PLATAFORMA PARA MEDIÇÃO DO EMPUXO DE CONJUNTO MOTOR-HÉLICE

Resumo

Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) estão se tornando populares devido à ampla gama de aplicações. As aeronaves controladas remotamente (RPA – Remotely Piloted Aircraft) se destacam pela aplicabilidade em tarefas civis, entre essas é possível destacar a inspeção e monitoramento ambiental, cartografia e pesquisa acadêmica. Nesse meio é relevante investigar o desempenho a fim de desenvolver modelos matemáticos que representem adequadamente o comportamento das mesmas, o qual está diretamente relacionado ao módulo de propulsão eletromecânico. Esse é constituído de hélice, motor de corrente contínua e controlador eletrônico de velocidade (ESC - Electronic Speed Control). Dessa forma, para projetar um VANT que atenda as características desejadas, é necessário retratar o comportamento dos fenômenos físicos que atuam no sistema propulsor, dentre os quais está o empuxo, responsável pela sustentação do veículo. Para isso, plataformas experimentais, que permitam a observação desses fenômenos, podem ser utilizadas para descrever esse comportamento. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho científico é desenvolver um instrumento de medição, o qual baseia-se no princípio de uma balança com célula de carga e Ponte de Wheatstone para transdução eletromecânica. Essa deve retratar o comportamento do empuxo a fim de otimizar o funcionamento do mesmo. A pesquisa é quantitativo-descritiva e experimental, na qual emprega-se o método dedutivo, e envolve a concepção de um recurso de medição. As amostras são obtidas alterando a tensão elétrica sob forma de PWM (Pulse Width Modulation). Desse modo é possível controlar a potência e velocidade do propulsor, a qual está diretamente relacionada ao empuxo, pois aumenta a rotação da hélice e consequentemente, a força que atua para cima. A coleta de dados dos valores referentes ao empuxo é realizada por meio de um sensor de deformação, conhecido como célula de carga e a ligação desse dispositivo é realizada por meio de uma plataforma eletrônica open-source (Arduino UNO). A técnica utilizada baseia-se no princípio da balança de precisão, que utiliza a célula de carga na configuração de viga em balanço e possui uma capacidade de 1kg. Nessa configuração o elemento elástico é insensível aos esforços laterais e possui como característica o esforço em flexão, medindo deformações de tração e compressão, os quais são provocados pelo conjunto hélice-motor do propulsor sendo o sinal elétrico da medição interpretado pelo microcontrolador. O módulo propulsor utilizado para realizar os ensaios, possui um motor marca Turnigy modelo 2826 1400kV e um ESC marca Red Brick 21A. Para os testes foram utilizados modelos diferentes de hélices, entre os quais uma possui tamanho não recomendado, pelo fabricante, para esse motor. Para essa hélice foi possível observar um comportamento acentuado do empuxo, causando consumo excessivo de corrente e provocando o aquecimento do ESC. As demais hélices apresentam tamanho correto para o motor e retratam comportamento adequado. Dessa forma, é possível constatar que o modelo da hélice influencia diretamente no comportamento do empuxo. Assim sendo, o valor dessa grandeza é de fundamental importância para o projeto de novos modelos de veículos multirrotores. A realização dos testes possibilita representar graficamente os valores de empuxo, auxiliando na sua interpretação com a finalidade de projetar a hélice que corresponde ao melhor desempenho do sistema propulsor.