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2 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Sumário Introdução ........................................................................................................................ 3 Piloto de Drones – Básico I ............................................................................................... 5 1. Perspectivas e Nova Profissão ........................................................................... 5 Conhecimentos Aeronáuticos .......................................................................................... 7 1. Segurança Aeronáutica ...................................................................................... 7 2. Fenômenos Meteorológicos .............................................................................. 8 3. Aeródromos e Aeroportos ............................................................................... 10 Requisitos Médicos para Pilotos..................................................................................... 11 1. Condicionamento Psicomotor ......................................................................... 11 2. Psicotécnico ..................................................................................................... 11 Teoria de Voo e Aerodinâmica ....................................................................................... 12 1. Teoria de Voo e Efeitos Aerodinâmicos ........................................................... 12 2. Forças Aerodinâmicas ...................................................................................... 13 3. Equilíbrio .......................................................................................................... 14 4. Sistema de Comando e Controle ..................................................................... 15 Fundamentos de Rádio Frequência ................................................................................ 17 1. Conceitos e Definições ..................................................................................... 17 2. Alcance, Antenas e Interferência ..................................................................... 19 Checklist Pré-Voo ............................................................................................................ 25 Planejamento de Emergência ......................................................................................... 26 Os sete passos para se tornar um piloto/operador profissional .................................... 27 Conclusão........................................................................................................................ 31 Referências Bibliográficas ............................................................................................... 32 3 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Introdução Até bem pouco tempo atrás o interesse civil nas aeronaves não tripuladas em nosso espaço aéreo era sumariamente limitado aos hobistas com a prática de voos rádio controlados de seus modelos de aviões e helicópteros. Essas práticas aqui no Brasil encontram amparo desde 1999, e sob-regras específicas da Portaria nº 207/STE/1999. Há poucos anos, começamos a ouvir de uma forma mais ostensiva o termo “drones” para designar não mais as aeronaves militares não tripuladas, largamente utilizadas pelo governo norte americano em seus conflitos bélicos, mas sim pequenas aeronaves, de asa fixa e rotativa, que também receberam este nome devido a sua capacidade de realizar tarefas programadas, ou seja, voos autônomos. Pois bem, qual a diferença entre um aeromodelo e um drone? Além dos sistemas aviônicos bem mais simples, um aeromodelo será utilizado para uso recreativo basicamente, um drone ou UAV (unmanned aerial vehicle – veículo aéreo não tripulado) pode ser utilizado em diversos tipos de missões ou serviços como busca e salvamento, segurança pública, inspeções industriais, mapeamento, agricultura e daí por diante. Nosso maior desafio até então era a falta de uma norma voltada especificamente para regular tais atividades, ou seja, aplicações comerciais com drones, sejam eles de asa fixa ou rotativa como os multirotores. Entretanto este desafio já possui dias contatos, pois no mês de setembro de 2015 foi aberta consulta pública pela ANAC (Agência Nacional da Aviação Civil) que é o órgão responsável pela regulamentação do setor, para muito em breve termos os enquadramentos necessários às atividades comerciais utilizando os drones ou ARPs (Aeronaves Remotamente Pilotadas). Estamos apenas no início do desenvolvimento desta tecnologia e ainda não possuímos o vislumbre de até onde ela Fonte: http://www.uavinsider.com/rotary-wing-vs-fixed-wing-uavs/ 4 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada poderá chegar. O que sabemos hoje é que os drones podem ser uma ferramenta fantástica em diversas áreas e aplicações em nossa sociedade. 