Quadrotor

Quadrotor
	QuadrotorQuadricóptero
Descrição
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Umquadricóptero,também chamado dehelicóptero quadrotor,é umaaeronaveque decola e é impulsionada por quatro motores. Quadricóptero são classificados como aeronaves que se sustentam através doempuxogerado pelashélices,suas decolagens são derivadas de quatro motores. Eles também podem ser classificados comohelicópteros,ainda que diferente de um helicóptero padrão. São capazes de utilizar hélices de elevação fixa, as quais oângulo de ataquenão varia como as hélices de rotação. O controle de movimento da aeronave pode ser realizado variando-se a velocidade relativa de cada rotor para alterar o empuxo e o torque produzido por cada um.

Logo no início dahistória do voo,as configurações do quadricóptero eram vistas como possíveis soluções para alguns dos problemas persistentes em voos verticais; problemas de controle detorqueinduzido (bem como as questões de eficiência provenientes do motor de cauda, o que gera uma elevação inútil) pode ser eliminado, por contra-rotação e as lâminas relativamente curtas são muito mais fáceis de construir. Uma série de projetos tripulados apareceu na década de 1920 e 1930. Estes veículos estão entre os primeirosheavier-than-air(mais pesados que o ar) de subida e descida vertical, ou seja, a descolagem e a aterrissagem são feitas na vertical. No entanto, osprotótiposiniciais sofriam de mau desempenho, e os protótipos finais necessitavam de muito trabalho dopiloto,devido à má estabilidade e o controle limitado. Mais recentemente projetos tornaram-se populares emVANTs- UAVs (veículos aéreos não tripulados). Esses veículos utilizam um sistema eletrônico de controle e sensores para estabilizar a aeronave. Com seu pequeno tamanho e capacidade de manobra ágil, esses quadricópterospodem ser pilotadostanto dentro de casa quanto ao ar livre. Existem várias vantagens nos quadricópteros, comparando com os helicópteros: em primeiro lugar, um quadricóptero não exige ligações mecânicas para variar o ângulo das pás dorotorenquanto giram, isto simplifica a criação e manutenção do veículo; em segundo, o uso de quatro rotores permite que cada rotor individual tenha umdiâmetromenor ou igual ao rotor do helicóptero, o que lhes permite ter menosenergia cinéticadurante o voo. Isto reduz o dano causado quando os rotores batem no nada. Os VANTs em pequena escala possibilitam uma interação próxima e segura. Alguns quadricópteros em pequena escala têm quadros que encerram os rotores, permitindo voos entre ambientes mais desafiadores, e com menor risco de danificar o veículo ou seus arredores. Devido à sua facilidade de construção e controle, os quadricópteros são frequentemente usados como projetos deaeronaves amadoras.

História

Primeiras Tentativas

Oehmichen No. 2 (1920)

Étienne Oehmichenfez experiências com projetos dehelicópterosem 1920. Entre os seis projetos que ele tentou seu helicóptero No. 2, tinha quatro rotores e oito hélices, todos impulsionado por um único motor. O Oehmichen No. 2 utiliza um quadro de tubos de aço, com rotores de duas lâminas com as extremidades dos quatro braços. O ângulo destas lâminas pode ser variado por deformação. Cinco das hélices giram no plano horizontal, estabilizando a máquina lateralmente. Outra hélice foi montada no nariz para a direção. O par restante de hélices foi para propulsão para frente. A aeronave apresentou um considerável grau de estabilidade econtrolabilidadepara o seu tempo, e fez mais de um milhar de voos de teste durante a década de 1920. Em 1923 ele foi capaz de permanecer no ar por alguns minutos, e em 14 de abril de 1924 estabeleceu o primeiro recorde de distância (FAI) para helicópteros de 360 m (390 m). Ele demonstrou a capacidade de concluir um curso circular e, mais tarde, completou o primeiro 1 km (0,62 milhas) de circuito fechado de voo por um helicóptero.

Bothezat (1922)

Dr.George de BothezateIvan Jeromedesenvolveram esta aeronave, com seis pás rotores na extremidade de uma estrutura em forma de X. Duas pequenashélices com passo variávelforam utilizadas para controle de pressão e de guinada. O veículo utilizou controle de pitch coletivo. Construído pelo Serviço Aéreo dos EUA, ele fez seu primeiro voo em outubro de 1922. Cerca de 100 voos foram realizados até ao final de 1923. A maior altura atingida foi de cerca de 5 m (16 ft). Apesar de demonstrar viabilidade, era de baixa potencia, sem resposta, mecanicamente complexo e suscetíveis a problemas de confiabilidade. O trabalho dopilotoera muito durante a tentativa de movimento lateral.

