La configurazione a X
Scegliere una configurazione multirotore non è banale. Tra le opzioni valutate — X, +, H — la scelta è ricaduta sulla configurazione a X per ragioni precise e concrete: distribuzione simmetrica dei carichi, risposta di controllo prevedibile, layout compatto e facilità di integrazione dei payload. La geometria simmetrica non è solo estetica — garantisce che la distribuzione di massa rimanga bilanciata attorno al centro del velivolo in ogni fase della missione, incluso lo sgancio del payload. Ogni braccio connette la struttura centrale a un’unità propulsiva, con l’ESC installato vicino al motore corrispondente per ridurre la lunghezza dei cavi e minimizzare le perdite elettriche.
Struttura e materiali
Ogni scelta costruttiva di SFT-QUAD nasce da un compromesso preciso tra resistenza, peso e manutenibilità. I bracci in fibra di carbonio — scelti per l’eccellente rapporto rigidità/peso — trasmettono la spinta dei motori alla struttura centrale, realizzata in compensato: più economico e facile da lavorare, ma sufficientemente resistente per distribuire i carichi combinati dei quattro bracci. I bracci sono stati progettati con sezione rettangolare chiusa: una geometria che massimizza la rigidità a flessione e torsione mantenendo il peso sotto controllo. I componenti secondari — supporti per l’elettronica, attacchi per il carrello, guide cavi — sono stati realizzati in PLA e PETG con stampa 3D, scelti rispettivamente per leggerezza e resistenza agli impatti di atterraggio. La cupola protettiva è in fibra di vetro, laminata su stampo e trattata con un rivestimento nanocomposito termoisolante per proteggere l’elettronica nelle condizioni operative più severe.
Aerodinamica: minimizzare per massimizzare
Un quadricottero non genera portanza con le ali — tutta la forza verticale viene dai propulsori. L’aerodinamica, in questo caso, si gioca interamente sulla riduzione della resistenza. Le gambe del carrello sono cilindriche per minimizzare la superficie esposta al flusso. La cupola copre e raccorda l’elettronica nella fusoliera centrale, smussando il profilo esterno.
Le analisi CFD hanno confermato una resistenza aerodinamica di 7.16 N in volo di crociera a 10 m/s, con una piccola forza verso il basso di 1.47 N generata dall’interazione del flusso inclinato con la cupola — un valore trascurabile, equivalente a circa 150 g di massa aggiuntiva. La forza laterale è risultata di soli 0.15 N, confermando la simmetria della struttura anche in condizioni di flusso inclinato.
Analisi FEM
La validazione strutturale è stata condotta con un’analisi FEM statica sul telaio completo, applicando un carico di spinta verticale di 40 N distribuito sui quattro supporti motore — 10 N per motore. Il modello utilizza una mesh tetraedrica curvatura-adattiva con 84.312 elementi e 126.455 nodi, con raffinamento locale nelle giunzioni braccio-telaio e nei supporti motore, le zone più critiche sotto carico.
I risultati mostrano una tensione massima di Von Mises di 42.35 MPa ai raccordi interni dei bracci motore — ben al di sotto del limite del materiale in fibra di carbonio — e uno spostamento massimo di 1.14 mm alle estremità dei bracci. Il fattore di sicurezza minimo risultante è 14.16, confermando ampi margini strutturali sotto le condizioni operative più severe.
