Se alguma vez voou com um zangão, imediatamente se dá conta de quão alto eles são realmente. Quando se vê online as imagens do zangão de outras pessoas, muito raramente se ouve exactamente o quão alto é o zangão. O ruído dos zangões pode estar em qualquer lugar, desde um pequeno zumbido agudo até um palpitar irritante que pode ser ouvido a uma certa distância. Neste artigo podemos cobrir porque é que os zangões são tão altos e exactamente o que se pode fazer para impedir que o zangão se torne demasiado alto. Além disso, analisaremos a ciência por detrás da mais recente tecnologia para reduzir o ruído que os zangões fazem enquanto voam.
Drones são barulhentos porque à medida que as hélices se movem rapidamente através do ar, deslocam muito ar rapidamente introduzindo picos e gotas de pressão à medida que a hélice gira – criando o ruído de zumbido de assinatura. O movimento rápido das pás da hélice e o esforço dos motores eléctricos também criam muito ruído.
Quanto mais rápido as hélices gastam mais alto o passo do zumbido criado e quanto mais lento as hélices cortam através do ar mais baixo o passo. Tenho o ar Mavic e tem hélices mais pequenas do que outros zangões DJI e há uma diferença notável no passo e na areia que eles fazem. Os zangões maiores terão hélices mais longas e uma menor frequência de rotação durante o voo.
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Por que são os zangões tão barulhentos? – Aqui está a resposta rápida:
Aqui estão quatro razões pelas quais os zangões fazem tanto barulho enquanto estão a pairar e a voar:
- Frequência de rotação da hélice – como falámos acima, se as hélices chicotearem pelo ar rapidamente obtemos uma maior frequência gerada. Não há muito que se possa fazer quanto ao drone que requer uma frequência de rotação elevada. É isso que o mantém no ar. Contudo, é possível escolher um zangão que seja maior e tenha uma frequência de rotação mais lenta para evitar o som de “enxame de abelhas” de alta frequência.
- Pás de hélices que passam sobre os braços – uma das principais razões pelas quais os zangões fazem um som alto é que as pás de hélices têm de passar sobre os braços que as seguram para além do corpo do zangão. À medida que as pás da hélice passam sobre os braços, cria temporariamente um sistema de alta pressão sobre o braço e deixa de produzir pressão sob a aeronave. Isto cria uma onda de pressão e um som que é uma frequência bastante baixa.
- O tamanho do drone – o peso do drone ditará a velocidade que as hélices têm de gastar para gerar o não empurrão que é necessário para que ele flutue. Se comprar um zangão pesado, as hélices girarão mais rapidamente e serão muito mais altas. Pense num helicóptero como sendo o último drone pesado para comparação.
- O comprimento, passo e profundidade das hélices – hélices maiores colocam mais ar enquanto giram, o que significa que produzem mais impulso e requerem menos frequência de rotação para manter o drone no ar. O som também é alterado pelo ângulo, ou passo, da hélice, uma vez que o passo determina a perturbação que provoca no ar.
Agora você sabe porque é que os zangões produzem tanto ruído, vamos dar uma olhadela rápida ao ruído dos zangões e dar-lhe a capacidade de comparar esse ruído com o ruído quotidiano.
Como é ruidoso um zangão?
Drones estão muito no seu volume de ruído consideravelmente. Além disso, existe uma relação entre a proximidade de um zangão ao observador e a percepção do ruído do zangão. Para compreender como é ruidoso um zangão, precisamos de obter alguma referência sobre a unidade de volume que é o decibel.
Um decibel é uma unidade de intensidade de areia e é abreviado para dB. A escala de dB é realmente grande porque é tão sensível à areia. As pessoas com uma gama normal de audição podem ouvir tudo, desde o toque ligeiro na pele até ao rugido de um motor de avião. A escala de decibel é uma escala logarítmica. Isto significa que aumenta com a potência de 10 para cada unidade de aumento.
