Pesquisadores da Universidade de Southampton desenvolveram um novo método para projetar hélices altamente eficientes usadas em pequenos drones. A sua abordagem, que utiliza um programa de computador especializado denominado MATLAB, visa melhorar o desempenho dos drones, especialmente aqueles utilizados para operações de visão em primeira pessoa, onde o feedback em tempo real é crítico. Essas hélices são pequenas e muitas vezes enfrentam desafios no seu bom funcionamento, especialmente devido aos complexos padrões de fluxo de ar que experimentam. O estudo, liderado por Stephen Prior e Daniel Newman-Saunders, foi publicado na revista Applied Sciences em julho de 2024.
Os especialistas da equipe desenvolveram um programa de computador inovador para ajudar a melhorar o projeto dessas pequenas hélices. Este 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 esteja acima de um determinado número de Reynolds (Re) de 100.000, o que é essencial para manter um desempenho forte. “Este nível é importante porque separa a baixa eficiência da alta eficiência no desempenho da hélice”, disse o Dr. Prior. Seu design aprimorado mostrou um aumento significativo no desempenho das hélices em comparação com os designs padrão.
Um programa de computador MATLAB permite aos usuários ver como a força e o torque são distribuídos ao longo das pás da hélice. Isso fornece uma melhor compreensão de como as mudanças no design afetam o desempenho geral. Para testar a sua abordagem, os investigadores compararam os seus resultados com os dados de uma pequena hélice real e descobriram que as suas previsões eram mais precisas. O novo design melhora muito a resistência de pequenos drones, permitindo-lhes voar por mais tempo usando menos energia.
Newman-Saunders destacou como esta pesquisa poderia ser aplicada no mundo real: “Os drones de visão em primeira pessoa estão se tornando cada vez mais importantes em muitas operações especiais onde é necessário equilibrar resistência com desempenho. Ele também observou que o programa deles poderia eventualmente funcionar com software de design 3D como o SolidWorks, o que tornaria mais fácil passar da fase de design para a produção rápida.
Os resultados desta pesquisa têm amplas implicações não apenas para a tecnologia dos drones, mas para qualquer situação que exija hélices pequenas e eficientes. Embora hélices de aeronaves grandes possam atingir eficiência muito alta, as menores geralmente não o fazem. Dr. Os avanços feitos por Prior e sua equipe ultrapassaram os limites do que era possível, fazendo progressos significativos na melhoria do projeto de hélices para veículos aéreos não tripulados.
Os pesquisadores esperam levar seu trabalho ainda mais longe, desenvolvendo 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 estão analisando como este método pode ser aplicado a outras hélices de pequena escala utilizadas em diversas indústrias, com o objetivo de estabelecer um novo padrão para um design eficiente.
Prior acrescentou: “A guerra na Ucrânia destaca a necessidade de drones eficientes com visão em primeira pessoa (fpv), capazes de transportar grandes cargas e voar longas distâncias”.
Nota de diário
Mun, SD, & Newman-Sanders, D. “Projeto avançado de hélice de critério usando um código de otimização MATLAB.” Ciência Aplicada, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/app14146296
Sobre os professores
Dr. Stephen D. Prior Ele é leitor em veículos aéreos não tripulados pela Universidade de Southampton. Ele também é diretor do Laboratório de Sistemas Autônomos, que conduz pesquisas relacionadas à segurança. Dr. Prior é autor de mais de 200 publicações técnicas. Seus interesses de pesquisa incluem helicópteros coaxiais, novos UAS e técnicas de empoleiramento. Ele é um membro ativo da IMechE e foi presidente geral das conferências ICICE na China e copresidente das conferências ICMES em Taiwan. Ele também faz parte do conselho editorial do Journal of Unmanned Systems, do International Journal of Micro Air Vehicles e do Journal of Science and Innovation. Prior é o fundador e CEO da Hybrid Drones Ltd., que desenvolve tecnologia de drones híbridos de carga pesada para entregas de última milha e outras missões.
Don Newman-Sanders Atualmente trabalha como engenheiro de software em uma empresa de tecnologia em Bristol, Reino Unido. Anteriormente, ele trabalhou na indústria de defesa, onde trabalhou em sistemas complexos de orientação, controle e navegação para mísseis e sistemas de mísseis. Ele estudou na Universidade de Southampton, na Inglaterra, onde obteve seu diploma de primeira classe MEng Honors em Aeronáutica e Astronáutica. Na universidade, seus interesses incluíam otimização computacional e projeto e fabricação de sistemas aviônicos. Fora do trabalho, seus hobbies incluem futebol e corrida.
