Criando Protótipos de Drones: Passos Principais e O Que Esperar

Conquistar o céu tem sido uma das maiores batalhas da humanidade desde os tempos antigos. Nossos ancestrais nos avisaram que o céu pode ser um inimigo perigoso. Vamos lembrar a lenda de Ícaro, um menino, que queria voar como um pássaro tanto que seu pai fez asas para ele com penas de pássaro e cera. Ele voou cada vez mais alto até o sol derreter a cera e ele caiu até a morte. Esta história nos dá duas lições importantes:

1. Sempre faça protótipos mecânicos ou funcionais de seus aviões e teste-os diligentemente;

2. Tente testá-los sem estar dentro. Ou pegue um paraquedas pelo menos.

Felizmente, a manufatura moderna e engenharia aérea nos dão a oportunidade de fazer ambos. Podemos controlar nossos protótipos de aeronaves remotamente e podemos criar protótipos em pouco tempo.

O Que São Drones?

Drones se tornaram os aviões amadores definitivos. São leves, pequenos, fáceis de voar e você pode realmente fabricá-los pessoalmente, o que atrai muitas pessoas que gostam de mexer com mecanismos. No entanto, drones existiam muito antes. A primeira menção a eles remonta aos anos 1920.

Primeiras tentativas de fazer drones não tiveram sucesso. Havia muitos inventores separados que conseguiram criar protótipos de helicópteros com 4-6 motores de rotor. Esses aviões eram muito instáveis, não sincronizados e sobrecarregavam o piloto demais, então seu desenvolvimento foi principalmente abandonado até tempos recentes.

Com os desenvolvimentos modernos em aeronáutica e eletrônica, as dificuldades técnicas anteriores com funções de drones foram amplamente superadas. Os drones se tornaram não tripulados, já que o problema do piloto era o único restante. No entanto, não há mais necessidade de piloto. Você pode apenas montá-lo com uma câmera e obter um controle remoto. A eletrônica moderna torna o design deste veículo realmente simples, então muitas pessoas fazem drones como hobby ou os compram para fazer ótimos filmes, arte, entregar coisas ou até espionar os vizinhos, quem sabe. Há até uma história de um homem que decidiu imortalizar seu gato transformando-o em um quadricóptero.

Do Que Consiste Um Drone?

Um drone típico tem os seguintes elementos que determinam sua funcionalidade:

1. Estrutura (Frame). Esta é a parte principal e a mais importante. Ela mantém todos os objetos funcionais juntos, determina a resistência geral da estrutura e afeta as propriedades aerodinâmicas do dispositivo. Falarei principalmente sobre esta parte, pois é praticamente a única que você terá que projetar e fabricar sozinho ou com o uso de uma oficina de prototipagem (o que é altamente recomendado se você não tem formação em engenharia, pois, no final, será mais barato e rápido, já que os fabricantes de protótipos criarão uma estrutura de alta qualidade, escolherão os materiais melhor e o aconselharão sobre o design).
2. Motores. Você pode precisar de 4-8 motores, dependendo de quantos rotores você quiser. O motor determina quão rápido as lâminas do drone giram e, assim, sua capacidade de potência. Existem muitos fabricantes de motores que oferecem soluções baratas e confiáveis.
3. Controles eletrônicos de velocidade. Estes são os dispositivos que sincronizarão suas hélices e impedirão que seu drone aja de forma louca. Eles também são muito baratos e fáceis de encontrar.
4. Hélices (Propellers). Agora, estas são as principais partes móveis da hélice. Suas lâminas têm geometria complexa e seu tamanho e forma dependerão do peso e tamanho da estrutura, então você provavelmente terá que pedi-los junto com a estrutura.
5. Baterias, conectores e controles. Algumas peças eletrônicas menores serão necessárias para operações secundárias. Como conectores, baterias e um receptor com controle remoto para voar o drone. Você provavelmente precisará de uma câmera também, pois voar o drone sem uma é como andar com uma perna.