5 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Piloto de Drones – Básico I 1. Perspectivas e Nova Profissão Então quais profissionais estarão aptos a operar e pilotar estas aeronaves? O mercado certamente precisará de profissionais capacitados, pois os riscos consideráveis em qualquer voo são grandes quando pilotos e operadores não possuem a perícia necessária. Além de considerarmos o custo dos equipamentos que pode variar de R$5.000,00 à R$1.500.000,00 ou até mais dependendo do tipo de aeronave e equipamentos embarcados, devemos em primeiro lugar ter em mente o fator humano, pois um drone relativamente pequeno, que pesa em torno de 5kg, caindo de uma altura de 30 metros em cima de uma pessoa, poderá fatidicamente enviá-la a um hospital em situação bastante grave. Desta forma, todo aspirante a piloto UAV, uma das novas profissões da “era dos drones”, deverá se capacitar, adquirindo conhecimento teórico e prático para exercer suas atividades com total segurança e confiança. Estudos realizados por Universidades Norte Americanas especializadas em tecnologia de aeronaves não tripuladas e também pelo Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada – ITARC, apresentaram um resultado estatístico onde cerca Fonte: http://aerial.swarmuav.com.au/blog/bring-it-all-together-whats-involved-a-successful- drone-film-shoot 6 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada de 80% dos acidentes ocorridos por queda das RPAS se dão por falha humana, seja ela imperícia, negligência ou imprudência. Os 20% restantes se dão por falha mecânica ou eletrônica oriundas do próprio equipamento. Avaliando essas evidências empíricas, observamos a importância de um aspirante a piloto possuir conhecimento acerca do que envolve a atividade de pilotagem, como conhecimentos específicos sobre fundamentos aeronáuticos, fenômenos meteorológicos, teoria de voo e aerodinâmica, etc., tudo isso antes de ir para a prática propriamente dita. Fonte: http://droneanalyst.com/2014/10/28/gis-biggest-little-drone-market-world/ 7 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Conhecimentos Aeronáuticos 1. Segurança Aeronáutica Até que ponto os drones se tornam um risco ao nosso tráfego aéreo? A probabilidade de choque entre drones e aeronaves civis em nosso espaço aéreo é bastante remota, porém ela existe e por isso devemos tratar esta questão com a devida atenção. De toda forma, um drone de pequeno porte pode apresentar uma massa bastante similar à de pequenas aves, entretanto a probabilidade de choque com uma ave é muito maior e possui já várias ocorrências registradas em nossos aeroportos. Uma nova geração de drones inteligentesirá possuir conexão constante com a internet, planejamento de rotas integrado e sistema de sensores para desvio de obstáculos em seu caminho. A NASA está planejando um Sistema de Gerenciamento de Tráfego Aéreo não Tripulado (UTM), este sistema não irá requerer humanos monitorando cada e toda aeronave. Como os radares não funcionam muito bem para identificar aeronaves muito próximas ao solo, a NASA pretende que o sistema UTM use o Global Positioning System (GPS) e conectividade com a internet, provavelmente via torres de telefonia móvel, para Fonte: https://megaarquivo.com/category/aeronautica/ 8 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada automaticamente se comunicar e monitorar os drones. Os humanos somente serão necessários no caso de por alguma emergência for preciso fechar o espaço aéreo, por motivos de segurança ou algum outro evento extraordinário. 