Como os Drones voam?

Utilizamos drones para muitos uso, como fazer vídeos simples e irritar meu cachorro. Os drones são bastante populares nos dias de hoje, e você pode comprar um bom modelo gastando pouco. Não modelos que os cientistas usam para estudar mudanças climáticas e atmosféricas.
Aqueles possuem valor muito elevado.
Pequenos drones são fáceis de controlar: podem voar em praticamente qualquer direção, o que os torna ótimos para gravar vídeos. Mas como um drone realmente voa?

Os drones usam rotores para propulsão e controle. Você pode pensar em um rotor como fã, porque eles funcionam praticamente o mesmo. As lâminas giratórias empurram o ar para baixo. Claro, todas as forças vêm em pares, o que significa que quando o rotor empurra para baixo no ar, o ar empurra o rotor. Esta é a idéia básica por trás do elevador, que se resume a controlar a força ascendente e descendente. Quanto mais rápido os rotores girarem, maior o elevador e vice-versa.

Agora, um drone pode fazer três coisas no plano vertical: deslizar, escalar ou descer. Para deslizar, o impulso da rede dos quatro rotores empurrando o drone para cima deve ser igual à força gravitacional que o puxa para baixo. Fácil. Então, o que é sobre o movimento, quais pilotos chamam de escalada? Apenas aumente o impulso (velocidade) dos quatro rotores, de modo que haja uma força ascendente não-zero maior que o peso. Depois disso, você pode diminuir o impulso um pouco – mas agora existem três forças no drone: peso, impulso e ar arrastar. Então, você ainda precisará que os propulsores sejam maiores do que apenas um hover.

Descendente requer fazer exatamente o oposto: simplesmente diminua o impulso do rotor (velocidade), de modo que a força da rede é para baixo.

Nesta configuração, os rotores vermelhos estão girando no sentido anti-horário e os verdes estão girando no sentido horário. Com os dois conjuntos de rotores que rodam em direções opostas, o momento angular total é zero. O momento angular é muito parecido com o impulso linear, e você o calcula multiplicando a velocidade angular pelo momento de inércia. Esperar. Qual é o momento de inércia? É semelhante à massa, exceto que trata da rotação. Sim, é bastante complicado, mas tudo o que você precisa saber é que o momento angular depende da rapidez com que os rotores giram.

Se não houver torque no sistema (o sistema aqui sendo o drone), então o momento angular total deve permanecer constante (zero neste caso). Apenas para tornar as coisas mais fáceis de entender, direi que os rotores vermelhos no sentido anti-horário têm um momento angular positivo e os rotores verdes no sentido horário têm um momento angular negativo. Eu atribuirei a cada rotor um valor de +2, +2, -2, -2, que se eleva a zero (deixei as unidades).

Digamos que você deseja girar o drone para a direita. Suponha que eu diminua a velocidade angular do rotor 1, de modo que agora ele tenha um momento angular de -1 em vez de -2. Se nada mais acontecesse, o momento angular total do drone seria agora de +1. Claro, isso não pode acontecer. Então, o drone gira no sentido horário para que o corpo do drone tenha um momento angular de -1. Estrondo. Rotação.

Mas espere! Diminuir a rotação do rotor 1 fez com que o drone girasse, mas também diminuiu o impulso do rotor 1. Agora, a força ascendente líquida não é igual à força gravitacional, e o drone desce. Pior ainda, as forças de impulso não são equilibradas, então as pontas do drone para baixo na direção do rotor 1. Não se preocupe. Posso consertar isso.

Para girar o zangão sem criar todos os outros problemas, diminua a rotação dos rotor 1 e 3 e aumenta a rotação para os rotores 2 e 4. O momento angular dos rotores ainda não é igual a zero, de modo que o corpo do drone deve girar . Mas a força total permanece igual à força gravitacional e o drone continua pairando. Uma vez que os rotores de impulso inferiores estão diagonalmente opostos um do outro, o drone ainda pode permanecer equilibrado.

Para frente e para trás

Qual é a diferença entre avançar ou retroceder? Nenhum, porque o drone é simétrico. O mesmo vale para o movimento de lado a lado. Basicamente, um drone quadcopter é como um carro onde cada lado é a frente. Isso significa que explicar como avançar também explica como retroceder ou para ambos os lados.

Para avançar, eu preciso de um componente para frente do impulso dos rotores. Aqui está uma vista lateral (com forças) de um drone movendo-se a uma velocidade constante.