Fabricação de protótipos mecânicos de drones – o que esperar?

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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. Relembremos a lenda de Ícaro, um menino, que queria tanto voar como um pássaro que seu pai lhe fez asas de penas de pássaros e cera. Ele voou cada vez mais alto até que o sol derreteu a cera e ele caiu para 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 pára-quedas, pelo menos.

Felizmente, a fabricação moderna e a engenharia aérea nos dão a oportunidade de fazer as duas coisas. Podemos controlar nossos protótipos de aeronaves remotamente e podemos criar protótipos em um curto espaço de tempo.

O que são drones?

Os drones se tornaram os aviões amadores definitivos. Eles são leves, pequenos e fáceis de pilotar e você pode realmente fabricá-los pessoalmente, o que atrai muita gente que gosta de mexer nos mecanismos. No entanto, os drones já existiam muito antes. A primeira menção deles remonta à década de 1920.

As primeiras tentativas de fazer drones não foram bem sucedidas. Havia muitos inventores separados que conseguiram criar protótipos de helicópteros com 4-6 motores de helicóptero. Esses aviões eram muito instáveis, não sincronizados e sobrecarregavam muito o piloto, então seu desenvolvimento foi abandonado até recentemente.

Com os desenvolvimentos modernos em aeronáutica e eletrônica, as dificuldades técnicas anteriores com as funções dos drones foram superadas. Os drones ficaram não tripulados, já que o problema do piloto era o único de pé. No entanto, não há mais necessidade de um piloto. Você pode simplesmente montá-lo com uma câmera e obter um controle remoto. A eletrônica moderna torna o design deste veículo muito 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. Existe até a história de um homem que decidiu imortalizar seu gato transformando-o em um quadricóptero.

Em que consiste um drone?

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

1. Quadro. Esta é a parte principal e a mais importante. Ele mantém todos os objetos funcionais juntos, determina a força geral da estrutura e afeta as propriedades aeronáuticas do dispositivo. Estarei falando 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 recomendável se você não tiver formação em engenharia, pois, no final, será mais barato e mais rápido, pois os fabricantes de protótipos criarão uma moldura de alta qualidade, escolherão melhor os materiais e aconselharão você sobre o design)
2. Motores. Você pode precisar de 4-8 motores, dependendo de quantos helicópteros você deseja. O motor determina a rapidez com que as lâminas do drone giram e, portanto, sua capacidade de energia. Existem muitos fabricantes de motores que oferecem soluções baratas e confiáveis.
3. Controles eletrônicos de velocidade. Estes são os dispositivos que irão sincronizar suas hélices e evitar que seu drone fique louco. Eles também são muito baratos e fáceis de encontrar.
4. Hélices. Agora, estas são as principais partes móveis da hélice. Suas lâminas têm geometria complexa e seu tamanho e forma dependerão do peso e tamanho do quadro, então você provavelmente terá que encomendá-los junto com o quadro.
5. Baterias, conectores e controles. Algumas peças eletrônicas menores serão necessárias para operações secundárias. Como conectores, baterias e um receptor com controle remoto para pilotar o drone. Você provavelmente também precisará de uma câmera, pois pilotar o drone sem uma é como andar com uma perna só.

Como você pode ver, a indústria moderna oferece muitas soluções preparadas para a fabricação de drones. Como fabricar dispositivos eletrônicos é um projeto complexo e caro em si, aconselho que você compre apenas as peças existentes, seja você um hobby ou planeja vender as coisas. Se suas vendas crescerem, então você pode pensar em fazer seus próprios circuitos. Com isso, ficamos com duas principais peças fabricadas sob medida que são essenciais para o desempenho do drone. Claro, você terá que fazer alguns conectores adicionais e compartimentos de bateria. No entanto, seu design não representa nenhum problema e pode ser impresso em 3D com um movimento dos dedos.

Como fazer molduras personalizadas para drones

Portanto, os Frames são realmente importantes para a estabilidade e estrutura geral do drone. À medida que você aprende a pilotar sua aeronave, você certamente colidirá com as coisas e danificará o quadro, por isso também deve ser fácil de substituir ou consertar.

Atualmente, existe uma série de designs de quadros de drones possíveis, dependendo do número de hélices que você deseja. Quanto mais hélices, mais estável será o drone, mas também mais pesado. Os parâmetros mais importantes são a rigidez e o 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 moldado na estrutura com as ferramentas mais simples. A aparência e a confiabilidade de tal drone não são altas. É fácil de substituir, mas espere que ele quebre com o menor dos impactos. Basicamente, é uma boa escolha para amadores. A estrutura geralmente é 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 ainda, podem ser processados ​​rapidamente usando tecnologias modernas. Por exemplo, molduras de plástico podem ser fabricadas usando técnicas de prototipagem de impressão 3D ou fundição de uretano. Isso o torna uma escolha muito boa para criar protótipos de modelos comerciais de drones. Você pode facilmente fazer um pequeno lote com técnicas de RP, montá-los e realizar testes. E, quando estiver pronto, peça um molde de injeção.

3.Alumínio. Você deve escolher este material para fazer os sistemas mais duráveis ​​e resistentes, que suportarão muito estresse. É também o mais pesado dos materiais. Normalmente, esse quadro será usinado em CNC. Você deve usar molduras de alumínio se criar apenas drones industriais profissionais. Ou se você já realizou testes e aprovou o design e deseja que seu drone tenha uma aparência realmente boa e brilhante.

Vamos fazer hélices

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

Então, obviamente, o diâmetro é importante. Quanto maiores as pás, mais ar a hélice pode bombear. No entanto, você deve observar que as hélices precisam estar sincronizadas para evitar que elas batam umas nas outras. É por isso que hélices maiores emitem pior manobrabilidade. Você deve escolher o que melhor se adapta a você:uma carga de drone maior ou melhor manobrabilidade.

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

As pás da hélice são em sua maioria impressas em 3D ou fundidas usando formas de silicone como as armações de plástico, já que esses métodos são os mais eficientes na obtenção de geometrias complexas com baixos custos e tempo. As pás são pós-processadas depois porque um bom acabamento superficial diminui a vibração do drone em voo.

Você deve se lembrar de equilibrar as hélices também. É um processo fácil. Você pode fazê-lo com um lápis e uma faca. Basta montar a lâmina em um lápis que é colocado horizontalmente. A hélice provavelmente girará em torno de seu eixo. Então, corte um pouco da raiz da lâmina, que tende a ficar na parte inferior do lápis. Repita isso até que a lâmina não gire ao montá-la no lápis.