Scelte di design
Tricottero: la scelta, migliorata
Un UAV che deve decollare verticalmente, transitare in volo orizzontale e atterrare con precisione ha bisogno di almeno tre motori per controllare tutti gli assi in entrambe le modalità di volo. Il tricottero è la soluzione minima che lo permette, e i suoi vantaggi — minor peso, maggiore agilità, migliore endurance — sono premiati dalla competizione.
Ma un conto è scegliere una configurazione. Un conto è renderla matura.
Rispetto a Stingray, abbiamo lavorato dove serviva davvero:
Transizione più fluida → Abbiamo simulato centinaia di ore in ambiente SITL e HIL, utilizzando X‑Plane come piattaforma di simulazione e il gemello digitale del velivolo per tarare la logica di passaggio da multirotore a volo orizzontale, riducendo la perdita di quota.
Baricentro più stabile → Il serbatoio è posizionato il più vicino possibile al baricentro, e le pareti anti-sloshing smorzano i movimenti della massa liquida durante il volo e lo sgancio, garantendo che il centro di massa rimanga stabile per tutta la missione.
Il tricottero non è una novità per noi. La novità è quanto siamo riusciti a farlo volare meglio.
Sviluppo e validazione con il digital twin
Prima ancora di tagliare la prima fibra di carbonio, Spyke volava già. Il suo gemello digitale è stato costruito in X‑Plane e ha accumulato decine di ore di simulazione prima che il velivolo reale vedesse la luce.
Il punto di partenza è stato riprodurre fedelmente i profili alari utilizzati sul velivolo reale, ricostruendone le curve aerodinamiche. L’intero velivolo è stato modellato in Plane Maker, includendo non solo le superfici portanti, ma anche fusoliera, trave di coda e componenti non portanti, per garantire che la simulazione tenesse conto degli effetti di resistenza e stabilità reale.
Sono stati condotti numerosi test di volo in simulazione, di cui tre ufficiali monitorati con TacView, strumento che ha permesso di analizzare traiettorie, velocità e assetti in dettaglio, validando le transizioni e il comportamento in scenari limite .
Le simulazioni hanno contribuito a valutare:
Risposta del velivolo a vento di 25 nodi e raffiche, come richiesto dalla competizione.
Posizione del baricentro, modificata a seguito di alcuni feedback del pilota.
Scelte di aerodinamica
Efficienza dal design
Spyke nasce con un’ossessione per l’efficienza. Ogni scelta aerodinamica — dai profili alla distribuzione della portanza — è stata guidata da un obiettivo preciso: volare il più a lungo possibile, al punto di massima efficienza, senza compromessi sulla sicurezza.
L’ala esterna combina due profili complementari: il MH114 alla radice, scelto perché raggiunge la sua massima efficienza esattamente all’angolo di attacco di crociera, e il GOE358 al tip, capace di mantenere ottime prestazioni al variare del numero di Reynolds lungo l’apertura. Il twist di −1,5° non è un dettaglio secondario: è la garanzia che in caso di stallo, questo parta dalla radice e non dal tip. Gli alettoni, posizionati all’estremità alare, continuano così a rispondere ai comandi fino all’ultimo momento — lasciando al pilota la possibilità di correggere prima che la situazione diventi criticaLa sezione interna segue la stessa logica, con una progressione di profili — SE1223, GOE225, MH114 — studiata per massimizzare la portanza dove la corda è più grande, con una transizione fluida verso l’esterno. Il risultato è una portanza complessiva stimata in oltre 94 N a 16 m/s, ottenuta con stime deliberatamente conservative.
A chiudere il quadro, lo stabilatore a pianta ellittica con profilo HT22: una scelta che minimizza la resistenza indotta e garantisce il controllo longitudinale con ampi margini. La posizione del baricentro, fissata a 0,63 m dal muso dopo un’analisi AVL in condizioni di trim, bilancia stabilità e manovrabilità nel punto esatto in cui volevamo.