2. Fenômenos Meteorológicos 2.1 Fenômenos de microescala As escalas de movimento atmosférico Na atmosfera encontramos diversos tipos de aerossóis e gases que absorvem e emitem radiação em diferentes formas. A absorção ou emissão de radiação é também diferente para as diferentes superfícies da Terra (solo nu, oceanos ou vegetação) ou posição geográfica e época do ano. O vapor d’água, com suas mudanças de fase e consequente liberação de calor latente, faz com que se tenham fontes e sorvedouros de energia que precisam ser considerados quando se estuda os movimentos do ar. As montanhas também influenciam bastante os escoamentos atmosféricos. Percebe-se então que os problemas da circulação atmosférica envolvem muitos fatores, que nem sempre são simples de serem trabalhados. Como forma de simplificar essa Fonte: http://media.precisionhawk.com/topic/latas-bvlos-faa/ 9 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada quantidade enorme de fatores no estudo das circulações atmosféricas, costuma-se categorizar os diversos sistemas de circulação de acordo com o seu “tamanho”. Na atmosfera podemos praticamente encontrar circulações de qualquer tamanho, desde o microscópio movimento molecular até oscilações com escalas da ordem do perímetro da Terra. Todos esses diferentes tamanhos, ou escalas de movimento, são interdependentes. Assim, por exemplo, a turbulência produzida por uma montanha pode não ocorrer, a menos que exista um vento produzido por uma circulação maior que a própria montanha. Antes de entrarmos em detalhes sobre as causas dos movimentos atmosféricos daremos uma ideia sobre essas escalas de movimentos atmosféricos: Microescala: é a menor escala que tem importância meteorológica. Os fenômenos que acontecem nessa escala têm dimensões da ordem de 1 metro a 1 km, e duração da ordem de 1 segundo até cerca de 1 hora. Nessa escala são enquadrados: processos de formação das gotas de chuva, dispersão de poluentes e interação no sistema solo-plantas e atmosfera. Mesoescala: Os fenômenos nessa escala têm dimensões da ordem de 1km até cerca de 100 km. A duração característica é da ordem de 1 hora a 1 dia. Nessa categoria são enquadrados os fenômenos: tornados, linhas de instabilidade, tempestades isoladas, conjuntos ou sistemas de nuvens, ilhas de calor e brisas. Macroescala: Os fenômenos dessa escala são os que mais afetam o dia-a-dia. Esses sistemas têm dimensões da ordem de algumas centenas de quilômetros e duração da ordem de um dia a meses. Nela se enquadram: furacões, frentes frias, ciclones e anticiclones e as “ondas de oeste”. Esses fenômenos têm também um importante papel na determinação das características climáticas e sazonais nas diversas regiões do globo. 2.2 Turbulência Turbulência é um fenômeno atmosférico que faz o avião balançar e variar levemente a altitude, sendo mais comum quando se ultrapassa uma camada de nuvens, podendo ocorrer também com céu limpo. Pode ser causada por correntes térmicas ou convectivas, diferenças no relevo, variação na velocidade do vento ao longo de uma zona frontal ou alterações na temperatura e pressão atmosférica. 10 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada 2.3 Rajadas de vento Rajadas de vento são mudanças bruscas na velocidade do vento em um pequeno intervalo de tempo. 2.4 Cortante de vento O fenômeno cortante do vento é definido como uma variação brusca na direção do vento em um eixo vertical (exemplo: rampa de aproximação final das aeronaves). 3. Aeródromos e Aeroportos 3.1 Comunicações Aeronáuticas A faixa de frequências de VHF-AM utilizada no Brasil para comunicações do Serviço Móvel Aeronáutico está compreendida entre 118,000 e 136,975 MHz. Grande parte das melhores controladoras de voo existentes no mercado dos drones possuem um sistema de segurança que impossibilita a operação dos mesmos próximos a aeroportos e aeródromos, através do aferimento de sua posição por meio do sistema GPS. Por isso, todo piloto deverá ao realizar o seu planejamento de voo, observar atentamente a área que será sobrevoada tendo sempre em mente em primeiro plano o fator segurança. Imagem retirada do Software DJI Naza Assistant 11 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Requisitos Médicos para Pilotos 1. Condicionamento Psicomotor O desenvolvimento psicomotor pode ser entendido como sendo a interação existente entre o pensamento, consciente ou não, e movimento efetuado pelos músculos, com ajuda do