Unmanned Aerial Vehicle (UAV), comunemente denominato "drone", è un velivolo che viene utilizzato senza un pilota umano a bordo, utilizzando radiocomando e sistemi di controllo programmati a bordo o funzionamento completamente o in modo intermittente autonomo tramite computer di bordo . Essendo un nuovo tipo di velivolo, i droni differiscono dagli aerei con equipaggio in termini di requisiti operativi e obiettivi di missione. I droni in genere richiedono basso costo, strutture leggere, elevate capacità invisibili, lunghe durate di volo e un'elevata longevità di stoccaggio. Per gli aerei da combattimento senza pilota, esistono anche requisiti di elevata manovrabilità e significativa capacità di sovraccarico.

A causa delle caratteristiche dei materiali compositi, come elevata resistenza specifica, elevato modulo specifico, forte progettabilità, eccellente resistenza alla fatica, prestazioni invisibili migliorate, lunga durata e buon assorbimento degli urti, la maggior parte delle strutture dei droni sono realizzate con materiali compositi. Ciò include componenti come fusoliera, ali, stabilizzatori orizzontali, stabilizzatori verticali, supporti di coda, superfici di controllo e carrello di atterraggio.

L'applicazione di materiali compositi nelle strutture dei droni può ridurre il peso dal 20% al 30%. Attualmente, l’industria considera la quantità di materiali compositi utilizzati come uno degli indicatori più importanti per misurare l’avanzamento di un drone, richiedendo generalmente che raggiunga una percentuale compresa tra il 60% e l’80%. Tuttavia, negli Stati Uniti esistono già droni che hanno realizzato una struttura completamente composita, con un utilizzo di materiali compositi superiore al 90%.


L'applicazione di materiali compositi nel campo dei droni include l'uso diffuso di fibre di carbonio a base di poliacrilonitrile (PAN) e materiali a nido d'ape Nomex per la fusoliera, i rivestimenti delle ali e i bordi d'attacco del drone. Fogli in fibra di carbonio e materiali espansi a base PANsono comunemente usati per creare compositi sandwich in schiuma o tubi in fibra di carbonio a base PAN, che sono ampiamente utilizzati come travi principali nei droni. I materiali in fibra di Kevlar vengono applicati a eliche, fusoliere e connettori per migliorare significativamente la resistenza alla fatica e all'impatto.

Per veicoli aerei senza pilota (UAV) di medie e grandi dimensioni, le strutture portanti primarie sono realizzate in metallo, mentre altri componenti utilizzano materiali compositi. Gli UAV di piccole e medie dimensioni utilizzano fibre di carbonio, fibre di vetro e materiali ibridi, mentre gli aerei da combattimento senza pilota utilizzano principalmente compositi di fibra di carbonio e fibre aramidiche. I piccoli droni a bassa velocità utilizzano fibre di carbonio, fibre aramidiche, carta a nido d'ape e materiali in legno.

Poiché i droni non devono considerare i limiti fisiologici degli operatori umani nella loro progettazione strutturale, possono concentrarsi maggiormente sull’ottimizzazione della manovrabilità, portando a una selezione dei materiali diversa da quella degli aerei con equipaggio. L'uso di materiali compositi migliora significativamente le capacità stealth della cellula.

In primo luogo, poiché i polimeri non sono conduttivi, aiutano a evitare la formazione di campi di diffusione per le onde di rilevamento. In secondo luogo, l’applicazione dei materiali compositi svolge un ruolo cruciale nel combinare efficacemente l’integrità strutturale con la funzionalità. Ad esempio, l'uso di materiali invisibili può ridurre notevolmente la riflessione delle onde radar della cellula. Infine, l'integrazione di materiali compositi contribuisce all'integrità complessiva della cellula, consentendo un design uniforme e unificato che raggiunge la furtività evitando giunture, elementi di fissaggio e altre irregolarità che potrebbero disperdere le onde di rilevamento.

In sintesi, queste scelte progettuali migliorano efficacemente l’occultamento dei droni. Le statistiche mostrano che molti paesi in tutto il mondo utilizzano in modo significativo materiali compositi avanzati, principalmente in fibra di carbonio, nei droni, che rappresentano dal 60% all’80% della massa strutturale totale, con una conseguente riduzione del peso di oltre il 25%. Di conseguenza, sempre più strutture portanti nei droni vengono progettate e prodotte utilizzando materiali compositi in fibra di carbonio, evolvendosi da progetti inizialmente non portanti.

La progettazione di strutture composite co-stampate per droni mira a ottenere una migliore riduzione del peso, una maggiore capacità di carico utile e una maggiore resistenza. La progettazione leggera dei materiali compositi è una tendenza moderna nella progettazione degli UAV, che si concentra sulla progettazione strutturale e sulla produzione integrate. Con l'aumento dell'utilizzo dei materiali compositi, la complessità delle strutture continua ad aumentare, rendendo importante sfruttare appieno il potenziale dei compositi, ridurre significativamente il peso e semplificare i rapporti di assemblaggio attraverso strutture integrate, che accorciano anche i processi di produzione.

In genere, le strutture dei droni vengono formate utilizzando configurazioni di piastre, travi e nervature, che vengono poi assemblate tramite incollaggio adesivo a temperatura ambiente. Il processo inizia incollando un lato della piastra al telaio, seguito dall'incollaggio dell'altra piastra, dove la qualità dell'adesivo non può essere monitorata. Questo progetto mira a esplorare e stabilire un metodo per co-indurire pannelli e travi per pareti in un unico passaggio (indurimento a media temperatura), che fornisce una maggiore forza di adesione, maggiore affidabilità, cicli di assemblaggio più brevi e costi significativamente inferiori, riducendo allo stesso tempo i costi necessità di elementi di fissaggio.

La tecnologia di progettazione e produzione di co-indurimento è avanzata e consente un migliore sfruttamento dei vantaggi dei compositi, come l'elevata flessibilità di progettazione, l'elevata resistenza specifica e l'elevato modulo specifico. Ciò consente un design ulteriormente leggero, raggiungendo obiettivi quali la riduzione del peso complessivo, una maggiore capacità di carico utile e una maggiore resistenza.

L'applicazione dei materiali compositi si è evoluta da componenti non portanti e portanti secondari a componenti portanti primari. Le tendenze di sviluppo si stanno spostando verso soluzioni più ampie, più integrate e a basso costo. La tecnologia di formatura complessiva dei materiali compositi mira a ottenere soluzioni leggere, efficienti ed economiche riducendo il numero di componenti e elementi di fissaggio in strutture complesse e di grandi dimensioni. All'interno di questa tecnologia di formatura complessiva, la tecnologia di co-indurimento ha la priorità, poiché si traduce in componenti compositi leggeri con deformazione minima.