I telai dei droni costituiscono la base strutturale dei velivoli senza pilota, sostenendo i sistemi di propulsione, l’avionica, le batterie, i carichi utili e i sistemi di atterraggio, mantenendo al contempo la geometria necessaria per un volo stabile. I telai degli UAV comprendono configurazioni quali quadricotteri, esacotteri, ottocotteri, modelli coassiali, pieghevoli, ad ala fissa e ibridi VTOL.
Questa pagina presenta i produttori di telai per droni e i fornitori di cellule per UAV, a supporto di applicazioni che spaziano dall’FPV e dall’ispezione alla mappatura, al trasporto merci, all’agricoltura e alla ricerca scientifica.
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Il telaio di un drone costituisce la base strutturale di un velivolo senza pilota, sostenendo il sistema di propulsione, l’avionica, le batterie, i carichi utili e i dispositivi di atterraggio, mantenendo al contempo la geometria necessaria per un volo stabile. Il design del telaio influisce su peso, rigidità, durata, vibrazioni, resistenza alla fatica, capacità di carico utile e manutenzione.
La scelta del telaio UAV più adatto dipende dalla configurazione e dalla missione. Un telaio per un drone FPV compatto privilegia la massa ridotta e l’agilità, mentre un telaio per un drone industriale o da carico pesante deve supportare sistemi di propulsione, batterie e carichi utili di dimensioni maggiori. Le cellule ad ala fissa e VTOL presentano requisiti aerodinamici, strutturali e di resistenza alla fatica diversi.
Kit di telai per UAV Hexsoon EDU v2 di NW Blue
Il telaio di unquadricotteroprevede quattro posizioni dei motori disposte attorno a un corpo centrale. Questa architettura, caratterizzata da un numero ridotto di componenti, è comune nei telai di piccoli UAV, nei telai dei droni FPV, nei velivoli da ispezione e nelle piattaforme compatte dotate di sensori.
I telai per esacotteri supportano sei motori, consentendo la distribuzione della spinta e dei carichi strutturali su ulteriori punti di propulsione. A seconda della configurazione della propulsione e dei sistemi di controllo di volo, possono inoltre garantire una maggiore tolleranza in caso di guasti a singoli motori o eliche. Sono spesso utilizzati per UAV professionali destinati all’acquisizione di immagini, alla mappatura e ad applicazioni industriali, in grado di trasportare batterie o carichi utili di dimensioni maggiori.
Il telaio di un ottocottero supporta otto motori per applicazioni che richiedono una portanza considerevole. I progetti dei telai per droni ottocotteri richiedono in genere piastre centrali robuste, supporti per i motori, strutture di atterraggio e sistemi di distribuzione dell’alimentazione in grado di trasferire carichi elevati e concentrati.
Il telaio di un drone coassiale dispone i motori accoppiati su bracci condivisi, con un’elica sopra l’altra. Ciò può ridurre l’apertura alare del telaio, sebbene l’interazione aerodinamica tra le eliche possa influire sull’efficienza, mentre i carichi concentrati di spinta e coppia richiedono un’attenta valutazione strutturale.
La geometria del multirotore influenza lo spazio disponibile per i componenti, il baricentro, la distribuzione del carico e la distanza tra le eliche. Le configurazioni a X sono comuni per i quadricotteri di uso generale, mentre i telai a H e i relativi modelli FPV possono offrire un’ulteriore area di montaggio centrale.
Un telaio pieghevole per droni utilizza cerniere, bracci staccabili o strutture telescopiche per ridurre le dimensioni da imballaggio. I giunti dei telai pieghevoli per droni devono mantenere l’allineamento, la rigidità e la sicurezza di bloccaggio nonostante ripetuti dispiegamenti, vibrazioni e funzionamento.
Il telaio utilizzato su un UAV ad ala fissa distribuisce i carichi attraverso la fusoliera, le ali, i longheroni, le centine, le rivestiture e la coda. La progettazione del telaio dei droni ad ala fissa pone l’accento sull’efficienza aerodinamica, sulla resistenza alla flessione e alla torsione, sulla resistenza al cedimento e sulla bassa massa strutturale.
Strutture in materiale composito pronte al volo, comprese le cellule per droni, realizzate da Fibreworks Composites
Le cellule ad ala volante e ad ala mista integrano gran parte della struttura nella superficie portante. Il posizionamento dei componenti, delle superfici di controllo, delle antenne e dei vani di carico deve rientrare nel volume aerodinamico disponibile senza compromettere i percorsi di carico strutturale o il baricentro.
In un velivolo VTOL, la cellula combina i componenti per il sollevamento verticale con strutture ottimizzate per il volo in avanti. La progettazione di una cellula ibrida per UAV deve tenere conto dei motori di sollevamento, della propulsione di crociera, delle ali, dei carichi di atterraggio e delle forze aerodinamiche e strutturali generate durante il volo di transizione.