sistema nervoso. Desta forma, através da prática, devemos nos condicionar às respostas em comandos, necessárias em cada evento durante um voo, fazendo assim com que nosso cérebro assimile cada necessidade de movimento com sua correlação exata nos “sticks” do rádio controle. Nem todas as pessoas possuem esta área do desenvolvimento muito bem desenvolvida e mesmo com bastante prática não atingem o entendimento psicomotor necessário para pilotar uma aeronave remotamente pilotada nas situações ideais. Nem por isso estes devem desistir de praticar, porque no segmento dos “drones” não existe somente a função de piloto. Há uma frase muito forte que sempre é lembrada em eventos de segurança de voo: “Aviação não é feita para amadores! ” – A mais pura verdade! O que determina a diferença entre um profissional e um amador, é o empenho e o treinamento envolvido na prática da atividade. A chave desta frase, portanto é treinamento. 2. Psicotécnico Será que todas as pessoas são naturalmente aptas a pilotar uma aeronave remotamente pilotada? Poderíamos dizer que todas as pessoas saudáveis conseguiriam sim pilotar drones. Entretanto quando falamos de pilotagem a níveis profissionais, temos que lidar com os melhores desempenhos, eliminando assim aqueles que se mostrarem medíocres na prática deste tipo de atividade. Desta forma, minimizamos sobremaneira os riscos de acidente, aprimorando o fator humano. 12 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Teoria de Voo e Aerodinâmica 1. Teoria de Voo e Efeitos Aerodinâmicos Inicialmente falaremos de algumas noções de físicas que serão aplicadas à Teoria de Voo. Velocidade É a velocidade percorrida por unidade de tempo Massa Quantidade de matéria contida num corpo. A massa é invariável. Força É tudo que for possível produzir ou modificar o movimento de um corpo Peso É a força da gravidade aplicada num corpo. (o peso pode variar de acordo com a força aplicada, o peso de uma pessoa é diferente quando ela está na lua) Trabalho É o produto da força pelo deslocamento Potência É o trabalho produzido por unidade de tempo. Potência = força X velocidade. Aceleração: É a variação da velocidade por unidade de tempo.Inércia Tendência de corpos se manterem em inércia ou no movimento presente. Densidade Massa por unidade de volume. Torque Tudo aquilo que pode causar rotação. Ação e Reação 3ª lei de Newton "Toda a ação corresponde a uma reação de mesma intensidade em sentido oposto" Vetor É toda a grandeza matemática que possui intensidade direção e sentido. Pressão Força por unidade de área. Energia É tudo que pode realizar trabalho. Energia Cinética É a energia contida num corpo em movimento Energia Potencial É a energia inerte que está contida num corpo em repouso, se tornará cinética quando entrar em movimento. Energia de pressão É a energia acumulada em fluídos sob pressão. Vento relativo É o vento aparente que sopra sobre um corpo em movimento na atmosfera, geralmente no sentido contrário ao objeto em movimento. Velocidade relativa É a velocidade de um corpo relativa à outro corpo. 13 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada 2. Forças Aerodinâmicas Num voo normal o ar escoa pela asa de um avião, sendo estas no caso dos multirotores, as pás de suas hélices, a pressão diminuirá mais no extradorso que no intradorso produzindo assim a Resultante Aerodinâmica, força dirigida para cima e inclinada para trás. O ângulo de ataque é o ângulo formado entre o vento relativo e a corda da asa (perfil assimétrico). Se o ângulo de ataque for aumentado, a resultante aerodinâmica aumenta e o centro de pressão avança (o centro de pressão é onde se baseia a Resultante Aerodinâmica). Num perfil simétrico, quando aumentamos o ângulo de ataque, a Resultante Aerodinâmica aumenta, mas o Centro de pressão permanece no mesmo lugar. As duas componentes da Resultante Aerodinâmica são: Sustentação (L) que é a componente vertical (90º com a corda) e o arrasto (D) que é a componente horizontal (prolongamento da corda). A única força existente é a Resultante Aerodinâmica, D e L são apenas componentes. Fonte: http://www.falconairacademy.com/te-derribo-con-mi-canon-de-resonancia/ 14 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada 3. Equilíbrio Existem três tipos de equilíbrio: Quando uma aeronave (asa fixa ou rotativa) é afastada da condição de equilíbrio, pode comportar-se de 3 diferentes maneiras: 1. Tender a voltar ao equilíbrio. Significa que é estaticamente estável. 