Pesquisadores da Universidade de Southampton inventaram um novo método para projetar hélices mais eficientes para uso em pequenos drones. O seu método, que utiliza um programa de computador especializado denominado MATLAB, foi concebido para melhorar o desempenho dos drones, especialmente aqueles utilizados para operações de visão em primeira pessoa, onde o feedback em tempo real é importante. Essas hélices são menores e muitas vezes enfrentam desafios de desempenho operacional, principalmente devido aos complexos padrões de fluxo de ar que enfrentam. A pesquisa, liderada pelo Dr. Stephen Prior e Daniel Newman-Sanders, foi publicada na revista Applied Science em julho de 2024.
Os especialistas da equipe desenvolveram um programa de computador inovador que ajuda a otimizar o projeto dessas pequenas hélices. O programa ajusta cuidadosamente a forma e o ângulo das lâminas para garantir que funcionem da forma mais eficiente possível. Uma parte fundamental do seu trabalho é garantir que o fluxo de ar sobre a hélice permaneça acima do nível de número de Reynolds (Re) de 100.000, o que é fundamental para manter um desempenho forte. “Este nível é importante porque diferencia o desempenho da hélice de baixa e alta eficiência”, disse o Dr. Pryor. Seu projeto aprimorado mostrou melhorias significativas no desempenho da hélice em comparação com o projeto padrão.
O programa de computador MATLAB também permite aos usuários ver como as forças e os torques são distribuídos ao longo das pás da hélice. Isso fornece uma melhor compreensão de como as alterações no projeto afetam o desempenho geral. Para testar o seu método, os investigadores compararam os seus resultados com dados de pequenas hélices reais e descobriram que as suas previsões eram extremamente precisas. O novo design poderia aumentar significativamente a resistência de pequenos drones, permitindo-lhes voar por mais tempo e consumir menos energia.
Newman-Sanders destacou como esta pesquisa tem aplicações no mundo real: “Os drones com visão em primeira pessoa estão se tornando cada vez mais importantes em muitas operações especiais onde o equilíbrio entre resistência e desempenho é fundamental. Ele também mencionou que seu programa poderá eventualmente ser usado com softwares de design 3D, como o SolidWorks, o que tornará mais fácil passar do estágio de projeto para a produção rápida.
Os resultados deste estudo têm implicações mais amplas não apenas para a tecnologia dos drones, mas também para qualquer situação em que sejam necessárias hélices pequenas e eficientes. Embora as hélices de aeronaves maiores possam atingir níveis de eficiência muito elevados, as hélices de aeronaves menores geralmente apresentam desempenho insatisfatório. Os avanços feitos pelo Dr. Prior e sua equipe ultrapassam os limites do que é possível, fazendo progressos significativos na melhoria do design da hélice do drone.
Os pesquisadores esperam avançar ainda mais em seu trabalho criando projetos de hélices que reduzam ainda mais a perda de energia. Eles também estão explorando opções como o uso de hélices sobrepostas para aumentar a eficiência. Pesquisas futuras também explorarão como esta abordagem pode ser aplicada a outras pequenas hélices utilizadas em diferentes indústrias, com o objetivo de estabelecer novos padrões para um design eficiente.
Pryor acrescentou: “A guerra na Ucrânia destacou a necessidade de drones eficientes com visão em primeira pessoa (FPV), capazes de voar longas distâncias enquanto transportam grandes cargas”.
Referência do diário
Prior, SD e Newman-Sanders, D. “Projeto avançado de hélice proporcional usando código otimizado MATLAB”. Ciência Aplicada, 2024. doi: https://doi.org/10.3390/app14146296
Sobre o autor
Dr. Stephen D. Pryor Leitor em Drones pela Universidade de Southampton. Ele também é diretor do Laboratório de Sistemas Autônomos, que realiza pesquisas relacionadas à defesa. Dr. Prior é autor de 200 publicações técnicas. Seus interesses de pesquisa incluem helicópteros coaxiais, novos drones e tecnologias de habitat. Ele é um membro ativo da IMechE e atuou como presidente geral da conferência ICICE da China e copresidente da conferência ICMES de Taiwan. Ele também é membro do conselho editorial do Unmanned Systems Journal, do International Journal of Micro Air Vehicles e do Journal of Science and Innovation. Dr Prior é o fundador e CEO da Hybrid Drones Ltd, que desenvolve tecnologia de drones híbridos pesados para abastecimento de última milha e outras missões.
Dan Newman-Sanders Atualmente é engenheiro de software trabalhando para uma empresa de tecnologia em Bristol, Reino Unido. Anteriormente, ele trabalhou na indústria de defesa trabalhando em algoritmos complexos de orientação, controle e navegação para mísseis e sistemas de mísseis. Ele estudou na Universidade de Southampton, no Reino Unido, e recebeu um Mestrado em Engenharia com Honras de Primeira Classe em Aeroespacial. Enquanto estava na faculdade, suas paixões incluíam otimização computacional e projeto e fabricação de sistemas de aeronaves. Fora do trabalho, seus hobbies incluem futebol e corrida.
