Como construir um drone

Funcionamento básico de uma aeronave multi-rotor

Controlar o movimento de uma aeronave no ar é fundamental para o voo.
O nome disso é “Controle de Atitude“. Existem basicamente 4 controles necessários para o voo em qualquer tipo de aeronave, seja de asa fixa, asa rotativa ou multi-rotor:

• Arfagem (Pitch)
• Rolagem (Roll)
• Guinada (Yaw)
• Potência (Throttle)

Um helicóptero convencional possui uma asa rotativa em cima da cabine (que a maioria das pessoas confunde com “hélice”), e um rotor de cauda (aquela hélice na cauda do aparelho – esta sim é uma hélice). Para voar, o motor gira a asa rotativa, mas a mesma força que faz a asa girar no sentido anti-horário, faz o restante do helicóptero tender a girar no sentido horário – o que não é desejável. A esta força damos o nome de “efeito torque“.

O rotor de cauda serve exatamente para compensar este efeito, ele vai gerar empuxo lateral na cauda para evitar que o helicóptero gire no sentido contrário ao da asa rotativa, e assim mantém a orientação desejada pelo piloto.

Para controlar Arfagem e Rolagem, o helicóptero altera o angulo de ataque e o avanço da asa rotativa, e para controlar a Guinada, ele apenas ajusta a velocidade do rotor de cauda. Para subir e descer verticalmente, ele ajusta o passo da asa e a aceleração do motor (mais potência, ele sobe, menos, ele desce).

Uma outra forma de controlar atitude em helicópteros é usando uma segunda asa rotativa, que gira no sentido oposto ao da primeira. Desta forma o torque do motor é exercido de maneira igual nas duas asas.

Neste tipo de helicóptero, o rotor de cauda é dispensado, pois o controle de Guinada é realizado reduzindo a velocidade de uma asa rotativa enquanto aumenta-se a velocidade da outra. A diferença de torque nas duas asas faz o helicóptero girar em seu próprio eixo vertical da maneira desejada pelo piloto. Mas os demais controles (de Arfagem e Rolagem) ainda são exercidos por meio de ajustes no passo e no avanço das asas rotativas.

Nas aeronaves multi-rotor, como os quadricópteros, hexacópteros, octocópteros, decacópteros e outras configurações com 4 ou mais motores, o princípio de funcionamento é bem parecido: O controle de guinada é realizado exclusivamente por efeito torque, ao controlar individualmente a aceleração dos motores que giram no sentido horário e no sentido anti-horário. Porém, Arfagem e Rolagem são controladas controlando a aceleração motores laterais ou dianteiros e traseiros.

Para o aparelho inclinar para frente ou para trás (Arfagem), controla-se a aceleração dos motores dianteiros e traseiros. Para inclinar à direita ou à esquerda (Rolagem) controla-se a aceleração dos motores laterais. Para girar à direita ou à esquerda (Guinada), controla-se a aceleração de todos os motores, a fim de criar uma diferença de velocidade entre os que giram no sentido horário e os que giram no sentido anti-horário. Para controlar a altitude (subir ou descer), basta acelerar ou desacelerar todos os motores igualmente.

Essa configuração dispensa o uso de servo-motores, já que todo o controle de atitude pode ser realizado apenas controlando a aceleração de cada motor individualmente.

Em quase todas as aeronaves rádio-controladas é possível voar sem depender de muitos componentes eletrônicos. Geralmente apenas o receptor de rádio e os ESCs já são suficientes para um avião voar. No entanto, em aeronaves multi-rotor um computador de controle de voo é fundamental, pois de outra forma não seria possível controlar a velocidade de cada motor individualmente e ainda ter controle sobre a atitude do aparelho.

Para controlar cada motor, é preciso um pequeno computador eletrônico, capaz de comandar cada motor individualmente para controlar precisamente a sua velocidade, além de receber e processar informações sobre inclinação e giro em tempo real. Para isso é usado um giroscópio ligado diretamente ao computador de controle de voo (Flight Controller, ou FC). Normalmente o Flight Controller já vem com um giroscópio integrado em sua própria placa, além de outros instrumentos opcionais, como acelerômetro, barômetro, magnetômetro (bússola), voltímetro, entre outros.

Portanto a eletrônica embarcada em um quadricóptero (ou qualquer outro multicóptero) é fundamental para o seu funcionamento. Sem isso ele nem mesmo sai do chão.