É uma pergunta que muitas vezes nos fazemos como voadores de aviões depois de uma chamada ou de um acidente. Pode uma libélula com três hélices? Se tiver tido um incidente desagradável ou se for apenas do tipo inquisitivo, pode já ter experimentado esta pergunta. Neste artigo vamos dar uma vista de olhos à ciência e às experiências que foram feitas online e que tentaram responder exactamente a esta pergunta.
Apressado? Aqui está a resposta curta:
Sim, foi demonstrado pelos cientistas que um zangão é capaz de voar com três hélices. Contudo, isto requer algoritmos especiais a serem implementados no software de recuperação de zangões. Um zangão comercial típico não tem estes algoritmos e por isso não poderá voar com apenas três hélices.
Existem alguns drones que foram concebidos com apenas três hélices e a diferença entre este e um drone de quatro hélices é que foram concebidos dessa forma e que foram equilibrados desde o início.
Vejamos um dos estudos mais interessantes sobre se um zangão pode ou não voar com a perda de uma, duas, ou três hélices.
Table of Contents
O que diz a ciência
Em 2014 foi publicado um estudo, que analisava exactamente esta questão. Foi apresentado na Conferência Internacional sobre Robótica e Automação (ICRA). O artigo analisa um drone de quatro hélices mantendo uma altura em torno de uma posição no espaço, apesar de ter perdido uma única, duas opostas, ou três hélices.
Em cada uma das situações, a fim de controlar o drone o drone tinha de controlar em torno de um acesso primário. Isto significa que é possível que um drone voe com três hélices se tiver sido especificamente programado para depois rodar em torno e em redor ao perder uma hélice.
É o que parece quando um drone perde uma hélice e foi programado para rodar em torno de um eixo e depois automaticamente em terra macia. É bastante impressionante que o drone possa agir sobre o incidente tão rapidamente:
Este algoritmo utiliza inicialmente as hélices restantes para colocar o drone num giro horizontal. Após assegurar a estabilidade do drone, alterando selectivamente o impulso de cada hélice, orienta o quad core, inclinando o ângulo de rotação. Em seguida, diminui o impulso lentamente e facilita a descida do zangão até uma aterragem controlada.
Interessantemente, o algoritmo também funciona se apenas uma hélice estiver operacional. Aqui está o vídeo do drone também a perder para as hélices:
Os métodos de que os cientistas falam poderiam também ser aplicados à concepção de veículos rotativos que poderiam ser concebidos para ter tão poucas como uma hélice. Isto tornaria a produção muito mais barata do que a de uma hélice com quatro hélices ao custo de não ser capaz de controlar a altitude ou estabilidade total do veículo.
Drona que pode voar sobre uma hélice
O mesmo grupo de investigadores que discutimos acima teve a sua investigação relatada na BBC. Neste vídeo eles demonstram o drone que foi concebido para voar sobre uma hélice. Eles queriam realmente ultrapassar os limites do que podiam fazer com os drones e há um vídeo no link acima, que mostra o quanto o drone tem de rodar para se manter estável com apenas uma hélice.
Então, os zangões podem ser programados para voar (bem…girar) quando têm apenas três hélices funcionais. Porque é que os zangões precisam exactamente de quatro hélices? Vejamos agora essa questão.
Por que é que os zangões têm quatro hélices?
Drones são enganosamente difíceis de manter no ar. Requerem uma enorme quantidade de engenharia e controlo de software para os manterem estáveis. A razão pela qual temos quatro hélices num drone é porque esta é uma das formas mais económicas de manter o drone equilibrado e também estável em toda a gama de condições que os drones encontram.
É preciso ter um número par de hélices a girar no sentido dos ponteiros do relógio e no sentido contrário para impedir a aeronave de girar fora de controlo. Ao ter quatro pontos separados que têm um impulso variável, a aeronave também é capaz de ultrapassar qualquer instabilidade lateral, frontal e traseira, ou rotacional, subindo ou descendo a velocidade de cada um dos quatro motores.
Isto não acontece de forma tão eficiente com duas hélices e por isso a próxima quantidade uniforme de hélices é de quatro. É por isso que os zangões têm de ter quatro hélices para se manterem estáveis e equilibradas ao longo dos seus movimentos.
E que tal mais hélices?
Drones também podem ter seis ou oito hélices mas seguem as mesmas regras que acima:
- um número par de hélices
- arranjado simetricamente em torno do corpo do zangão
- uma quantidade igual rodando no sentido horário e no sentido anti-horário
- podem ser controlados individualmente para movimentos.
O único limite para o número de hélices que tem em torno de um zangão é o espaço físico que é capaz de dar a cada hélice. Se se aproximarem demasiado um do outro, o drone não será capaz de ter um fluxo de ar eficiente através das superfícies das hélices e será significativamente mais instável.
É tudo um acto de equilíbrio para manter o drone no ar com a menor quantidade possível de peso (motores e hélices).
