Asa voadora

Com objetivo de analisar o comportamento em voo remotamente controlado e auxiliado por uma placa controladora, a opção de escolha foi de uma asa voadora com envergadura máxima de 1,20m, enflechamento positivo, propulsão tractor por motor elétrico, com lançamento manual sem trem de pouso, o conceito pode ser observado na Figura 72a. Com o conceito da asa voadora formado, as dimensões básicas foram definidas conforme a Figura 72b.

Figura 72 - Ilustração conceitual da asa voadora e dimensões básicas.

Fonte: Próprio autor.

O perfil aerodinâmico escolhido foi ZAGI12 e os dados iniciais da aeronave. podem ser observados no Quadro 1.

1,20m

0,35m

0,22m

29,42 o

Quadro 1 - Dados iniciais da asa voadora.

Descrição Equação Valor

Área da asa 𝑆 =(𝑐𝑟 + 𝑐𝑡). 𝑏 2 0,34 𝑚2 Relação de Alongamento 𝐴𝑅 = 𝑏2 𝑆 4,21 Relação de Afilamento 𝜆 =𝑐𝑡 𝑐𝑟 0,63 Corda média aerodinâmica 𝑐̅ = 2 3∙ 𝑐𝑟 ∙ ( 1 + 𝜆 + 𝜆2 1 + 𝜆 ) 0,29𝑚

O centro de gravidade da asa voadora foi estabelecido a 20% da corda média, localizado à 0,20m a partir do bordo de ataque da corda central da aeronave conforme a Figura 73.

Figura 73 - Cálculo do centro de gravidade da asa voadora.

Fonte: Próprio autor.

0,35m 0,22m 0,35m 0,22m 0,29m 0,20m Centro de gravidade

Para a eletrônica embarcada foram selecionados os seguintes itens conforme o Quadro 2.

Quadro 2 - Seleção da eletrônica embarcada na asa voadora.

Descrição Foto Descrição

Motor Motor sem escovas CF2822

1200KV.

Hélice Hélice GWS 10x4,5

ESC HK-30A - ESC 25-30A SS

SERIES

Servo de acionamento dos

Controle remoto Sistema de controle remoto Spektrum DX7

Placa controladora APM 2.8

Bateria Bateria Lipo Turnigy

2200mah 20c-30c 3s 11.1v

Para a fabricação da asa foram utilizados blocos de espuma de poliestireno cortados utilizando o método da resistência elétrica aquecida guiada por perfis de alumínio, esse método utiliza dois perfis de alumínio de cada lado do bloco, uma resistência elétrica percorre toda a extensão do perfil moldando a estrutura de cada semi asa, conforme a Figura 74.

Figura 74 - Ilustração do método de corte da asa.

Fonte: Próprio autor.

Após o corte e a união de cada semi asa a estrutura foi reforçada com varetas de fibra de vidro com 1mm de diâmetro, dispostas conforme a Figura 75.

Figura 75 - Asa reforçada com varetas de fibra de vidro.

Fonte: Próprio autor.

Os próximos passos foram revestir a aeronave com vinil adesivo, instalar a aletas laterais, ailerons e servos de acionamento e montante do motor elétrico conforme podemos observar na Figura 76.

B lo c o d e e s p u m a d e p o lie s t ir e n o P e r fil d e a lu m í n io P e r fil d e a lu m í n io R e s is t ê n c ia e lé t r ic a D ir e ç ã o d o c o r t e P o n t o fix o

Figura 76 - Sequência de montagem, revestimento, aletas, ailerons, servos e montante.

Fonte: Próprio autor.

Com a estrutura principal da aeronave concluída, foram instalados o conjunto motopropulsor, ESC, receptor do rádio controle, placa controladora, GPS, bateria e os servomotores de acionamento dos ailerons. a aeronave completa pode ser observada na Figura 77.

Figura 77 - Asa voadora completa.

Fonte: Próprio autor.