Para compreender a gama completa de níveis de decibéis em relação aos sons do dia-a-dia aqui está uma tabela de diferentes níveis de dB.
Níveis de decibéis
0 dB é a areia mais macia que o ouvido humano pode ouvir e é quase inaudível. Isto é como uma folha a cair no chão, por exemplo. Qualquer exposição a areia superior a 140 dB é considerada insegura para os ouvidos humanos e a exposição a ruídos superiores a 85 dB durante longos períodos de tempo também prejudicará a sua audição.
Vê-se pela tabela acima que os ruídos podem atingir níveis inseguros muito rapidamente. Reduzir a quantidade de tempo que passa a ouvir ruídos muito altos irá proteger a sua audição. Notará que os zangões têm entre 70 e 80 dB de volume. Isto está muito próximo do nível de ruído excessivo de 85 dB e uma exposição prolongada a estes ruídos irá definitivamente danificar o seu ouvido. Felizmente, os zangões são feitos para serem voados longe de si e, portanto, é improvável que durante o voo tenha uma exposição prolongada a zangões muito barulhentos.
Como posso tornar o meu zangão mais silencioso?
Se quiser saber mais formas de tornar o seu zangão mais silencioso consulte o meu outro artigo – como posso tornar o meu zangão mais silencioso? – Clique aqui para ser levado ao artigo.
Devido à forma como os zangões são mantidos no ar não há nada que possamos fazer para evitar que os zangões desloquem o ar e criem uma quantidade significativa de ruído. O barulho que aqui temos é de facto um excesso de energia que é necessária para mover o ar para criar impulso. Existem realmente apenas duas formas de reduzir o volume de um zangão:
- absorver o som gerado – há alguns produtos no mercado que afirmam reduzir o ruído de um zangão enquanto este está a pairar. Esta abordagem baseia-se em equilibrar o deslocamento do ar com a absorção das ondas sonoras geradas por uma hélice a chicotear pelo ar. Há muito poucos drones que estão a utilizar esta abordagem, pelo que é necessário o uso de acessórios de terceiros para conseguir a absorção do som.
- Mudança da forma e morfologia da hélice – porque as hélices e motores são as partes primárias geradoras de ruído de um drone, há muitos fabricantes de hélices de drones que estão a mudar a forma e texturas de superfície das hélices para minimizar o ruído. Há revisões mistas sobre esta abordagem, mas se se quiser experimentar é relativamente barato comprar algumas hélices furtivas.
Usar estas duas opções como forma de reduzir o ruído do zangão aqui são algumas das formas em que pode tornar o seu zangão mais silencioso.
Utilizar mais rotores
Adicionar mais rotores a um drone significa que cada rotor tem de deslocar menos ar para manter o drone no ar e por isso cada motor tem de trabalhar um pouco menos. Em 2015 uma equipa da NASA desenvolveu um protótipo de drone que foi desenvolvido para silenciar o irritante ruído do drone que é gerado durante o voo.
O drone da NASA tinha oito motores e isso significa que cada motor pode trabalhar com rotações por minuto ligeiramente diferentes. Isto significa que existe uma geração de harmónicos mais pequenos do que num drone com apenas quatro hélices e uma redução no espectro de frequências. Esta técnica chama-se espalhamento do espectro de frequências e só é possível porque há tantas hélices que são precisamente controladas por uma unidade de controlo electrónico. Isto significa que quando o protótipo de zangão foi voado a 30 m quase não se conseguia ouvir.
Isso torna este zangão perfeito para a entrega de encomendas!
Hélice mais lenta
C>O que se resume ao simples facto de as hélices maiores poderem deslocar mais ar do que as hélices mais pequenas. Isto significa que cada motor não precisa de gastar é fantástico, com a mesma potência. Uma hélice maior também reduzirá a frequência do ruído que as pessoas têm relatado ser menos irritante.
