Corso di preparazione categoria OPEN A2 - drone

QUOTA TEMPERATURA PRESSIONE DENSITA'

Alla base di tutti i fenomeni che avvengono nella troposfera vi è la radiazione solare. La radiazione solare è la radiazione elettromagnetica a varie frequenze (o lunghezze d'onda) che viene emessa dal Sole. I raggi caratterizzati da lunghezze d'onda molto piccole (raggi gamma, raggi X e raggi ultravioletti) sono i più energetici, viceversa le lunghezze d'onda maggiori sono associate ai raggi infrarossi e alle onde radio, meno energetici. Al centro c'è l'intervallo delle lunghezze d'onda visibili all'occhio umano (luce visibile). Tale radiazione si propaga nello spazio e nell'attraversare l'atmosfera una frazione di raggi solari viene assorbita o deviata (scattering) e giunge sulla superficie terrestre in modo più o meno attenuata. La radiazione che supera l'atmosfera viene in parte assorbita dalla superficie terrestre ed in parte riflessa sottoforma di

un'onda a bassa frequenza che riscalda l'atmosfera. Il rapporto tra la quantità di radiazione solare assorbita e riflessa varia in base alle caratteristiche della superficie terrestre. La radiazione assorbita dalla superficie terrestre riscalda la superficie stessa che a sua volta emette energia sotto forma di radiazione termica, riscaldando così l'atmosfera. L'atmosfera viene pertanto riscaldata dal basso (dalla radiazione emessa dalla superficie terrestre) ed è per questo motivo che la temperatura tende generalmente a diminuire all'aumentare della quota (-2°C/1000 piedi ovvero -6.5°C/1000 metri). Il gradiente termico negativo ha come limite superiore la tropopausa (passaggio tra troposfera e stratosfera). La temperatura, oltre che avere effetto sulle batterie (al diminuire della temperatura cresce la resistenza interna dell'accumulatore), ha effetto anche sull'IMU (Inertial Measurement Unit), che è un sensore utilizzato per misurare l'accelerazione e l'orientamento di un oggetto.

(Measurement Unit) dell'UAS. L'IMU (opiattaforma inerziale) è la centralina di volo del drone costituita generalmente dai seguenti sensori(generalmente ridondanti, per garantire il funzionamento del drone in caso di guasto a qualchestrumento):

• Accelerometro: misura le accelerazioni dell'UAS, percependo gli spostamenti lungo le tredirezioni.
• Giroscopio: sensore che permette all'UAS di mantenere l'assetto.
• Barometro: calcola l'altitudine rispetto al suolo misurando la variazione di pressione.
• Termometro: misura la temperatura della centralina (Flight Controller). Esistono centralineche presentano un sistema di termoregolamento in grado di mantenere costante latemperatura.

In stretta relazione con la temperatura vi è un'altra importante grandezza, la pressione atmosferica. La pressione corrisponde al peso esercitato dall'aria sulla superficie terrestre ed è pari a 1013.25hPa. La pressione diminuisce

all'aumentare della quota (-1 hPa/27 piedi ovvero -1 hPa/ 8.5 metri) per un duplice motivo: diminuisce lo spessore della colonna di aria sovrastante e si riduce anche la densità dell'aria. Nei droni la pressione atmosferica viene calcolata mediante un barometro che è montato sul drone stesso. È utile sottolineare che nei droni il barometro viene utilizzato al posto del GPS per la misura dell'altitudine di volo in quanto presenta i seguenti vantaggi: - Il barometro è sempre disponibile mentre il GPS può non essere disponibile. - Il barometro ha una precisione migliore. - Il barometro permette di calcolare la quota di volo rispetto al punto di decollo come semplice differenza di pressione. Ciò è fondamentale perché nei droni è importante conoscere la quota di volo rispetto alla superficie e non rispetto al livello medio del mare. La densità dell'aria.è un altro parametro importante che interessa il volo di un drone. La densità tende a diminuire all'aumentare della quota. Ciò influisce sulla portanza che permette al drone di sollevarsi in aria. Per cui al diminuire della densità il drone troverebbe maggiore difficoltà a sollevarsi in volo, a meno che non si prendano opportuni accorgimenti. In questo caso l'accorgimento riguarda il tipo di elica: esistono eliche apposite per voli ad alta quota (presentano un angolo di attacco diverso). La latitudine non ha influenza sulla densità dell'aria (a parità di condizioni di temperatura e pressione). Altra proprietà importante è l'umidità relativa dell'aria, definita come il rapporto percentuale tra la quantità di vapore acqueo contenuta in una massa di aria (1 mc) e la quantità massima contenibile nelle medesime condizioni di pressione e temperatura. L'umidità relativa del

1. 100% corrisponde alla condizione di saturazione dell'aria. Dato un volume di aria non ancora a saturazione, la condizione di saturazione è ottenibile o aggiungendo vapore acqueo o abbassando la temperatura (al diminuire della temperatura diminuisce la quantità di vapore acqueo contenibile prima di raggiungere la saturazione).
2. Le caratteristiche dell'atmosfera standard sono state definite dall'ICAO (International Civil Aviation Organization) e sono:
   • Aria secca e priva di impurità.
   • Temperatura al livello del mare di 15 °C.
   • Pressione atmosferica al livello del mare di 1013.25 hPa.
   • Densità al livello del mare di 1.225 kg/mc.
   • Gradiente termico verticale pari a -6.5 °C/1000 metri.
   • Gradiente barico verticale pari a -1 hPa/ 8.5 metri.
3. CATEGORIA OPEN A2 – CORSO DI PREPARAZIONE I processi che avvengono nella troposfera danno origine ad una serie di fenomeni che interessano strettamente il volo con i droni. Tra essi la...