2. Tender a afastar-se mais do equilíbrio significa que é estaticamente instável. 3. Tender a continuar com as oscilações, não diminuindo nem aumentando significa indiferença. A aeronave só voa se for estaticamente estável, condição básica. Mas não é o suficiente, pois as mesmas podem ainda serem dinamicamente estáveis, instáveis ou indiferentes. Estável: volta ao equilíbrio e estabiliza. Instável: tende a afastar-se mais do equilíbrio. Fonte: http://diydrones.com/profiles/blogs/ 15 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Indiferente: tenta voltar ao equilíbrio, mas sempre ultrapassa, oscilando sem parar. 4. Sistema de Comando e Controle 4.1 Ground Control Station Ground Control Station (estação de controle em solo) Existem uma série de equipamentos que o piloto precisará carregar e conectar, que poderão ser inclusive bem pesados. As estações de controle são utilizadas muitas vezes para facilitar a carga que o operador/piloto precisará sustentar, e também podem se constituir de diferentes tipos de equipamentos e compartimentos conforme listado abaixo. Sem uma estação de controle, dependendo do tipo de aplicação, de voo e de aeronave, ficarão expostos muitos fios e dispositivos que se tornam verdadeiros inconvenientes e talvez até fatores impeditivos para realização de determinado voo. Uma estação de controle poderá incluir: Baterias para monitores, sistemas de transmissão e recepção; Baterias reservas para a estação de controle; Local para fixação de monitor e espaço para armazenagem de óculos FPV; Local para fixação de receptores de vídeo; Local para armazenagem de rádio transmissor; Espaço para montagem de antenas; Carregador de baterias; Local para armazenagem de peças de reposição; Fonte: http://www.robotshop.com/ 16 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada 4.2 Rádio Transmissor Rádio transmissores possuem diferentes modos como, avião, helicóptero, multirotores, etc. Possuem os comandos básicos de “yaw” (modifica a direção de voo), “pitch” (movimentos de inclinação do nariz da aeronave), “roll” (movimentos laterais) e “throttle” (aceleração). Cada controladora de voo poderá conter uma específica configuração para esses canais. É essencial verificar antes de qualquer voo, qual canal está respondendo a qual comando para assim realizar a calibração do mesmo na interface de programação das aeronaves. O propósito geral do RC (rádio controle), é providenciar uma leitura limitada de valores para cada canal, e desta forma, possibilitar boa precisão nos comandos da aeronave. Possuímos várias marcas, cada qual com suas próprias características sobre alcance, precisão e quantidade de canais disponíveis. De acordo com a aeronave e aplicação desejada, será determinado qual o RC mais indicado. Fonte: http://www.robotshop.com/ 17 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Fundamentos de Rádio Frequência 1. Conceitos e Definições As ondas de rádio são conhecidas por ondas de radiofrequências ou, simplesmente, radiofrequência. Essas ondas são campos eletromagnéticos utilizados nas comunicações sem fio. Como essas ondas levam energia de um ponto ao outro, isso permite a comunicação sem a necessidade de fios, como nas transmissões de televisão, rádio e celulares. Radiofrequência são sinais que se propagam por um condutor cabeado, normalmente cobre, e são irradiados no ar através de uma antena. Uma antena converte um sinal do meio cabeado em um sinal wireless (sem fio) e vice-versa. Os sinais irradiados no ar livre, em forma de ondas eletromagnéticas, propagam-se em linha reta e em todas as direções. 1.1 Tipos de Ondas Mecânicas - Requerem um meio material para se propagar seja ele sólido, líquido ou gás. Não se propagam no vácuo. Uma energia ou perturbação introduzida no sistema faz com que ela se propague através do material pela movimentação ou choque de partícula a partícula, tentando manter a “informação” ou o tipo de perturbação. Eletromagnéticas - Não requerem meio material. Podem se propagar no vácuo, ar, água e alguns sólidos. Propagam-se pela sucessão alternada de campos elétricos e magnéticos mutuamente perpendiculares. 