Algoritmos melhoram o desempenho do drone Quadrotor

Quando uma aeronave se inclina muito para cima, a diminuição da sustentação e o aumento do arrasto podem fazer com que o veículo despenque repentinamente. Conhecido como estol, esse fenômeno levou muitos fabricantes de drones a tomarem extremo cuidado ao planejar os movimentos de voo autônomos de seus veículos. Para drones de decolagem e aterrissagem verticais (VTOL), a maioria dos fabricantes programa a aeronave para que a carroceria do veículo gire muito lentamente sempre que passar de pairar para voo para frente e vice-versa.

Os pesquisadores criaram um planejador de trajetória que reduz significativamente o tempo que os drones VTOL levam para fazer essa transição crucial. O planejador de trajetória foi projetado para um quadrotor biplano tail-sitter usado para testar novos recursos de projeto e estudar aerodinâmica fundamental.

Os tail-sitters de VTOL normalmente contam com uma abordagem baseada em heurística sempre que fazem a transição entre pairar e voar para frente, onde seguem um conjunto predeterminado de ações muito lento, mas muito seguro. Em contraste, o planejador de trajetória pode encontrar a sequência ideal de movimentos de voo para essas transições que se adaptam a cada situação. Os pesquisadores descobriram a disponibilidade dessas manobras mais ágeis quando modelaram a interação única entre a esteira dos rotores do veículo e a aerodinâmica de suas asas.

Se o veículo estiver pairando, as asas estão apontadas para cima e os rotores estão girando sobre ele constantemente; para começar a movê-la para frente, seria arrastar a asa efetivamente plana contra o ar. Na realidade, por causa do ar sendo soprado para baixo na asa, na verdade não está vendo muito arrasto. Como resultado desse downwash extra dos rotores, os tail-sitters do VTOL podem lidar com uma transição mais agressiva entre pairar e voar para frente do que se poderia supor.

Por meio de simulação, os pesquisadores descobriram que a incorporação do rotor na interferência da esteira de vento no planejador de trajetória permitiu que o drone passasse para pairar e pousar na metade do tempo em comparação com a abordagem convencional. A equipe acredita que o planejador de trajetória pode eventualmente permitir que o drone alterne de forma inteligente entre o voo pairado e o voo para frente enquanto navega por áreas densas ou urbanas.

A incorporação de modelos de voo mais sofisticados no planejador de trajetória proporcionará ao drone uma melhor compreensão do ambiente aerodinâmico complexo enquanto se move; por exemplo, se houvesse um prédio no caminho, faria mais sentido voar sobre o prédio ou ao redor do prédio?

Assim que o planejador de trajetória passar por mais testes de simulação, os pesquisadores planejam conectar o software a modelos de hardware para garantir um alto nível de robustez antes de iniciar os testes de voo. Uma transição mais rápida e eficiente entre o voo pairado e o voo para frente acabará por ajudar o Exército a desenvolver novos veículos para missões de inteligência, vigilância e reconhecimento, bem como operações de reabastecimento aéreo.