Como você pode ver, a indústria moderna oferece muitas soluções prontas para fabricação de drones. Como fazer dispositivos eletrônicos é um projeto complexo e caro em si, aconselho que você apenas compre as peças existentes, seja você um hobbyista ou planeje vendê-los. Se suas vendas crescerem, então você pode pensar em fazer seus próprios circuitos. Com isso, ficamos com duas partes principais fabricadas sob medida que são essenciais para o desempenho do drone. Claro, você terá que fazer alguns conectores adicionais e gabinetes de bateria. No entanto, seu design não apresenta problema e pode ser impresso em 3D com um estalar de dedos.

Como Fazer Estruturas Personalizadas de Drones

Então, as estruturas são realmente importantes para a estabilidade e estrutura geral do drone. À medida que você aprende a voar sua aeronave, certamente vai colidir com coisas e danificar a estrutura, então ela também deve ser fácil de substituir ou consertar.

Atualmente, existe uma série de possíveis designs de estrutura de drone dependendo do número de hélices que você vai querer. Quanto mais hélices, mais estável o drone será, mas mais pesado também. Os parâmetros mais cruciais são rigidez e peso. É por isso que os materiais mais difundidos são os seguintes:

1. Madeira. O material mais barato que é o mais fácil de processar e pode ser formado na estrutura com as ferramentas mais simples. A aparência e confiabilidade de tal drone não são altas. É fácil de substituir, mas espere que quebre no menor impacto. Basicamente, é uma boa escolha para hobbyistas. A estrutura é geralmente usinada em torno de madeira ou com um instrumento mais simples e depois colada.

2. Plástico. É a escolha mais óbvia. Muitos polímeros são leves, têm alta resistência à tração e, o melhor de tudo, podem ser processados rapidamente usando tecnologias modernas. Por exemplo, estruturas de plástico podem ser fabricadas usando impressão 3D ou técnicas de prototipagem por Fundição de Uretano. Isso o torna uma escolha realmente boa para criar protótipos de modelos comerciais de drones. Você pode facilmente fazer um pequeno lote com técnicas RP, montá-los e conduzir testes. E, quando estiver pronto, peça um Molde de Injeção.

3. Alumínio. Você deve escolher este material para fazer os sistemas mais duráveis e robustos, que suportarão muito estresse. Também é o mais pesado dos materiais. Geralmente, tal estrutura será usinada CNC. Você deve usar estruturas de alumínio se criar drones industriais profissionais apenas. Ou se você já conduziu testes e aprovou o design, e quer que seu drone pareça realmente bom e brilhante.

Vamos Fazer Hélices

Hélices são as partes mais complexas do design do drone. Você tem que realmente calcular sua geometria dependendo do peso do seu drone para atingir o empuxo necessário. Felizmente, existem muitos serviços que ajudarão você a fazer isso. Se você achar a geometria muito complexa, você sempre pode encomendar as lâminas de uma oficina de prototipagem, onde engenheiros competentes projetarão, calcularão e fabricarão as hélices perfeitas.

Então, obviamente, o diâmetro é importante. Quanto maiores as lâminas, mais ar a hélice pode bombear. No entanto, você deve notar que as hélices precisam estar em sincronia para evitar que se choquem. É por isso que hélices maiores dão pior manobrabilidade. Você deve escolher o que melhor se adapta a você: uma carga maior do drone ou melhor manobrabilidade.

Ângulo de ataque é outra característica importante da lâmina. É basicamente em qual ângulo a hélice atinge o ar e o desvia. Quanto maior, melhor a eficiência da lâmina, no entanto, motor maior é necessário, pois as forças do vento serão maiores. O ângulo de ataque fica menor mais próximo do centro de hélices que têm passo constante. No entanto, com um ângulo de ataque alternado, a geometria da hélice se torna demasiado complexa.

As lâminas da hélice são principalmente impressas em 3D ou fundidas usando formas de silicone, como as estruturas de plástico, já que esses métodos são os mais eficientes em alcançar geometria complexa com baixos custos e tempo. As lâminas são pós-processadas depois porque um bom acabamento superficial reduz a vibração do drone em voo.

Você deve lembrar de balancear as hélices também. É um processo fácil. Você pode fazer com um lápis e uma faca. Apenas monte a lâmina em um lápis que está posicionado horizontalmente. A hélice provavelmente girará em torno de seu eixo. Então, corte um pouco da raiz da lâmina, que tende a ficar na área inferior do lápis. Repita isso até a lâmina não girar quando você a montar no lápis.