1.2 Frequência A forma da onda é a representação gráfica da onda ao longo do tempo e o ciclo de várias ondas em um determinado tempo é chamado de frequência. A frequência (f) de uma onda é a quantidade de vezes que a onda oscila em um segundo, conhecido por Hertz (hz), esta é a unidade de frequência. Assim, se uma onda oscila dez vezes em um segundo, podemos dizer que a frequência é 10 Hz. 1.3 Espectro Eletromagnético É o conjunto de todas as ondas eletromagnéticas, sendo organizadas pela sua frequência. 18 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada As frequências de rádio não podem ser usadas aleatoriamente, elas são regulamentadas pela ANATEL (Agencia Nacional de Telecomunicações), órgão responsável pela administração, regulamentação e fiscalização do uso dessas frequências. 1.4 Sistema de Comunicação A informação pode ser definida como digital ou analógica. O meio é onde o sinal viaja. Pode ser o ar, o espaço, a água, fios ou qualquer outraforma que permita a passagem do sinal com maior ou menor intensidade. Cada meio apresenta suas próprias vantagens e distorções. Se o meio é uma estrada, a portadora é o veículo que transporta a informação. Dependendo do meio, a portadora pode ser a luz, como em uma comunicação óptica, ou um sinal de micro-ondas, como em uma comunicação móvel. 1.5 Atenuação Atenuação ou perda de transmissão ocorre com qualquer tipo de sinal, seja digital ou analógico, transmitido com ou sem fios. Isso ocorre quando há diminuição do sinal à medida que a distância é percorrida, quanto maior for a distância, maior é a atenuação, até o ponto que o sinal torna-se fraco e não pode mais ser entendido pelo destinatário. De uma forma geral, os sinais analógicos podem ser transmitidos a distâncias maiores que os digitais, enquanto os sinais digitais trabalham apenas com dois sinais distintos (os bits 1 e 0, representados por diferentes e pequenas tensões elétricas). 1.6 Reflexão Quando uma onda eletromagnética encontra uma superfície (obstáculo), se as condições forem favoráveis ela será refletida como fosse um espelho, da mesma maneira que ocorre com uma onda luminosa, que também é uma onda eletromagnética. Essa reflexão acontece quando o obstáculo é maior que o comprimento da onda. 19 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada 2. Alcance, Antenas e Interferência Os fatores que irão determinar o quão longe sua aeronave poderá ir sem perder o comando do piloto serão: Radiofrequência; Antenas; Interferência; Potência de transmissão; Conforme pudemos observar no conteúdo de fundamentos de radiofrequência, cada faixa de frequência possui suas próprias características, abaixo estaremos discriminando de forma resumida qual a diferença entre as principais faixas utilizadas: 900MHz (0.9GHz) Baixa frequência, sinal penetra com mais facilidade árvores e paredes; Mais fácil produzir as antenas por estas serem maiores; Para transmissão de imagens, menos qualidade do que 5.8GHz; Pode causar problemas nos receptores GPS; Considerado tecnologia antiga; Melhor para distâncias médias; 1.2GHz (1.2 para 1.3GHz) Utilizado para transmitir vídeos à longas distâncias; Muitas diferentes antenas no mercado; Frequência muito utilizada em vários outros dispositivos; Sofre mais o efeito de obstáculos do que frequências menores; Melhor para médias e longas distâncias; 2.4GHz (2.3 para 2.4GHz) http://www.parrot.com/uk/products/skyc ontroller/ 20 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Utilizado para transmitir vídeo à longa distância com poucos obstáculos; Uma das mais utilizadas para dispositivos sem fio; Muitos acessórios disponíveis, como antenas, transmissores, etc; Bastante suscetível a interferência para voos em área urbana; Muito utilizada para curtas e médias distâncias; 5.8GHz Ótima para curtas distâncias; Sofre muito impacto de obstruções como paredes e árvores; Utiliza pequenas antenas; Muito utilizada em aplicações FPV em drones de corrida; 2.1 Antenas Omni direcionais Fonte: http://www.l-com.com/content/Article.aspx?Type=L&ID=10155 21 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Este tipo de antena fornece um padrão de radiação em forma de círculo em 360º, proporcionando a mais ampla cobertura de sinal possível em aplicações sem fio, interiores e exteriores. Uma analogia interessante