Multirotor drones Agora são comuns e avançados o suficiente para que alguém possa voar, mas a maioria das pessoas provavelmente não entende como eles ficam no ar. Entender a física básica do vôo de drone pode transformá-lo em um melhor piloto drone. É simples!
Como os helicópteros voam
Vamos começar com algo completamente diferente: helicópteros. Pode parecer um desvio estranho, mas sabendo um pouco sobre como os helicópteros voam farão com a compreensão de voo drone muito mais fácil.
Um helicóptero típico tem um rotor principal e um rotor de cauda. Outros desenhos existem, mas todos trabalham para controlar as mesmas forças. Isto é um muito Explicação básica de como os helicópteros voam, mas apropriados para o nosso objetivo quando se trata de entender o vôo de drone.
O helicóptero tem um rotor principal que gera impulso em uma direção para baixo, levantando a nave no ar. O problema é que, como o rotor se transforma em uma direção, ele exerce uma força no corpo do helicóptero (obrigado Newton!) E, portanto, tanto o rotor quanto o corpo de helicóptero girariam, apenas em direções opostas.
Isso obviamente não é uma ótima maneira de voar, e é por isso que os helicópteros têm rotores de cauda. Este rotor coloca o impulso horizontal para neutralizar o torque do rotor principal.
Há helicópteros tailless com outros sistemas anti-torque, como o russo Kamov Ka-52 , que usa dois rotores principais girando em direções opostas, conhecidas como arranjo coaxial.
Você provavelmente também está familiarizado com o Exército dos EUA Ch-47 chinook , que tem dois rotores principais contra-rotativos maciços que neutralizam o torque um do outro, enquanto também fornecem capacidade de elevação maciça.
O que isso tem a ver com o seu quadcopter? Tudo!
Drones multirotor e o problema de torque
Se olharmos para o layout básico do Quadcopter, você notará que os quatro rotores são organizados em um padrão X. Dois adereços giram no sentido horário e os outros dois em uma direção no sentido anti-horário. Especificamente, os adereços dianteiros giram em direções opostas entre si e o mesmo acontece com os adereços traseiros. Como tal, os adereços que estão em frente uns aos outros giram diagonalmente na mesma direção.
O resultado final deste arranjo é que, se todos os adereços estiverem girando na mesma velocidade, o drone deve permanecer perfeitamente ainda com o nariz fixado no lugar.
Usando torque e empuxo para manobrar
Se você não quiser manter o nariz do drone fixado em uma posição, você pode usar este princípio de cancelamento de torque para manobrar. Se você propositalmente desacelerou alguns motores e acelerou os outros, o desequilíbrio faria com que todo o ofício voltasse.
Da mesma forma, se você acelerou os dois motores traseiros, a parte de trás do drone levantava inclinando todo o ofício para a frente. Isso é verdade para um par de rotores, para que você possa inclinar o ofício em qualquer direção cardeal.
Existem problemas com esta abordagem! Por exemplo, se você diminuir um rotor para baixo, você também reduzirá seu impulso e outro rotor deve acelerar para compensar por ele. Se não, o impulso total diminuiria e o drone perderia a altitude. No entanto, se você aumentar o impulso de um rotor faz com que o drone se incline mais, o que causa movimento indesejado.
A única razão pela qual um quadcopter ou outro ofício multirotor pode voar é graças à complexa solução de problemas em tempo real realizada pelo hardware que o controla. Em outras palavras, quando você diz ao drone para se mover em uma direção específica no espaço 3D, os sistemas de controle de voo a bordo funcionam exatamente que velocidade de cada motor deve girar os rotores para alcançá-lo.
Da perspectiva do piloto, as entradas de controle são as mesmas que para qualquer aeronave. Primeiro, nós temos o tew, onde o drone vira seu eixo vertical. Em segundo lugar, temos o arremesso, onde o nariz do drone lança para cima ou para baixo, fazendo voar para frente ou para trás. Finalmente, nós ramos, onde o drone se move lado para o lado. Claro, você também tem controle sobre a quantidade de impulso, que altera a altitude do drone.
Todos os movimentos do drone são uma combinação desses movimentos. Por exemplo, voando diagonalmente é uma mistura de arremesso e rolo nos controles. O controlador de voo onboard faz todo o trabalho complicado de descobrir como traduzir um comando para, por exemplo. lance o nariz para baixo em velocidades de motor específicas.
Rotores coletivos vs fixo
Há um último aspecto importante de como os drones multirotor voam, e isso tem a ver com os próprios rotores. Quase todos os drones que você pode comprar hoje use rotores "fixos". Isso significa que o ângulo em que as fatias de lâmina do rotor no ar nunca muda.
Voltando aos helicópteros por um momento, o rotor principal é tipicamente um design "coletivo". Aqui, um conjunto complexo de ligações pode alterar o ângulo em que os rotores atacam.
Se o campo estiver zero (as lâminas do rotor são planas), então nenhum impulso é gerado, não importa quão rápido o rotor esteja girando. À medida que o campo positivo (jogando o impulso para baixo) é aumentado, o helicóptero começa a levantar. Mais importante, os rotores podem ser movidos para um negativo posição de arremesso. Aqui, o rotor é empurrando para cima, então o ofício pode descer mais rápido do que a mera gravidade.
Passo negativo significa que, teoricamente, o helicóptero pode voar de cabeça para baixo Mas a maioria dos helicópteros em grande escala é muito grande e pesada para fazer isso praticamente. Helicópteros modelo de escala não têm tal limitação. Isso levou à ascensão do vôo de helicóptero RC "3D" e performances de dobra da mente por pilotos qualificados .
Com um rotor de passo fixo, a única maneira de aumentar o impulso é aumentar a velocidade do rotor, ao contrário de um helicóptero onde a velocidade do rotor pode permanecer constante enquanto o pitch varia. Isso significa que o drone tem que acelerar constantemente ou desacelerar seus rotores, não pode voar em qualquer atitude dentro do espaço 3D, e não pode descer mais rápido que a queda livre.
Por que não temos drones coletivos? Houve tentativas como a Stingray 500 3D quadcopter, Mas a complexidade e o custo de tal design limitam-no a aplicações especializadas.
Fácil de voar, não voa facilmente
Drones multirotor como o DJI MINI 2. estão Maravilhas de engenharia e tecnologia de computador . Eles só podem voar por causa de uma convergência de várias ciências e tecnologias, tudo o que você pode obter alguns clipes impressionantes de férias. Agora, da próxima vez que você tirar seu drone para uma rotação, você terá um novo respeito pelo que o garotinho pode fazer.
