L’utilizzo di velivoli senza pilota è una delle principali sfide degli ultimi decenni nel settore aerospaziale, con un numero crescente di applicazioni in ambito militare e civile. Per garantire il funzionamento efficiente e sicuro di questi sistemi, lo sviluppo di un affidabile sistema di monitoraggio strutturale è un passaggio obbligato. Capofila del progetto europeo SAMAS – SHM (Application to Remotely Piloted Aircraft Systems– Structural Health Monitoring), il Politecnico di Milano ha progettato, implementato e testato un sistema di monitoraggio strutturale real-time che consente di prevedere i carichi di volo e identificare in tempo reale impatti sull'aeromobile per poter stimare immediatamente eventuali danni.

Aerei senza pilota: opportunità e criticità
I velivoli a pilotaggio remoto (RPAS – Remotely Piloted Aircraft Systems) sono utilizzati in operazioni di difesa in spazi aerei segregati, nonché in missioni civili di sicurezza e di carattere scientifico. In futuro l'utilizzo di questi sistemi si estenderà a diversi campi di applicazione, come l'agricoltura, e a spazi non segregati, aumentando così la necessità di piattaforme efficienti, affidabili ed economiche. Tuttavia, l'assenza del pilota a bordo pone alcune sfide: l’impatto con uccelli o grandine, impatti ad alta velocità e incidenti durante le fasi di rullaggio o di atterraggio sono condizioni che generalmente vengono valutate dall'equipaggio e che in un velivolo autonomo devono essere identificate attraverso un sistema di rilevamento intelligente.

Il progetto
SAMAS - SHM (2017-2020) è un progetto triennale dell'Agenzia Europea per la Difesa incentrato sulla diagnosi e la prognosi di strutture in materiale composito soggette a carichi di volo e sovraccarichi
dovuti a impatti a bassa o alta velocità. Il Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano è coordinatore del progetto per la sua consolidata esperienza nella ricerca sul monitoraggio strutturale e sulla previsione di danni da impatto balistico. Il consorzio SAMAS comprende anche l'azienda italiana Leonardo S.p.A. e due enti polacchi, il centro di ricerca Air Force Institute
of Technology e il centro di manutenzione aeronautica Military Air Works 1.
“Il progetto, iniziato nel 2017, si poneva due obiettivi principali”, spiega il responsabile scientifico Marco Giglio, Professore Ordinario di Progettazione Meccanica e Costruzione di Macchine del Politecnico. “Il primo: la realizzazione di un sistema di monitoraggio del carico,  composto da nodi di sensori reali e virtuali, capace di combinare in un quadro statistico unico e coerente le conoscenze da simulazione numerica della struttura e i dati acquisiti on-line a bordo velivolo. Il secondo, lo sviluppo di un sistema di monitoraggio degli impatti in grado di rilevare eventuali urti, localizzarli e quantificarne la forza per poter stimare l'insorgenza di danni su un componente dell'aeromobile”.

I risultati
Il sistema di monitoraggio sviluppato e implementato dal team di ricerca guidato dal professor Giglio riesce a rispondere a entrambe le esigenze. “Il sistema è stato testato qualche mese fa durante test di volo per il load monitoring. Per il monitoraggio degli impatti abbiamo eseguito prove a terra, in un ambiente di laboratorio, su un componente RPAS su scala reale, a fine giugno”, prosegue Giglio. “Entrambi i dimostratori tecnologici hanno dato i risultati sperati e hanno evidenziato l'affidabilità del sistema. Con quest'ultimo test svolto a fine giugno, il progetto giunge al termine della sua fase di ricerca. Abbiamo raggiunto un livello di maturità tecnologica tale da consentire al consorzio di dedicare l'ultimo semestre alle applicazioni industriali dei risultati ottenuti. Il sistema di monitoraggio che abbiamo realizzato porterà a veicoli autonomi più sicuri, efficienti ed efficaci”.