Sottosistemi
Sistema di sgancio:
Per sfruttare appieno le potenzialità del nostro velivolo, abbiamo sviluppato un sistema di sgancio innovativo, progettato per garantire semplicità, efficacia e precisione.
Il cuore del sistema si basa su principi fisici estremamente semplici ma raramente applicati in contesti simili. Utilizziamo un motore DC collegato a una resistenza variabile, che consente di regolare con estrema precisione la velocità di caduta del carico.
Il meccanismo è inizialmente bloccato da un servocomando che, una volta attivato, libera una puleggia. Quest’ultima può quindi ruotare liberamente, ma viene controllata dal nostro sistema a frenata passiva, che ne gestisce il movimento in modo fluido e affidabile.
Questa soluzione ci permette di ottenere una caduta controllata e altamente precisa, ottimizzando le performance del velivolo durante le fasi di rilascio.
Imaging System:
Per garantire che la telecamera mantenga sempre l’inquadratura corretta verso il suolo, Stingray è equipaggiato con una gimbal a due assi, capace di compensare fino a 15° di beccheggio e 25° di rollio.
La sua posizione a bordo è ottimizzata per non alterare il bilanciamento del velivolo, preservando il corretto posizionamento del baricentro. Inoltre, il sistema è modulare, consentendo di installarlo o rimuoverlo a seconda della missione.
Grazie a questa configurazione, Stingray è in grado di acquisire immagini 2D ad altissima risoluzione (oltre 100k pixel), offrendo una visione dettagliata del terreno sottostante e una precisione di identificazione dei target al suolo senza precedenti.
Avionics
Stingray è dotato di un’elettronica di bordo all’avanguardia, interamente progettata e realizzata dal nostro Team. La fase di sviluppo si è basata su tre pilastri fondamentali:
Affidabilità operativa
Semplicità d’uso
Design compatto e integrato
Una delle caratteristiche più innovative del sistema è la possibilità di passare istantaneamente dal volo autonomo al volo manuale, bypassando completamente la Teensy, il microcontrollore centrale. In questo modo il pilota può riprendere il controllo diretto del velivolo in qualsiasi momento, garantendo massima sicurezza e flessibilità operativa.
L’alimentazione è assicurata da due circuiti elettrici separati e indipendenti, progettati per minimizzare ogni possibile perdita di tensione e garantire la continuità del funzionamento anche in caso di guasto parziale.
Autopilota
Stingray è controllato da un avanzato sistema di autopilota interamente progettato e sviluppato dagli studenti del Team. Il sistema gestisce in modo completamente autonomo tutte le fasi del volo: dal decollo verticale al volo orizzontale, includendo la delicata fase di transizione tra i due regimi.
Oltre otto sensori monitorano costantemente lo stato del velivolo. I dati raccolti vengono integrati in tempo reale da un Extended Kalman Filter, che garantisce una stima accurata e robusta dello stato del sistema anche in presenza di disturbi o rumore nei segnali.
La progettazione aerodinamica di Stingray viene svolta su AVL, permettendo un’ottimizzazione accurata delle performance in ambiente simulativo SITL (Software-In-The-Loop). I momenti d’inerzia del velivolo, fondamentali per il tuning dell’autopilota, sono ricavati da un modello 3D dettagliato che include ogni singolo componente fisico del velivolo, ognuno dei quali è stato pesato con precisione. La correttezza della matrice d’inerzia è stata successivamente validata sperimentalmente tramite un pendolo d’inerzia appositamente realizzato.
A supporto della progettazione, il Team esegue test propulsivi dettagliati per verificare i dati forniti dai produttori. In particolare, il nostro partner Hobbywing© si distingue per la trasparenza e l’affidabilità dei propri dati, perfettamente coerenti con quelli ottenuti dai nostri test sperimentali al banco.
Lo sviluppo dell’autopilota segue un approccio modulare: si parte dai loop interni di stabilizzazione d’assetto fino ad arrivare alla generazione autonoma di traiettorie e alla gestione della quota. Il sistema è frutto di diversi progetti di tesi e rappresenta ogni anno una piattaforma formativa per decine di studenti, offrendo un’applicazione concreta delle tecniche di controllo automatico.
Controllo Verticale & Transizione
Nel corso dell’ultimo anno, è stato avviato lo sviluppo di nuovi blocchi software specificamente dedicati al volo verticale e alla transizione tra i due regimi di volo. Per realizzare queste funzionalità avanzate, il Team ha adottato un controllo geometrico, una scelta più ambiziosa rispetto al tradizionale approccio con PID a cascata, ma in grado di garantire prestazioni superiori in termini di precisione e stabilità.
Il controllore genera come output delle forze e delle coppie desiderate, disaccoppiando così il controllo esterno (dinamica del corpo rigido) da quello interno (dinamica degli attuatori). Tali comandi vengono quindi distribuiti agli attuatori tramite una strategia di control allocation, che coinvolge:
le velocità angolari dei tre rotori,
e gli angoli di inclinazione indipendenti dei due rotori anteriori.
L’intero sistema di controllo è stato validato attraverso una combinazione di simulazioni SITL e test di volo reali.
Per aumentare il livello di sicurezza e ridurre i rischi durante le fasi di test, il Team ha realizzato un modello in scala di Stingray, equipaggiato con l’intera avionica di bordo. Questo approccio consente di testare l’autopilota in condizioni realistiche, minimizzando i danni e i costi in caso di eventuali crash.