Pode comprar hélices aftermarket praticamente todos os tipos de zangões e isto pode ter impacto na quantidade de ruído gerado. O aumento do diâmetro das hélices também aumentará o factor de impulso na criação de elevação vertical de forma mais eficaz. Hélices maiores com RPM reduzido irão stressar os motores e causar um aumento da procura nas baterias e outros componentes internos – isto significa que há sempre um pagamento quando se troca as hélices por um tipo diferente.
Sandar pela superfície
Quando se compra um zangão disponível comercialmente, é frequente ter logótipos e outras coisas e estampados na hélice.
Se tiver comprado um zangão com marcas de moldagem ou outras marcas de logotipo, pode remover rapidamente o excesso de plástico usando uma lixa de 800 ou 600 e corrigindo a forma esfregando suavemente a superfície. Normalmente o plástico utilizado nas hélices é um composto de nylon reforçado, não sendo fácil de danificar. Se estiver preocupado em lixar uma hélice e atirar o seu drone para fora do equilíbrio, deve simplesmente esfregar o mesmo número de vezes em cada hélice. Em alternativa, pode simplesmente esfregar durante o mesmo número de vezes em cada hélice.
Homem Hélices de baixo ruído
Existem muitas hélices de aftermarket de baixo ruído. Se for a qualquer retalhista (como a Amazon) e escrever em hélices de baixo ruído e o seu modelo de drone, encontrará uma gama de hélices de baixo ruído, de actualização rápida para o seu modelo. Elas tendem a funcionar de duas maneiras
- reduzem as rotações por minuto
- stealth propulsores têm uma superfície muito lisa.
Os resultados típicos da utilização de hélices furtivas são uma redução do ruído de cerca de 3,5 dB, reduzindo as revoluções por minuto em cerca de 20%. Um efeito secundário adicional das hélices super-eficientes e suaves é a probabilidade de obter um maior tempo de voo com até 14% a mais de tempo de pausa.
O bom de usar esta abordagem é que não há ajustes de ajuste a fazer no seu drone para obter o melhor desempenho. Não há necessidade de fazer quaisquer alterações de regulação. Tudo o que tem de fazer é retirar as hélices antigas e colocar as novas hélices furtivas e o ar do DJI Mavic fará todos os ajustes. Se tiver havido uma actualização de software, poderá jogar com o ganho para obter um melhor desempenho.
Camisa de propulsor
p>você também pode comprar o que é conhecido como um sudário. Uma empresa chamada dotterel produziu uma mortalha de redução de ruído e segurança para hélices de drone. Estas reduzem o ruído ao amortecer a interacção do ar com o corpo, braços e outras partes do zangão.
Uma mortalha de segurança reduz o ruído, primeiro absorvendo a areia e depois reflectindo também qualquer ruído residual para cima e para longe das pessoas no chão. Há também frequências específicas absorvidas no núcleo da mortalha, uma vez que é feita de materiais acústicos que absorvem algumas frequências particularmente bem.
Como a ciência está a tornar os zangões mais silenciosos
Desde que os zangões têm voado, as pessoas têm-se perguntado como se pode tornar um zangão mais silencioso? Há muitas razões comerciais e técnicas para querer que um zangão seja mais silencioso. Talvez esteja a sobrevoar animais, talvez esteja a sobrevoar pessoas que não possam ser incomodadas – talvez até esteja a gravar áudio para um filme. Seja qual for a razão pela qual as ciências começaram a estudar as formas de reduzir os níveis de ruído dos zangões e cobriremos aqui parte da investigação.
Dispersão do ruído pela fuselagem do zangão
Em 2019, um estudo de um grupo de investigação chinês analisou a concepção de zangões silenciosos através da compreensão dos aspectos físicos da geração e propagação do ruído dos zangões. No seu trabalho apresentam uma estrutura para avaliar o efeito de dispersão do ruído de rotor de um zangão voador, utilizando diferentes técnicas de modelização e matemáticas.