Convertawings (1956) Um modelo de quadricóptero

Este helicóptero único foi concebido para ser o protótipo de uma linha de quadricópteros civis e militares. O projeto contou com dois motores de condução, quatro rotores através de um sistema decorreiasem v. Não foi necessário cauda e o controle foi obtido através da variação da pressão entre os rotores. Voou muitas vezes com sucesso, em meados da década de 1950, este helicóptero provou o projeto quadricóptero e foi também o primeiro helicóptero de quatro rotores, para demonstrar o voo bem sucedido para a frente. No entanto devido à falta de encomendas de versões comerciais ou militares, o projeto foi encerrado. Convertawings propôs um modelo que teria um peso máximo de 19 toneladas (42.000 libras) com uma carga de 4,9 toneladas (10.900 libras) a mais de 300 milhas e de até 278 km/h (173 mph).

Curtiss-Wright VZ-7 (1958)

O Curtiss-Wright VZ-7 era um aviãoVTOL(dedecolagemeaterrissagemvertical) projetado pela empresaCurtiss-Wrightpara oExército dos EUA.O VZ-7 é controlado alterando a pressão de cada uma das quatro hélices.

Desenvolvimentos Recentes

Nas últimas décadas, em pequena escala osVANTs(Veículos Aéreos Não Tripulados) tornaram-se mais comuns e são usados para muitas aplicações. A necessidade de aeronaves com maior capacidade de manobra e capacidade pairando levou ao aumento atual na pesquisa de quadricópteros. Odesignde quatro rotores permite quadricóptero ser relativamente simples na sua concepção, mas altamente confiável e manobrável. Investigação de ponta, continua a aumentar a viabilidade dos quadricópteros, fazendo avanços na comunicação multi-ofício, exploração do ambiente, e manobrabilidade. Se todas essas qualidades em desenvolvimento podem ser combinados entre si, o quadricóptero seria capaz de missões autónomas avançadas que não são atualmente possívis com qualquer outro veículo. Alguns programas atuais incluem:

OBell Boeing Quad Tiltrotorleva o conceito quadricóptero adiante, combinando-a com o conceito de rotor de inclinação para uma proposta deC-130de transporte militar médio.
Aermatica Spa's Anteosé a primeira aeronave deasarotativa RPA (aeronaves remotamente pilotadas) a ter obtido permissão oficial para voar noespaço aéreocivil pelaENAC(Autoridade de Aviação Civil italiana), e será o primeiro capaz de trabalhar em espaço aéreo não segregado.
AeroQuadeArduCoptersão projetos de hardware esoftware de código abertobaseado em Arduino para a construção de quadricópteros DIY (faça você mesmo).
Parrot AR.Droneé um pequeno quadricóptero controlado via rádio com câmeras ligadas a ele, construído porParrot SA,destinado a ser controlado porsmartphonesoutablets.Em junho de 2013, NoShow Aéreo de Paris,Parrot anunciou que já venderam mais de 500.000 quadricópteros AR.Drone.

Usos

Comercial

O maior uso de quadricópteros tem sido na área de imagens aéreas, embora, nosEUA,atualmente ser ilegal o uso de veículos de controle remoto para fins comerciais. Os quadricópteros VANTs são adequados para este tipo de trabalho devido à sua natureza autônoma e enorme redução decustos.

Militar e Policial

Veículos aéreos não tripulados são usados para vigilância ereconhecimento aéreopor agências militares e policiais, bem como missões de busca e salvamento em ambientes urbanos. Um exemplo é oAeryon Scout,criado pela empresa canadenseAeryon Labs,que é um pequeno VANT que pode tranquilamente passar no lugar e usar uma câmera para observar pessoas e objetos no chão. A empresa alega que a máquina teve um papel fundamental em uma apreensão dedrogasnaAmérica Central,fornecendo imagens da vigilância de um traficante de drogas no meio da selva. Aeryon não revelou outros detalhes.

