Tipologie di droni: multirotore, ala fissa, VTOL e altri

"Drone" è una parola sola per macchine molto diverse. Formalmente si parla di UAS (Unmanned Aircraft System): l'insieme di aeromobile senza equipaggio, stazione di controllo e collegamento dati. Da lì in poi, la scelta della configurazione dipende da un solo criterio: che cosa deve fare la macchina. Chi deve stare fermo davanti a un pilone sceglie un multirotore; chi deve mappare quattrocento ettari sceglie un'ala fissa. Questa guida spiega come funziona ciascuna famiglia e a cosa serve davvero.

Quattro assi di classificazione, non uno

Un UAS si descrive lungo quattro assi indipendenti, e tenerli separati evita gli errori più comuni:

Lo stesso mezzo può essere insieme un multirotore, pilotato in FPV, usato in cinematografia e inquadrato in categoria Open: sono quattro risposte a quattro domande diverse. L'ultimo asse è quello che decide cosa puoi fare, ed è spiegato nella guida sulle categorie Open, Specific e Certified.

Multirotori: perché il quadricottero ha vinto

Il multirotore genera portanza con più eliche a passo fisso, mosse da motori indipendenti. Non ha superfici mobili: tutto il controllo di assetto avviene modulando i giri dei motori. Questo lo rende meccanicamente semplicissimo e computazionalmente esigente. Senza un flight controller che corregge centinaia di volte al secondo, un multirotore non sta in aria.

• Tricottero (3 rotori). Il terzo motore non basta a bilanciare la coppia di imbardata: serve un servo che inclina il motore posteriore. Volo morbido e forma elegante, ma il servo è un punto di rottura. Oggi è una nicchia da autocostruttori.
• Quadricottero (4 rotori). Lo standard assoluto: due eliche in senso orario e due in senso antiorario, in diagonale, così che le coppie si annullino. Miglior rapporto tra semplicità, efficienza e costo; copre quasi tutto il mercato, dai 30 grammi ai 25 chili. Il difetto è strutturale: nessuna ridondanza, la perdita di un motore comporta la caduta.
• Esacottero (6 rotori). Con sei motori, la perdita di uno lascia autorità sufficiente per un atterraggio d'emergenza controllato, con degrado dell'imbardata. Si paga in peso, consumo e ingombro. Si usa per payload pesanti, riprese con camere cinema e operazioni dove la ridondanza è richiesta dall'analisi di rischio.
• Ottocottero (8 rotori). Configurazione piana o coassiale. Ridondanza reale: può perdere due motori non adiacenti e restare pilotabile. La versione coassiale è più compatta ma perde efficienza per l'interferenza tra elica superiore e inferiore. Consumo elevatissimo e autonomia limitata.

Il funzionamento del controllo di assetto è descritto nella guida sulla fisica del volo del quadricottero.

Ala fissa: efficienza pura

L'ala fissa genera portanza dal moto del profilo alare nell'aria; le eliche servono solo alla trazione. L'efficienza aerodinamica è di un ordine di grandezza superiore a quella di un multirotore.

Il volo tipico è: decollo a mano, con elastico, catapulta o carrello; crociera a 15-25 m/s su rotta programmata; atterraggio in planata su area libera o con paracadute. Il controllo avviene con superfici mobili, cioè alettoni, elevatore e timone, o con elevoni nelle ali volanti.

Pro: autonomia di 45-120 minuti, copertura di centinaia di ettari per volo, ottimo comportamento con vento sostenuto. Contro: non può fermarsi in hovering, quindi è inutile per l'ispezione puntuale; richiede decine di metri liberi per decollo e atterraggio; il rischio di danneggiamento all'atterraggio è concreto. Uso: mappatura di grandi superfici, corridoi (linee elettriche, strade, fiumi, condotte), agricoltura estensiva, monitoraggio ambientale.

VTOL ibridi: il compromesso che funziona

Il VTOL (Vertical Take-Off and Landing) unisce decollo e atterraggio verticali all'efficienza di crociera dell'ala fissa. Due architetture dominano:

• Tailsitter. Il velivolo decolla appoggiato sulla coda, poi ruota di 90° e vola come un'ala. Nessun peso morto in crociera, ma transizione delicata e sensibilità al vento in fase verticale.
• Quadplane (lift and cruise). Quattro rotori dedicati al volo verticale più un motore di trazione per la crociera; in crociera i rotori verticali sono fermi e costituiscono peso e resistenza. Più semplice e tollerante.

Per dare un ordine di grandezza concreto: una piattaforma VTOL professionale con massa al decollo di 4,8 kg e 800 g di payload dichiara fino a 59 minuti di autonomia, tolleranza al vento fino a 12 m/s e la copertura di 460 ettari in un singolo volo a 120 metri di quota. È il tipo di prestazione che nessun multirotore può avvicinare, ed è il motivo per cui topografia estensiva, cave e agricoltura di precisione guardano da questa parte. La resa in termini di prodotto finale è trattata nella guida sulla fotogrammetria con drone.

Le famiglie meno note

Elicottero monorotore. Rotore principale a passo collettivo e ciclico variabile più rotore di coda anticoppia. Il passo variabile consente autorotazione e volo rovesciato, impossibili a un multirotore. Efficienza in hovering superiore, ma meccanica complessa, manutenzione costante e curva di apprendimento ripidissima. Nel mercato civile europeo è marginale.

Droni FPV. Non sono una categoria costruttiva ma un modo di pilotare, con la camera a bordo e il visore in testa. Hanno regole proprie, a partire dall'obbligo di osservatore: li tratta la guida sui droni FPV.

Droni tethered. Collegati a terra da un cavo che porta alimentazione e spesso i dati. Autonomia praticamente illimitata, collegamento non intercettabile, nessun rischio di allontanamento incontrollato; in cambio, raggio limitato alla lunghezza del cavo e necessità di una stazione a terra. Si usano per sorveglianza di eventi, ponte radio temporaneo, illuminazione di scenari di emergenza.

Droni per ambienti confinati. Mezzi con gabbia anticollisione, pensati per serbatoi, silos, camini e gallerie, dove sostituiscono l'ingresso di operatori in spazi confinati. Il posizionamento avviene senza GNSS, con visione e sensori laser.

ROV subacquei. Formalmente non sono droni aerei: sono veicoli filoguidati collegati alla superficie da un cavo ombelicale, perché l'acqua assorbe le radiofrequenze. Compaiono spesso nell'offerta degli stessi operatori, per ispezione di scafi, moli, dighe e condotte sommerse.

Come si sceglie

La domanda giusta non è "quale drone è migliore" ma "che cosa devo produrre". Serve stare fermi davanti a un dettaglio? Multirotore. Serve coprire superficie? Ala fissa o VTOL. Serve entrare dove un uomo non può? Mezzo con gabbia. Serve restare in aria per ore sopra un punto fisso? Tethered. Da lì in avanti contano peso, classe di appartenenza e regole applicabili: il punto di partenza è il pillar come funziona un drone e la guida su come scegliere il primo drone.