As estruturas dos drones constituem a base estrutural das aeronaves não tripuladas, suportando a propulsão, a aviónica, as baterias, as cargas úteis e os sistemas de aterragem, mantendo simultaneamente a geometria necessária para um voo estável. As estruturas dos UAV incluem configurações de quadricóptero, hexacóptero, octocóptero, coaxial, dobrável, de asa fixa e híbrida VTOL.
Esta página apresenta fabricantes de estruturas para drones e fornecedores de estruturas de aeronaves não tripuladas (UAV), que dão suporte a aplicações que vão desde o FPV e a inspeção até ao mapeamento, transporte de carga, agricultura e investigação científica.
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A estrutura de um drone constitui a base estrutural de uma aeronave não tripulada, suportando o sistema de propulsão, a aviónica, as baterias, as cargas úteis e o equipamento de aterragem, ao mesmo tempo que mantém a geometria necessária para um voo estável. O projeto da estrutura afeta o peso, a rigidez, a durabilidade, a vibração, a resistência à fadiga, a capacidade de carga útil e a manutenção.
A escolha da estrutura adequada para um UAV depende da configuração e da missão. Uma estrutura para um drone FPV compacto privilegia a baixa massa e a agilidade, enquanto uma estrutura para um drone industrial ou de carga pesada deve suportar sistemas de propulsão, baterias e cargas úteis de maiores dimensões. As estruturas de asa fixa e VTOL apresentam exigências aerodinâmicas, estruturais e de fadiga distintas.
Kits de estrutura para UAV Hexsoon EDU v2 da NW Blue
Uma estrutura para um quadricópter outiliza quatro posições de motor em torno de um corpo central. Esta arquitetura com um número reduzido de peças é comum em estruturas de pequenos UAV, estruturas de drones FPV, aeronaves de inspeção e plataformas de sensores compactas.
As estruturas para hexacópteros suportam seis motores, permitindo que o impulso e as cargas estruturais sejam distribuídos por pontos de propulsão adicionais. Dependendo da configuração de propulsão e de controlo de voo, também podem proporcionar uma maior tolerância a algumas falhas de motores ou hélices. São frequentemente utilizadas para UAVs profissionais de imagem, mapeamento e industriais que transportam baterias ou cargas úteis de maiores dimensões.
Uma estrutura para um octocóptero suporta oito motores para aplicações com requisitos de sustentação substanciais. Os projetos de estruturas de drones octocópteros requerem, normalmente, placas centrais robustas, suportes para motores, estruturas de aterragem e sistemas de distribuição de energia capazes de transferir cargas altamente concentradas.
A estrutura de um drone coaxial coloca pares de motores em braços partilhados, com uma hélice acima da outra. Isto pode reduzir a envergadura da estrutura, embora a interação aerodinâmica entre as hélices possa afetar a eficiência, enquanto as cargas concentradas de impulso e binário exigem uma análise estrutural cuidadosa.
A geometria multirrotor influencia o espaço disponível para os componentes, o centro de gravidade, a distribuição de cargas e a distância livre das hélices. Os layouts em X são comuns em quadricópteros de uso geral, enquanto os designs de estrutura em H e os relacionados com o FPV podem proporcionar uma área de montagem central adicional.
Uma estrutura dobrável para drones utiliza dobradiças, braços destacáveis ou estruturas telescópicas para reduzir as dimensões quando embalada. As articulações das estruturas dobráveis para drones devem manter o alinhamento, a rigidez e a segurança do bloqueio, mesmo após repetidas utilizações, vibrações e operações.
A estrutura utilizada num UAV de asa fixa distribui as cargas pela fuselagem, asas, longarinas, nervuras, revestimentos e cauda. O projeto da estrutura de drones de asa fixa privilegia a eficiência aerodinâmica, a resistência à flexão e à torção, a resistência ao colapso e uma massa estrutural reduzida.
Estruturas compósitas prontas para voo, incluindo estruturas de drones, da Fibreworks Composites
As estruturas de asa voadora e de asa integrada incorporam grande parte da estrutura na superfície de sustentação. A disposição dos componentes, as superfícies de controlo, as antenas e os compartimentos de carga útil devem caber no volume aerodinâmico disponível, sem comprometer as vias de carga estrutural nem o centro de gravidade.
Num VTOL, a estrutura combina o equipamento de elevação vertical com estruturas otimizadas para o voo em frente. O projeto da estrutura híbrida de um UAV deve acomodar os motores de elevação, a propulsão de cruzeiro, as asas, as cargas de aterragem e as forças aerodinâmicas e estruturais geradas durante o voo de transição.