Le cellule dei tiltrotori incorporano gruppi di propulsione mobili. Le loro strutture devono mantenere l’allineamento nonostante gli azionamenti ripetuti, il che comporta particolari esigenze in termini di perni, giunti, supporti dei motori, attuatori e rinforzi locali.
I materiali delle cellule vengono selezionati in base a rigidità, resistenza, peso, resistenza alla fatica, producibilità, esposizione ambientale e costo. La tabella seguente riassume le opzioni più comuni per i telai dei droni e, più in generale, per la costruzione delle cellule degli UAV.
| Materiale | Caratteristiche principali | Usi tipici |
| Compositi in fibra di carbonio | Elevato rapporto rigidità/peso e proprietà direzionalmente personalizzabili | Bracci, piastre, longheroni, strutture monoscocca |
| Compositi in fibra di vetro | Buona resistenza e isolamento elettrico | Carenature, scocche, strutture trasparenti alle radiofrequenze |
| Leghe di alluminio | Lavorabili, durevoli e riparabili | Staffe, giunti, supporti motore, telai centrali |
| Titanio | Elevata resistenza meccanica e resistenza alla corrosione | Raccordi sottoposti a carichi elevati e componenti specializzati |
| Polimeri tecnici | Leggeri e facili da stampare o modellare | Alloggiamenti, condotti, supporti, strutture non portanti |
| Compositi a struttura sandwich | Elevata rigidità dei pannelli a fronte di un peso ridotto | Ali, fusoliere, scocche leggere |
Un telaio in fibra di carbonio per droni è comunemente utilizzato laddove l’elevata rigidità e la leggerezza sono prioritarie. La costruzione della cellula di un UAV in materiale composito può inoltre combinare carbonio, fibra di vetro, materiali di anima e raccordi metallici locali per bilanciare i requisiti strutturali, di radiofrequenza, ambientali e di produzione.
La progettazione del telaio del drone deve tenere conto dei sistemi ad esso collegati, poiché un’integrazione inadeguata può causare problemi legati a vibrazioni, risonanza, temperatura, equilibrio, manutenzione, struttura o campi elettromagnetici.
Una progettazione integrata contribuisce a evitare che il telaio del drone diventi più pesante o più complesso del necessario con l’aggiunta di nuovi sistemi, garantendo al contempo percorsi di carico strutturali adeguati e un’adeguata accessibilità.
La lavorazione CNC viene utilizzata per raccordi in alluminio, piastre in carbonio, supporti motore e interfacce strutturali. Garantisce schemi di foratura precisi e una geometria ripetibile per i componenti del telaio degli UAV, sia in fase di prototipo che di produzione.
Lo stampaggio e la laminazione dei compositi consentono di realizzare scocche, longheroni, ali e strutture monoscocca leggere. L’orientamento delle fibre può essere adattato ai carichi previsti, garantendo rigidità e resistenza dove necessario, mentre la stesura e la polimerizzazione controllate contribuiscono a mantenere proprietà strutturali costanti.
Lo stampaggio a iniezione è indicato per parti di telaio in polimero, coperture, condotti e alloggiamenti prodotti in grandi volumi. Consente di integrare diverse caratteristiche in un unico componente, sebbene l’investimento negli stampi favorisca generalmente cicli di produzione su larga scala.
Un telaio per droni stampato in 3D può consentire la prototipazione rapida, supporti personalizzati, condotti e strutture in piccole serie. Un telaio per droni stampabile in 3D deve comunque tenere conto delle proprietà direzionali del materiale, del calore, dei carichi sui dispositivi di fissaggio, della fatica, dell’adesione tra gli strati e delle vibrazioni.
I telai dei droni possono combinare adesivi, bulloni, rivetti, inserti, morsetti e giunti compositi incollati. I metodi di giunzione influiscono sulla riparabilità, sul trasferimento dei carichi, sul peso strutturale, sul comportamento a fatica e sulla manutenzione sul campo nell’ambito della progettazione complessiva della cellula dell’UAV.
Missioni diverse attribuiscono priorità diverse alla geometria della cellula, alle interfacce del carico utile, alla protezione ambientale, alla durata strutturale e alla trasportabilità.
La progettazione orientata alle applicazioni contribuisce ad allineare la massa e la complessità della struttura alle esigenze della missione, anziché aggiungere funzionalità superflue.
Lo sviluppo delle cellule per UAV continua a concentrarsi sulla riduzione del peso strutturale, sulla semplificazione dell’assemblaggio, sul miglioramento dell’efficienza strutturale e sull’integrazione di un maggior numero di funzioni del velivolo in un numero minore di componenti.
Questi sviluppi stanno ampliando la gamma di architetture di telai leggeri per droni disponibili per velivoli senza pilota commerciali, industriali, di ricerca e specializzati.
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