Com o objetivo de analisar o comportamento da asa voadora durante o voo estabilizado através da placa controladora e sem o auxílio da estabilização, foi configurado no transmissor do sistema de rádio controle a opção de mudança do modo de voo através de uma chave seletora. Durante os testes foram realizados vários voos remotamente controlados, alternando durante o voo os modos estabilizado e normal.

3.2.Multirotor

Para a análise do multirotor duas opções foram avaliadas, a primeira, comprar um multirotor comercial pronto para o voo e analisar suas características de voo e possíveis configurações. A segunda, construir totalmente um multirotor, possibilitando entender todo o processo de construção, configuração e pilotagem. A primeira opção é a mais prática e com menos chances de erro, atende os objetivos iniciais de aprendizado e análise de um multiroto, a segunda opção apresenta maiores dificuldades e maior tempo de dedicação, porém possibilita dominar todo o processo da construção, configuração e pilotagem.

Com o objetivo de analisar detalhadamente todo o processo que envolve um multirotor, fez-se a escolha da segunda opção, desenvolver um multirotor em todas as suas etapas e acumular conhecimentos para a fabricação do VANT híbrido. A opção foi por um tricóptero de modelo “Y” com mecanismo para inclinação do motor de cauda para que a aeronave não gire no próprio eixo devido ao binário. As medidas iniciais podem ser observadas na Figura 78.

Figura 78 - Medidas iniciais do tricóptero.

Os componentes e configurações da aeronave foram selecionados conforme o Quadro 3.

Quadro 3 - Componentes e configurações do multirotor tricóptero.

Componente selecionado Imagem Descrição

Motores Sunnysky sem escovas A2212

800kv

Hélices GWS 10x4,5

Controle remoto

Sistema de controle remoto Spektrum DX7

Controlador Eletrônico de Velocidade

Bateria Bateria Lipo Turnigy Nano-tech 25C 2200 MAh 3S 11,1V

Placa controladora APM 2.8 com GPS

Para a construção do frame foram utilizados: perfis quadrados de alumínio de 3/8’ para os braços, as partes estruturais foram confeccionadas a partir de chapas de poliestireno de 1, 2 e 3mm de espessura coladas com cianoacrilato, tiras de Velcro foram coladas nas estruturas com a finalidade de fixar e retirar os componentes eletrônicos mais facilmente, as peças confeccionadas e os braços de alumínio podem ser observados na Figura 79.

Figura 79 - Peças para montagem do Frame.

Fonte: Próprio autor.

Para o trem de pouso foram utilizadas tiras de PCV com 25mm de espessura, retiradas de um tubo de 15mm de diâmetro conforme a Figura 80, esse modelo também desempenha a função de amortecedor durante o pouso, preservando o equipamento embarcado.

Figura 80 - Tiras de PVC para o trem de pouso.

Fonte: Próprio autor.

Após a montagem dos componentes o frame se apresentou resistente e leve, com apenas 380g o frame está pronto para a instalação dos componentes eletrônicos (Figura 81).

Figura 81 - Frame montado sem eletrônica.

Fonte: Próprio autor.

Após a construção do frame os componentes eletrônicos foram instalados (Figura 82) a placa controladora foi configurada no software Mission Planner onde foi carregado

em sua memória o firmware para tricóptero com 3 motores, foram calibrados os ESCs, o rádio controle, os sensores de movimento e a bússola. A aeronave completa ficou com peso final de 870kg.

Figura 82 - Frame com eletrônica instalada.

Fonte: Próprio autor.

Após a montagem do tricóptero foram executados voos de teste (Figura 83), onde foi possível observar a eficiência da placa controladora estabilizando quase em tempo real qualquer interferência externa na aeronave, outro ponto analisado foram as respostas aos comandos rádio controlados que se mostraram totalmente eficientes, a autonomia máxima de voo foi de 12 minutos.

Figura 83 - Teste de voo do tricóptero.