As estruturas de tiltrotor incorporam conjuntos de propulsão móveis. As suas estruturas devem manter o alinhamento através de acções repetidas, o que impõe exigências específicas aos pivôs, articulações, suportes dos motores, actuadores e reforços locais.
Os materiais das estruturas são selecionados de acordo com a rigidez, resistência, peso, resistência à fadiga, facilidade de fabrico, exposição ambiental e custo. A tabela abaixo resume as opções comuns para estruturas de drones e para a construção mais ampla de estruturas de UAV.
| Material | Características principais | Utilizações típicas |
| Compósitos de fibra de carbono | Elevada relação rigidez/peso e propriedades direcionalmente personalizáveis | Braços, placas, longarinas, estruturas monocoque |
| Compósitos de fibra de vidro | Boa resistência e isolamento elétrico | Carenagens, invólucros, estruturas transparentes às radiofrequências |
| Ligas de alumínio | Usináveis, duráveis e reparáveis | Suportes, juntas, suportes de motor, estruturas centrais |
| Titânio | Elevada resistência mecânica e resistência à corrosão | Acessórios sujeitos a cargas elevadas e componentes especializados |
| Polímeros de engenharia | Leve e fácil de moldar ou imprimir | Caixas, condutas, suportes, estruturas não essenciais |
| Compósitos em sanduíche | Elevada rigidez dos painéis com baixo peso | Asas, fuselagens, estruturas leves |
Uma estrutura de drone em fibra de carbono é comum nos casos em que a elevada rigidez e o baixo peso são prioridades. A construção da estrutura de um UAV em compósito também pode combinar carbono, vidro, materiais de núcleo e acessórios metálicos locais para equilibrar os requisitos estruturais, de RF, ambientais e de fabrico.
O projeto da estrutura do drone deve ter em conta os sistemas a ela acoplados, uma vez que uma integração inadequada pode causar problemas de vibração, ressonância, térmicos, de equilíbrio, de manutenção, estruturais ou eletromagnéticos.
O planeamento integrado ajuda a evitar que o chassis do dron se torne mais pesado ou mais complexo do que o necessário à medida que são adicionados sistemas, mantendo simultaneamente percursos de carga estruturais adequados e acessibilidade.
A maquinagem CNC é utilizada para acessórios de alumínio, placas de carbono, suportes de motor e interfaces estruturais. Proporciona padrões de furos precisos e geometria repetível para componentes de estrutura de UAV, tanto em protótipos como em produção.
A moldagem e a laminação de compósitos permitem produzir carcaças, longarinas, asas e estruturas monocoque leves. A orientação das fibras pode ser adaptada às cargas previstas, proporcionando rigidez e resistência onde necessário, enquanto a disposição controlada das camadas e a cura ajudam a manter propriedades estruturais consistentes.
A moldagem por injeção é adequada para peças de estrutura em polímero de maior volume, coberturas, condutas e caixas. Permite consolidar várias características num único componente, embora o investimento em ferramentas favoreça geralmente séries de produção mais extensas.
Uma estrutura de drone impressa em 3D pode permitir a prototipagem rápida, suportes personalizados, condutas e estruturas de baixo volume. Uma estrutura de drone imprimível em 3D deve, ainda assim, ter em conta as propriedades direcionais do material, o calor, as cargas dos elementos de fixação, a fadiga, a adesão entre camadas e a vibração.
As estruturas de drones podem combinar adesivos, parafusos, rebites, inserções, braçadeiras e juntas compósitas coladas. Os métodos de união afetam a reparabilidade, a transferência de carga, o peso estrutural, o comportamento à fadiga e a manutenção no terreno no âmbito do projeto global da estrutura do UAV.
Missões diferentes estabelecem prioridades distintas no que diz respeito à geometria da estrutura, interfaces de carga útil, proteção ambiental, vida útil estrutural e transportabilidade.
O design orientado para a aplicação ajuda a alinhar a massa e a complexidade da estrutura com as necessidades da missão, em vez de adicionar capacidades desnecessárias.
O desenvolvimento de estruturas de UAV continua a centrar-se na redução do peso estrutural, na simplificação da montagem, na melhoria da eficiência estrutural e na integração de mais funções da aeronave num número menor de componentes.
Estes desenvolvimentos estão a alargar a gama de arquiteturas de estruturas de drones leves disponíveis para aeronaves não tripuladas comerciais, industriais, de investigação e especializadas.
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