La formazione delle nubi, la nebbia ed il vento. Le nubi si formano come conseguenza della condensazione dell'umidità presente nell'aria. L'aria calda a contatto con la superficie terrestre tende a salire a causa della minore densità rispetto a quella circostante. Salendo, la riduzione di pressione favorisce l'espansione della massa d'aria che, congiuntamente alla riduzione della temperatura per effetto dell'aumento di quota, porta la massa d'aria a raffreddarsi fino al raggiungimento del punto di rugiada, ovvero la temperatura alla quale si verifica la condensazione del vapore acqueo. Nota pertanto la temperatura a terra dell'aria e la temperatura del punto di rugiada, è possibile calcolare la quota della base delle nubi (sapendo che la temperatura varia di -6.5 °C/1000 metri).

Le nubi si differenziano tra di loro in base alla forma ed alla altitudine a cui si formano. Si suddividono in quattro categorie:

• Nubi alte

(Z>7000 m): cirri, cirrocumuli e cirrostrati.

Nubi medie (2000<Z<7000 m): altostrati ed altocumuli.

Nubi basse (Z<2000 m): strati, stratocumuli enembostrati.

Nubi a sviluppo verticale: sono nubi che si originano a seguito di moti convettivi ascendenti e discendenti di aria. La tipologia di nube a sviluppo principale più importante sono i cumulonembi che si estende dalla temperatura di rugiada fino al massimo alla tropopausa. I cumulonembi sono molto rischiosi sia per la pioggia ed i venti ascendenti e discendenti ma soprattutto per le cariche elettriche che possono sprigionare e che potrebbero generare dei disturbi elettromagnetici alla strumentazione (in particolar modo al magnetometro, ovvero alla bussola del drone).

CATEGORIA OPEN A2 – CORSO DI PREPARAZIONE

Un altro fenomeno importante è la nebbia. La nebbia è un classico esempio di inversione termica (strati di aria a quote superiori più caldi degli strati più bassi) e si forma per

La condensazione del vapore acqueo contenuto nell'aria. Esistono tre principali tipologie di nebbie:

• Nebbia da irraggiamento: è la tipologia di nebbia più comune che si verifica a causa del raffreddamento del suolo per irraggiamento di calore verso l'esterno che porta alla condensazione degli strati d'aria vicini al suolo.
• Nebbia orografica: è la tipologia di nebbia che si origina quando una massa d'aria umida viene spinta verso l'alto dalla presenza di un versante fino a condensare.
• Nebbia d'avvezione: è la tipologia di nebbia che si origina quando uno strato di aria umida transita sopra una superficie fredda o quando uno strato di aria fredda scorre su uno strato più umido.

L'ultima tipologia importante di fenomeno meteorologico sono i venti, ovvero masse d'aria che si spostano orizzontalmente sulle superficie terrestre da zone di alta pressione (anticicloniche) verso zone a bassa pressione (cicloniche).

I venti sono caratterizzati da:

• Direzione di movimento: in base alla direzione da cui soffia un vento assume denominazioni diverse.
• Velocità: la velocità del vento viene effettuata a circa 8-10 metri dal suolo mediante un anemometro (a coppette o ad elica).

Il vento è particolarmente pericoloso per l'UAS in zone urbane. La presenza degli edifici può generare forti turbolenze e folate di vento che possono causare instabilità nel volo del drone. Durante la fase di pianificazione di una missione di volo con un UAS è importante sincerarci sulle condizioni meteorologiche previste. Esistono tre tipologie di bollettini ufficiali (validi nell'intorno degli aeroporti):

1. METAR (METeorological Aerodrome Report): sono osservazioni, non sono previsioni. Sono osservazioni che vengono emesse a cadenza semi-oraria (30 minuti) da stazioni meteorologiche.
2. SPECI: sono bollettini speciali legati a cambiamenti repentini delle condizioni meteorologiche.
3. TAF (Terminal Aerodrome Forecast): sono previsioni meteorologiche a breve termine (24-30 ore) per un aeroporto specifico.

condizionimeteorologiche.CATEGORIA OPEN A2 – CORSO DI PREPARAZIONE

• TAF (Terminal Aerodrome Forecast): sono previsioni a breve termine, nell'ordine di 9 ore degli aeroporti.
• Per il vento interessante è l'applicazione web Windy.com, che permette di vedere le linee di flusso dei venti.
• Importante è anche l'osservazione meteo sul campo, che può essere effettuata mediante l'uso di strumenti specifici (es. anemometro per la misurazione del vento), mediante l'osservazione diretta (stima della visibilità) e facendo ad esempio dei voli test prima di intraprendere la missione di volo vera e propria.

PRESTAZIONI DI VOLO

Un APR (Aeromobile a Pilotaggio Remoto) è un mezzo aereo a pilotaggio remoto privo di persone a bordo. Si utilizza l'acronimo SAPR (Sistema Aeromobile a Pilotaggio Remoto) quando si fa riferimento al mezzo comprensivo del radiocomando. Nella normativa EASA si utilizza l'acronimo UAS (Unmanned Aircraft System).

System). Esistono principalmente tre tipologie di UAS: m