Ao compreender o efeito do corpo no ruído de rotor e o ruído disperso gerado pelo ruído reflectido, apresentaram uma forma de analisar exactamente o que precisa de acontecer para reduzir o ruído de zangões de diferentes tipos de corpos de zangões. No seu trabalho, utilizam um tipo de corpo de zangão que é muito semelhante à série DJI phantom. Este é o aspecto do padrão de ruído de zangão:
Vemos que há uma carga de ruído reflectida para cima e muito pouco reflectida para baixo durante um voo.
Desenho de uma hélice silenciosa para um veículo aéreo não tripulado
Em 2009 os cientistas de Israel observam que conceber uma hélice silenciosa e eficiente é uma tarefa exigente porque estes dois objectivos conduzem frequentemente a tendências de concepção contraditórias.
O estudo analisou um processo de optimização multidisciplinar do design para o design de uma hélice silenciosa. Este desenho está sujeito a restrições de potência, estruturais e laterais, mas foram capazes de conceber uma hélice silenciosa para um mini veículo aéreo eléctrico não tripulado. As variáveis de concepção incluem coisas como a geometria das pás, o ângulo do cone das pás, o raio da hélice, o número de pás, e a velocidade de rotação do motor. As características do motor também foram consideradas como tendo uma influência muito importante na optimização da hélice, pelo que devem ser tidas em conta na concepção da hélice silenciosa.
Concluem o seguinte:
- que o principal mecanismo de redução do ruído das hélices envolve uma redução da velocidade de rotação das hélices.
- aumentar o número de pás reduz a assinatura de ruído. A redução do ruído pode chegar até 10 dB mais silencioso.
- O ruído do zangão relaciona-se com a proximidade do zangão acima do observador e a optimização para um ruído mínimo no ponto directamente acima do panfleto deve ser priorizada na concepção.
- Os resultados do artigo sublinham a importância de uma abordagem multidisciplinar para a concepção de uma hélice silenciosa. É importante abordar todas as disciplinas em simultâneo durante a concepção de uma hélice silenciosa.
Este artigo vai mostrar como é realmente difícil criar um zangão que seja verdadeiramente silencioso.
Caldo testado acusticamente e hélices modificadas
Um artigo recente publicado em 2021 analisou o stock DJI phantom a hélices e comparou-as com uma hélice de paragem que foi modificada com um entalhe na borda de fuga.
Uma comparação das duas hélices mostrou que a investigação é de que as hélices de corte e paragem do bordo de fuga têm um nível de pressão sonora semelhante em todas as distâncias medidas. O entalhe do bordo de fuga da hélice parecia deslocar a frequência mais elevada e era a única diferença significativa entre os dois tipos de hélices.
Este efeito parece ser reduzido à medida que se aumenta a quantidade de hélices. Um hexacóptero DJI também foi pilotado com as hélices de stop e trailing edge notch. O hexacóptero era 20 dB mais ruidoso do que o fantasma, mas não havia diferença discernível no nível de pressão sonora entre as duas hélices.
Isto significa que quaisquer alterações significativas no bordo de fuga da hélice não são susceptíveis de causar um aumento ou diminuição significativa do ruído. Interessante!
Os zangões nunca se calam?
Dada a forma como os zangões permanecem no ar, não creio que os zangões alguma vez se calem. Isto porque dependem do deslocamento de uma quantidade significativa de ar que, inerentemente, causará ruído. Basta pensar num ventilador ou outro objecto em movimento rápido e haverá sempre ruído.
Tecnologia de drone precisará de dar um salto inimaginável para que os drones fiquem completamente silenciosos. No entanto, há cientistas a trabalhar na redução da quantidade de ruído e podemos até levar um zangão ao ponto de ser quase inaudível, uma vez que voa cerca de 30 m no ar. Isto é incrível considerando a quantidade de aplicações potenciais num ambiente urbano que os zangões podem ser capazes de preencher.
Podem não estar em silêncio mas estarão muito perto!