Pesquisadores desenvolvem novo design de asa para drones pequenos
Créditos: Breuer Lab/Brown University

Pesquisadores desenvolvem novo design de asa para drones pequenos

Novo design pode tornar drones pequenos de asa fixa muito mais estáveis e eficientes

Pesquisadores da Universidade Brown projetaram um novo tipo de asa que poderia tornar drones pequenos de asa fixa muito mais estáveis e eficientes. O novo design substitui o contorno suave encontrado nas bordas frontais da maioria das asas de avião por uma placa plana grossa e uma borda frontal afiada. Embora não pareça, o novo design oferece vantagens aerodinâmicas distintas para drones pequenos.

Em um estudo publicado na Science Robotics, os pesquisadores mostram que a nova asa é muito mais estável do que asas padrão diante de rajadas repentinas de vento e outros tipos de turbulência, que muitas vezes causam estragos em aeronaves pequenas. A asa também fornece um voo aerodinamicamente eficiente que se traduz em melhor vida útil da bateria e tempos de voo mais longos.

17/01/2020 às 15:38
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"Drones pequenos podem ser realmente úteis em muitas aplicações, incluindo voos em áreas povoadas, pois são inerentemente mais seguros para os seres humanos, mas há problemas para operar aeronaves pequenas", disse Kenny Breuer, professor da Escola de Engenharia na universidade e o autor sênior do estudo. "Eles tendem a ser ineficientes, o que limita os tempos de voo movidos a bateria da maioria dos drones para cerca de 30 minutos ou mais. Eles também tendem a ser desorientados por rajadas de vento e ar turbulento proveniente de obstáculos como edifícios e árvores. Então, temos pensado em um design de asa que pode combater esses problemas."

A ideia de uma asa que dispensa os contornos suaves da borda frontal de uma asa normal foi inspirada em pássaros e insetos. Uma borda frontal com contorno suave ajuda a manter o fluxo de ar firmemente ligado à asa. Mas as asas de aves e insetos geralmente têm bordas frontais bastante ásperas e afiadas para promover a separação do fluxo de ar. A separação de fluxo causa problemas de eficiência para aeronaves de grande porte, mas parece funcionar muito bem para aves e insetos.

Pesquisadores desenvolvem novo design de asa para drones pequenos

A nova asa — apelidada de "Separated Flow Airfoil" — foi projetada por Matteo Di Luca, estudante de pós-graduação da Brown e principal autor do estudo. A ideia é separar intencionalmente o fluxo na borda frontal, o que faz com que o fluxo se reconecte de forma mais consistente antes de atingir a borda traseira. Essa reconexão é auxiliada por uma pequena aba arredondada colocada perto da borda da asa, como mostrado na imagem acima. O design permite um voo mais eficiente e estável para aeronaves pequenas.

A razão pela qual o projeto funciona tem a ver com as características em pequena escala da chamada camada limite, a fina camada de ar que está diretamente em contato com a asa. Na escala dos aviões de passageiros, a camada limite é sempre turbulenta — cheia de pequenos redemoinhos e vórtices. Essa turbulência mantém a camada limite contra a asa, mantendo-a firmemente presa. Em pequenas escalas, no entanto, a camada limite tende a ser laminar. Uma camada limite laminar se separa facilmente da asa e muitas vezes nunca se reconecta, o que leva ao aumento do arrasto e elevação reduzida.

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Testes do novo design de asa em um túnel de vento mostraram que o aumento da eficiência aerodinâmica resultou em uma diminuição da potência mínima de cruzeiro em comparação com drones pequenos tradicionais. Isso se traduz em uma vida útil prolongada da bateria.

Além de um melhor desempenho aerodinâmico, o novo design também oferece outros benefícios. O novo design possibilita o uso de asas mais grossas, o que as torna estruturalmente mais fortes para que subsistemas como baterias, antenas ou painéis solares possam ser integrados. Isso poderia reduzir o tamanho de uma fuselagem aerodinamicamente complicada - ou eliminar completamente a necessidade de uma.

Os pesquisadores já patentearam o novo design e continuarão a refiná-lo para oferecer um desempenho ainda melhor.

Fonte: Engadget, Universidade Brown
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Fabio Rosolen

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