Algoritmos Avançados Impulsionam Desempenho de Drones Quadrotor

Quando uma aeronave inclina para cima demais, a diminuição de sustentação e aumento de arrasto podem causar o veículo a despencar repentinamente. Conhecido como estol, este fenômeno levou muitos fabricantes de drones a errar no lado da extrema cautela quando planejam os movimentos de voo autônomo de seus veículos. Para drones de cauda vertical de decolagem e pouso vertical (VTOL), a maioria dos fabricantes programa a aeronave para que o corpo do veículo gire muito lentamente sempre que transita de voo pairado para voo para frente e vice-versa.

Pesquisadores criaram um planejador de trajetória que encurta significativamente o tempo que leva para drones VTOL de cauda vertical fazerem esta transição crucial. O planejador de trajetória foi projetado para um quadrotor biplano de cauda vertical usado para testar novos recursos de design e estudar aerodinâmica fundamental.

Drones VTOL de cauda vertical tipicamente confiam em uma abordagem baseada em heurística sempre que transitam entre voo pairado e voo para frente, onde seguem um conjunto de ações predeterminado muito lento mas muito seguro. Em contraste, o planejador de trajetória pode encontrar a sequência ótima de movimentos de voo para estas transições que se adaptam a cada situação. Pesquisadores descobriram a disponibilidade destas manobras mais ágeis quando modelaram a interação única entre o rastro dos rotores do veículo e a aerodinâmica de suas asas.

Se o veículo está pairando, as asas estão apontadas para cima e os rotores estão girando acima dele constantemente; para começar a movê-lo para frente, alguém estaria efetivamente arrastando a asa plana contra o ar. Na realidade, por causa do ar sendo soprado para baixo sobre a asa, ela na verdade não está vendo muito arrasto. Como resultado deste downwash extra dos rotores, drones VTOL de cauda vertical podem lidar com uma transição mais agressiva entre voo pairado e voo para frente do que se assumiria.

Através de simulação, os pesquisadores descobriram que a incorporação de interferência de rastro do rotor no vento no planejador de trajetória permitiu ao drone transicionar para voo pairado e pousar em metade do tempo comparado à abordagem convencional. A equipe acredita que o planejador de trajetória pode eventualmente permitir que o drone mude inteligentemente entre voo pairado e voo para frente enquanto navega através de áreas densas ou urbanas.

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

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