para este padrão de radiação é luminosidade de uma lâmpada incandescente, porém em suas extremidades esta radiação se deforma e não atinge a mesma eficiência em alcance, conforme podemos observar no gráfico acima e também na figura demonstrativa abaixo. http://www.immersionrc.com/ 22 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Path ou Direcionais Fonte: http://www.spektrumrc.com/Products/Default.aspx?ProdId=SPMR7710 Fonte: http://www.spektrumrc.com/Products/Default.aspx?ProdId=SPMR7710 23 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Como o próprio nome implica, este tipo de antena foca a emissão do sinal em uma direção específica, geralmente alcançando maiores distâncias, porém resultando em uma cobertura limitada com relação a área. Uma analogia interessante seria como se fosse o foco luminoso emitido pelos faróis de um automóvel. Exemplo de antena direcional: Polarizadas As antenas polarizadas além de irradiarem o sinal também em 360º, possuem um padrão de “redundância” na emissão do sinal devido aos seus polos, o que proporciona uma melhor qualidade na emissão e recepção das ondas. Fonte: http://www.aliexpress.com/price/fpv-long-range_price.html http://www.immersionrc.com/ 24 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Saiba mais Para conhecer mais sobre polarização de ondas acesse o link: Acesse o link e conheça: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm 25 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Checklist Pré-Voo Mesmo um RPAS não sendo tão complexo e perigoso como uma aeronave tripulada, os pilotos possuem grande responsabilidade nesta atividade e uma série de averiguações antes de iniciar o voo. Desta forma, os riscos de qualquer acidente são consideravelmente reduzidos. A listagem abaixo cobre o essencial, porém se aplica a qualquer voo: Assegure-se de conhecer bem as referências visuais de sua aeronave, observando se seus lados estão bem identificados, para que não perca o referencial em voo; Cheque as baterias de todos os sistemas utilizados, RC, aeronave, sistemas de vídeo, etc; Verifique cabos e conexões de sua aeronave, certificando de que nada está mal fixado ou solto; Ligue primeiro o Transmissor e então ligue a aeronave (esteja fora do alcance das hélices sempre); Esteja certo de que os sensores estejam corretamente calibrados e operantes; Verifique que sua área de voo esteja livre e de que não irá por em risco qualquer pessoa com sua RPA; 26 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Planejamento de Emergência A maior parte das emergências irão resultar em queda e a maior parte das quedas ocorrem nos primeiros voos do piloto ou quando a aeronave é nova e desconhecida. A listagem abaixo irá explicitar algumas observações e ideias sobre como reagir em situações de emergência. Deve se observar que são apenas algumas situações e dependendo da ocorrência outras medidas que não foram citadas poderão ser as mais indicadas. Na maior parte dos casos, é melhor perder o RPAS do que expor pessoas ao risco. ORPAS está bastante longe e você perdeu a referência visual; Diminua a aceleração e veja se a aeronave responde (teste de comunicação); Se o RPAS responde, tente pousar no local onde estiver no momento; Se não responde, verifique a posição da antena do RC e tente acionar o sistema Fail Safe (retorno automático); O RPAS muda seu curso drasticamente (sem razão); Se você não possui experiência de voo como piloto, não tente recuperar o controle, diminua a aceleração e deixe a aeronave tocar o solo. Tentando corrigir sem experiência poderá lhe fazer perder o contato visual e desta forma não recuperar o RPAS; O RPAS rapidamente se move em direção as pessoas; Acelere ao máximo para que não corra o risco da aeronave se colidir com alguém, quando estiver fora da zona de risco, tente recuperar o controle e pousar com segurança; O RPAS não responde aos comandos do Piloto; Nada que você possa fazer além de verificar se seu rádio controle está com bateria suficiente e antenas corretamente posicionadas; O RPAS perdeu uma hélice; Dependendo da arquitetura do seu RPAS, irá perder sustentação e fatidicamente cair, no caso de um modelo asa fixa, é possível controla-lo e realizar um pouso com o mínimo de danos; 27 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Os sete passos para se tornar um piloto/operador profissional Durante 3 anos atuando no setor de drones, seja em pesquisas de desenvolvimento ou mesmo em treinamentos e capacitações, nós no ITARC pudemos observar que de 80 a 90% dos acidentes ocorridos são por falha humana. Desta forma é imperativo o aprendizado pragmático de todos os fatores que envolvem a pilotagem/operação de RPAS. Por isso desenvolvemos a ideia dos 7 passos, que são em realidade, apontamentos práticos para quem está iniciando sua jornada no campo das aeronaves remotamente pilotadas. 