Plataforma de Pesquisa

Quadricópteros são uma ferramenta útil para os pesquisadores da universidade, para testar e avaliar novas ideias em um número de diferentes áreas, incluindo a teoria de controle de voo, navegação, sistemas em tempo real erobótica.Nos últimos anos, muitas universidades têm mostrado quadricópteros realizando manobras aéreas cada vez mais complexas. Enxames de quadricópteros podem pairar no ar, em formação, de forma autônoma, executando rotinas de voo complexas, como flips, correndo através de hula-hoops e organizar-se para voar como um grupo. Existem numerosas vantagens para a utilização dos quadricópteros como plataformas de teste versáteis. Eles são relativamente baratos, disponíveis numa variedade de tamanhos e sua concepção mecânica simples significa que eles podem ser criados e mantidos por amadores. Devido à natureza multi-disciplinar de operar um quadricóptero, acadêmicos de diversas áreas precisam trabalhar em conjunto, a fim de fazer melhorias significativas no controle dos quadricópteros. Os projetos de quadricópteros normalmente são colaborações entreciência da computação,engenharia elétricae especialistas deengenharia mecânica.Eles são tão manobráveis que podem ser úteis em todos os tipos de situações e ambientes. Os quadricópteros capazes de voo autónomo poderão ajudar a eliminar a necessidade de as pessoas colocarem-se em posições perigosas. Esta é a principal razão que o interesse a investigação tem vindo a aumentar ao longo dos anos. Existem alguns laboratórios de pesquisa de engenharia de classe mundial atualmente desenvolvendo técnicas de controle mais avançados e aplicações para quadricópteros. Estas incluem principalmente MIT's Aerospace Controls Lab, ETH's Flying Machine Arena e da Universidade da Pennsylvania Robótica Geral, Automoção, Sensoriamento e Percepção (GRASP).

Controle de voo

Cadamotorproduz umempuxoe otorquesobre seu centro de rotação, bem como uma força dearrastooposta à direção do veículo de fuga. Se todos os motores giram na mesma velocidade angular, com os motores um e três girando no sentido horário e os motores dois e quatro anti-horário, haverá torque líquido aerodinâmico e, consequentemente, a aceleração angular sobre o eixo de rotação é exatamente zero, o que implica que a guinada dorotorde estabilização de helicópteros convencionais não é necessária. É induzida por descasamento o equilíbrio em torques aerodinâmicos (e, através de compensação os comandos de impulso acumulados entre os pares de lâminas contra-rotação).

Um quadricóptero paira ou ajusta a sua altitude, aplicando igual pressão para todos os quatro rotores.	Um quadricóptero ajusta sua guinada aplicando mais pressão nos rotores que giram em uma direção.	Um quadricóptero ajusta a sua altura ou rolo, aplicando mais pressão para um rotor e menos impulso ao seu rotor diametralmente oposto.	Esquemática de torques de reação em cada motor de um avião quadricóptero, devido à rotação dos motores. Os motores 1 e 3 giram em uma direção, enquanto os motores 2 e 4 giram no sentido oposto, produzindo torques opostos para o controle.

Mecânica

Os principais componentes mecânicos necessários para a construção são as quatro,hélices(de passo fixo oupasso variável) e os motores elétricos. Para um melhor desempenho e algoritmos de controle mais simples, os motores e hélices devem ser colocadas equidistantes. Recentemente, afibra de carbonotornou-se popular devido à sua leveza e rigidez estrutural. Os componentes elétricos necessários para construir um quadricóptero são semelhantes às que são necessárias para um moderno helicóptero RC. Eles são: o módulo de controle eletrônico de velocidade, placa controladora (ou computador OnBoard), ebateria.Normalmente, um transmissor também é usado para permitir o controle a humanos.

Voo autónomo

Os quadricópteros e outros multicópteros muitas vezes podem voar autonomamente. Muitoscontroladores de voomodernos usam um software que permite ao usuário marcar "pontos de referência" em um mapa, ao qual o quadricóptero vai voar e executar tarefas, como pouso ou ganhar altitude.

Animações e vídeo

Ver também

AeroVelo Atlas(2013)
Breguet-Richet Gyroplane(1907)
Helimodelismo
Multirotor
UAV / VANT - (veículo aéreo não tripulado)

Ligações externas

Referências

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v d e Aviação
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