Slotted flap: più portanza dove serve
Spyke non si accontenta di volare bene in crociera. In fase di decollo e atterraggio, entra in gioco una delle innovazioni più interessanti di quest’anno: lo slotted flap, progettato e ottimizzato internamente con simulazioni CFD dedicate.
Il profilo di riferimento scelto per lo studio è il GOE225, il più influente sull’intera estensione laterale portante. Sono state analizzate diverse configurazioni di gap tra il profilo principale e il flap, cercando il punto di equilibrio perfetto tra efficienza aerodinamica e fattibilità costruttiva del meccanismo. Tutte le simulazioni 2D sono state condotte con un angolo di attacco di 12° e una deflessione del flap di 30°, adottando un modello turbolento viscoso k-omega.
I numeri parlano chiaro: un incremento di portanza fino al 38%, che si traduce in distanze di decollo e atterraggio sensibilmente ridotte.
Scelte strutturali
Materiali e manifattura
Ogni componente di Spyke nasce da una scelta precisa. La struttura esterna è interamente realizzata in fibra di carbonio composita, laminata in-house con tecnica a sacco sotto vuoto — un processo che il team padroneggia dall’inizio alla fine, dalla preparazione degli stampi in PLA alla rifinitura finale. Dove le analisi hanno evidenziato concentrazioni di tensione critiche — in particolare nelle zone di contatto tra i tubi in carbonio e le centine dell’ala, e in alcune ordinate della fusoliera — la struttura è stata irrigidita localmente con patch in fibra di carbonio orientate a 45°. La scelta dell’orientamento non è casuale: le tensioni di taglio, che sono quelle più pericolose in quelle zone, agiscono esattamente a 45° rispetto agli assi principali. Orientare le fibre in quella direzione massimizza la resistenza esattamente dove serve.
L’interno è invece un sistema ibrido di balsa e compensato, tagliati al laser per garantire precisione millimetrica nell’accoppiamento tra i componenti. Dove le sollecitazioni lo richiedono — come nei supporti motore anteriori, soggetti a carichi elevati e concentrazioni di tensione critiche — si è scelto il titanio, lavorato esternamente da TiFast, l’unico processo non realizzato internamente al team.
La filosofia costruttiva è quella della parallelizzazione: stampa 3D degli stampi, laminazione, assemblaggio elettronico e cablaggio sono stati condotti in parallelo da sottogruppi dedicati, riducendo i tempi complessivi di produzione
Dimensionamento strutturale e analisi FEM
Il dimensionamento strutturale di Spyke parte da un modello a trave rigida di Bernoulli con fattore di carico pari a 5, da cui sono stati ricavati i carichi di progetto. La stabilità della pelle è stata verificata con la teoria classica del buckling per piastre ortotrope, implementata in un codice MATLAB dedicato che ottimizza automaticamente lo spessore del laminato e la spaziatura delle centine. Il risultato: 3 strati di fibra di carbonio per l’ala interna, 2 per quella esterna, con centine più fitte in prossimità dei supporti motore dove l’altezza dei longheroni si riduce.
La validazione finale è stata condotta con un’analisi FEM sull’intero velivolo, utilizzando in parallelo HyperMesh e ANSA come strumenti di pre e post-processing, con OptiStruct come solutore — una doppia analisi con due software distinti per confrontare i risultati e ottenere una verifica indipendente. Sono state eseguite tre tipologie di analisi: statica, per valutare deformazioni e tensioni sotto i carichi di volo; modale, per identificare le frequenze proprie del velivolo e validare il modello; buckling, per verificare che l’instabilità strutturale non si manifestasse prima del fattore di carico di progetto pari a 5. L’approccio è stato multi-fidelity: prima con distribuzione di portanza ellittica, poi con le distribuzioni di pressione esportate direttamente dal CFD. I supporti motore sono stati analizzati separatamente con un modello 2D ortotropo in MSC Nastran. Tutti i componenti hanno superato la verifica strutturale con i margini di sicurezza richiesti.
