. Velocita’ Min. Velocita’ Precisione nella posizione

24 Definizione della specifica - OVER THE HILL
Payloads Range operativo Autonomia oraria Max. Altitudine Propulsione Ambiente operativo Max. Velocita’ Min. Velocita’ Precisione nella posizione Modulare, princ. videocamera, 220 g 10 Km 30 minuti 300 m Elettrica vento < 30 Km/h, raffiche a 40 > 60 Km/h < 30 Km/h < 10 m

25 Procedura semplificata di valutazione aerodinamica
CONCEPTUAL DESIGN Procedura semplificata di valutazione aerodinamica

26 Esempio (Over the Hill)
Carico utile 220 gr Autonomia 30 min. Apertura alare ≈ 1.2 m Peso ≈ 1 Kg E’ STATO REALIZZATO UN PROTOTIPO CHE HA DIMOSTRATO DI POTER COMPIERE LA MISSIONE

27 Definizione della specifica - URBAN CANYON
Payloads Range operativo Autonomia oraria Max. Altitudine Propulsione Ambiente operativo Max. Velocita’ Min. Velocita’ Precisione nella posizione Modulare, princ. videocamera, 50 g 1 Km 15 minuti 100 m Elettrica vento < 30 Km/h, raffiche a 60 > 70 Km/h < 30 Km/h < 2 m

28 Esempio (Urban Canyon)

29 PROTOTIPO DI UAV SU CUI VALIDARE PROTOTIPI DI FCS E DI SISTEMI DI NAVIGAZIONE

30 PROGETTO SCAUT (Sistema di Controllo Automatico del Territorio)

31 ELEMENTI ESSENZIALI DI UN SISTEMA DI CONTROLLO DEL VOLO DI UN mini(micro)-UAV
Ricevitore comandi Trasmettitore dati di bordo Data link Video link Telecamera Attuatori superfici mobili FLIGHT CONTROL COMPUTER Variazione spinta motore Sensori inerziali Ricevitore GPS

32 SVILUPPO DI SISTEMI DI MISURA DEL MOTO
Sensori MEMS miniaturizzati di base, disponibili sul mercato: accelerometri, giroscopi (rate gyro), magnetometri. Determinazione dell’assetto (pitch e roll) e dell’orientazione (heading) mediante elaborazione dei segnali provenienti dai sensori. Le misure di assetto, accelerazioni e velocità angolari sui tre assi-corpo sono fondamentali per la stabilizzazione del velivolo, mediante opportune leggi di controllo. Localizzazione del velivolo: sviluppo di sistemi di navigazione integrata INS/GPS mediante filtro di Kalman

33 Il concetto di UAV e’ utilizzato da molti anni
CONCLUSIONI (1/2) Il concetto di UAV e’ utilizzato da molti anni Per certi tipi di missione sono necessari velivoli piccoli, detti miniUAV e microUAV Hanno dimostrato notevoli potenzialità nel campo della sicurezza Il Sistema UAV è fortemente integrato tra vari settori La ricerca in un singolo settore è complicata dal fatto che non può prescindere dagli sviluppi negli altri settori

34 Nuovi materiali e tecnologie Forte sviluppo dell’elettronica
CONCLUSIONI (2/2) Negli ultimi anni: Nuovi materiali e tecnologie Forte sviluppo dell’elettronica Riduzione di pesi e dimensioni dei sensori Riduzione dei pesi strutturali Controllo automatico dei miniUAV Grandi potenzialità per avere Mini e micro UAV piu’ EFFICACI ed EFFICIENTI