Dron         Maniac

La aerodinámica es el estudio del efecto del aire que se mueve a través de la superficie de un objeto. Los principios aerodinámicos principalmente se aplican a los aviones y helicópteros pero también se aplican a los vehículos de tierra, cometas y cualquier otra cosa que se mueva a través del aire.

 

Las fuerzas de empuje, fricción, peso y elevación son los cuatro conceptos básicos de la aerodinámica. El empuje es lo que mueve el vehículo hacia adelante, mientras que la fricción viene del aire que se mueve a través de la superficie del vehículo, ofreciendo resistencia y frenándolo. El peso del vehículo tira hacia el suelo. La elevación es el aire bajo el ala de un vehículo aéreo que fuerza hacia arriba.

 

Gracias al fenómeno físico de la aerodinámica el aeromodelismo pudo surgir de un deporte derivado de la técnica de construcción y vuelo de aeroplanos de pequeño tamaño, denominados aeromodelos, que han sido preparados para volar sin tripulación. La faceta científica de esta afición comprende el estudio de la aerodinámica, la mecánica, el diseño y proyecto de modelos de aviones y su construcción. Mientras que la parte deportiva consiste en hacer volar a los aparatos de distintas maneras, según el tipo de aeromodelo.

 

A través de los desarrollos de la electrónica en conjunto y con los conocimientos desarrollados con el aeromodelismo surgieron los drones, que es un vehículo aéreo no tripulado (VANT por sus siglas en español). En la actualidad tiene diferentes funciones que son fundamentales dentro de la sociedad, desde propuestas comerciales hasta el rescate de personas.

 

Entre los desarrollos en la electrónica aparecieron los motores brushless que es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor. También conocidos como motores conmutados electrónicamente. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control es mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos.

 

Ventajas:

• Mayor eficiencia (menos perdida por calor)

• Mayor rendimiento (mayor duración de las baterías para la misma potencia)

• Menor peso para la misma potencia

• Requieren menos mantenimiento al no tener escobillas

• Relación velocidad/par motor es casi una constante

• Mayor potencia para el mismo tamaño

• Mejor disipación de calor

• Rango de velocidad elevado al no tener limitación mecánica.

• Menor ruido electrónico (menos interferencias en otros circuitos)

Desventajas:

• Mayor costo de construcción

• Siempre hace falta un control electrónico para que funcione (ESC), que a veces duplica el costo.

 

Un control electrónico de velocidad o ESC es un circuito electrónico con el fin de variar un motor eléctrico de velocidad, su dirección y posiblemente también para actuar como un freno dinámico. ESC se utilizan a menudo en la propulsión eléctrica modelos de radio control, con la variedad más utilizada para motores sin escobillas esencialmente utilizando una fuente DC de baja tensión proporcionando electrónicamente energía trifásica para el motor.

 

Gracias a los motores brushless y sus controladores de velocidad los asociamos a las hélices que es un dispositivo formado por un conjunto de elementos llamados palas, montados de forma concéntrica alrededor de un eje, girando alrededor de este en un mismo plano. Su función es transmitir a través de las palas su propia energía cinética (que adquiere al girar) a un fluido, creando una fuerza de tracción; o viceversa, tomar la energía cinética de un fluido para transmitirla mediante su eje de giro así generando propulsión.

Otras de las innovaciones en la electrónica fueron las tarjetas controladoras que consta de un conjunto de elementos como los son puertos de entrada, salida, sensores, procesador; y que tal pueda ser de estructura reprogramable.

 

El programa consta de un algoritmo del control PID consiste de tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional depende del error actual. El Integral depende de los errores pasados y el Derivativo es una predicción de los errores futuros. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar los torques de los motores de manera óptima en base a los datos suministrados por los sensores a la tarjeta.

 

La mejoras en los materiales y formas de construcción hicieron que la relación peso resistencia mecánica fura muy eficiente y diera un gran paso a los tipos de chasis los cuales se clasifican por el número de motores que se van a utilizar en el multirotor en este orden de idea sus nombres son tricoptero (3), Cuadricóptero (4), hexacoptero (6), octacoptero.  El chasis es esencial en el diseño de un multirotor ya que ha mayor peso a levantar mayor número de motores y dependiendo del material a desarrollarlo será su resistencia mecánica.

Sensores adaptados a la tarjeta controladora como:

 

El barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. Esta es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera, por medio de este sensor implementado en la tarjeta controladora podemos mantener una altitud estable y autónoma.

 

El Giróscopo es un instrumento utilizado para medir, mantener o cambiar la dirección en el espacio de algún aparato o vehículo, por este medio se le da información a la tarjeta para la orientación en los tres ejes tridimensionales (x, y, z) con este sensor siempre mantenemos referenciado el horizonte para nunca perder la orientación y tomar medidas al momento de no estar en la posición indicada.

 

Los acelerómetros es un instrumento que mide la velocidad en presencia de un peso dado por la gravedad y una masa interior unida a un dinamómetro, cuyo eje está en la misma dirección que la aceleración que se desea medir, este sensor implementado en la tarjeta controladora hace que los motores apliquen una fuerza proporcional a la aceleración para un cambio de dirección o una auto estabilización eficiente.

 

El GPS es un dispositivo de posicionamiento global, que utiliza los satélites disponibles para generar una triangulación y dar la posición exacta en el plano terrestre de un elemento. Cuando se integra a la Tarjeta controladora, nos permite identificar la Altitud, Latitud, longitud, MSNM, Rumbo, Velocidad (m/s) y Azimut.

 

El magnetómetro se utiliza como una brújula que permite saber en todo momento la dirección a la que apunta el drone.