Na menos ciência e do espectro, houve uma experiência no YouTube com um DJI Phantom para. Vejamos agora essa experiência – embora não seja baseada na ciência, continua a ser muito interessante.
Pesquisa do YouTube com um DJI Phantom 4
Neste vídeo, a premissa era relativamente simples. O experimentador pegou num DJI Phantom com quatro hélices cheias e cortou lentamente no comprimento de uma das hélices. Tiraram cerca de 1 polegada de cada lado da hélice até restar muito pouco.
No vídeo pode ver-se que embora as lâminas tenham sido cortadas com uma serra e deixem uma aresta esfarrapada, só depois de a maior parte da lâmina ter sido retirada é que há um problema de estabilidade.
As chaves de arranque são que o drone gira à volta do seu eixo devido aos movimentos desequilibrados das hélices no sentido dos ponteiros do relógio e no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. Isto é um sinal de que o drone está nos limites da sua estabilidade, uma vez que a sua descolagem irá fazer girar o drone em vez de o fazer girar.
O que pode fazer se partir uma hélice durante um voo
Se estiver a voar e danificar acidentalmente uma hélice ou de outra forma danificar uma hélice, há algumas coisas que pode fazer. Contudo, não é possível recuperar completamente um drone DJI se perder completamente uma hélice. Não tem os mecanismos pelos quais se estabiliza todos os algoritmos que lhe permitem aterrar em segurança como os drones que mencionámos na experiência científica, acima.
Aqui, poderá ver o que pode fazer se acidentalmente lascar ou danificar uma hélice enquanto voa:
- mãos fora dos comandos – se o seu drone tiver uma função de estabilização automática, o melhor que pode fazer é dar ao drone uma oportunidade de, se notar quaisquer problemas com a estabilidade do drone ou se este tiver entrado em contacto com algo, tirar as mãos do controlador, a menos que precise de se afastar de um perigo iminente.
- Lo>Lo>Voltar para aterrar se for seguro – se o seu zangão estiver a girar depois de ter entrado em contacto com qualquer coisa no ambiente imediato, é um indicador de que o seu zangão está quase a cair do céu e já não é capaz de voar.
- Lo>Voltar para aterrar se for seguro – se lascar ou partir uma hélice durante um voo e o zangão ainda estiver no ar pode ser capaz de o manobrar em segurança de volta ao local de aterragem. Se não for capaz de aterrar imediatamente na zona mais segura mais próxima e ir ao zangão para o recolher.
- Substituir as pás – escusado será dizer que se tiver pás danificadas (por muito pouco que estejam danificadas) deverá substituí-las. Como os pneus de um carro, a hélice de um drone é a única coisa que realmente se mantém no céu e mesmo apenas uma pequena fractura da linha do cabelo pode facilmente transformar-se em mais durante as forças de rotação enquanto se voa. Em caso de dúvida, substitua todas as hélices e elimine as antigas.
- Não tente apanhar o drone – se estiver a voar acima de si mesmo e o drone estiver a cair na sua direcção, saia do caminho e não tente apanhar o drone. Isto porque as hélices estão a girar a uma velocidade muito elevada, o que significa que podem facilmente causar danos nos tecidos moles. Especialmente se tiverem arestas vivas devido a danos.
Se o zangão estiver fora de controlo, pode ser relativamente perigoso. Veja o meu outro artigo – as lâminas do zangão são perigosas? [artigo de segurança de lâmina completa) – clique aqui.
Lâminas de zangão perigosas?
Uma hélice partida é muito mais afiada do que uma típica hélice de zangão, pelo que qualquer conselho seria certificar-se de que não entra em contacto com a pá do zangão giratório se esta tiver sido danificada ou desalojada. As pás do zangão podem ser muito perigosas porque gastaram um número muito elevado de rotações e, se estiverem partidas, estarão a girar mais depressa do que o habitual. A ponta afiada da lâmina pode facilmente cortar e um tecido mole e causar uma laceração que não pode causar danos significativos para que um dedo seja arrancado, por exemplo.
Se quiser proteger as suas pás pode usar protecções de hélices – a maioria dos zangões vêm com protecções de hélices e protegerão as pás dos zangões, bem como qualquer coisa no ambiente. Deverá fazê-lo se estiver a voar num novo ambiente ou com obstáculos salientes ou de proximidade.
Conclusão
Drones permanecem no ar porque foram concebidos e concebidos para se manterem perfeitamente equilibrados enquanto voam.
Quatro hélices é o mínimo em que um zangão pode permanecer estável o suficiente para voar de uma forma controlável. Existem cerca de três drones de hélice no mercado, mas os drones de hélice quádrupla são os mais económicos em termos de peso e estabilidade.
Se um zangão perder uma hélice pode permanecer estável desde que existam algoritmos especiais de recuperação programados no zangão. A fim de permanecer em voo, o drone é obrigado a rodar em torno de um eixo primário para que possa permanecer estável e aterrar em segurança.