1. Compre a aeronave correta O UAS correto para você pode não ser o mesmo que para todos os outros. Devemos considerar: Tipo de aplicação a que irá se propor desempenhar (Agricultura, Filmagem de Eventos, etc); Nível de habilidade e conhecimento do piloto/operador; Orçamento disponível; Para iniciantes o ideal é ganhar experiência com equipamentos pequenos, pois são melhores para voos em áreas internas e por vezes também em áreas externas quando em situações meteorológicas ideais. Estes geralmente são mais baratos pois em sua maioria são utilizados com propósitos recreativos apenas, mesmo os modelos que vem com câmeras para foto e vídeo. Antes de investir valores consideravelmente altos, novos pilotos devem iniciar em modelos mais básicos e de menor preço, pois estes inclusive serão mais resistentes aos acidentes que inevitavelmente virão. 2. Aprenda o que cada botão ou comando do seu controle executa http://www.dji.com/ 28 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Cada modelo de RPAS irá possuir seu rádio controle com chaves e botões dispostos de forma a atender e executar todas as funções disponíveis. Dentre as funções mais básicas, como controlar a aceleração e direção da aeronave, como também encontraremos chaves e botões que irão acionar funcionalidades vitais em situações de emergência, como por exemplo o modo “Return to Home”, que faz com que a aeronave retorne ao ponto de decolagem gravado pelo dispositivo GPS. Este é um dos motivos pelos quais é fundamental o conhecimento sobre toda a tecnologia embarcada, além de apenas o conhecimento pragmático na realização de voos com RPAS. 3. Pratique voos pairando “hover”, pousos e decolagens Nos primeiros voos, obtenha a sensibilidade com a qual os sticks de comando executam as ações na aeronave. Com a aeronave sobre uma superfície plana, em área ampla e sem obstáculos, sutilmente mova o stick do acelerador para ir aumentando a rotação dos motores; Após conseguir executar a decolagem e executar voos em “hover”, pratique repetidamente o pouso sobre um local específico; Pratique essas ações até que se sinta confortável e confiante. Verifique o link abaixo para visualizar um vídeo sobre esta prática: https://youtu.be/aSeKzdO_uxo 4. Pratique os movimentos de Roll, Pitch e Yaw Yaw, pitch e roll, são simplesmente termos que se referem à direção do voo. Roll – Movimenta sua aeronave para esquerda e direita; Pitch – Movimenta sua aeronave para frente e para trás; Yaw – Altera a direção no eixo vertical. (Tais conceitos se aplicam para multirotores) Primeiramente decole seu RPA a uma altitude de no máximo 3 metros. Então mova cada direcional individualmente de forma bem sutil e continue realizando cada movimento repetidamente até que se sinta seguro de combinar dois ou mais movimentos juntos. 5. Utilize marcadores para pouso Agora que já sabe como orientar seu RPAS, deverá iniciar a prática de precisão nos movimentos. https://youtu.be/aSeKzdO_uxo 29 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Em uma área com bastante espaço aberto, posicione marcadores no terreno em distancias variáveis uns dos outros; Inicie o voo de um dos marcadores, pouse sobre outro e assim por diante; Execute este procedimento de marcador a marcador de forma aleatória. Tal prática irá auxiliá-lo no controle da aceleração, nos controles direcionais e também no pouso e decolagem; Observe e atente de forma especial a como se executa o controle da aeronave enquanto seu “nariz” não está na mesma direção que a do piloto. Esta é uma prática complicada, entretanto extremamente importante quando voamos RPAS mais avançados. 6. Realize voos em movimentos circulares Praticar este tipo de voo irá requerer um bom equilíbrio entre os controles de yaw, pitch, roll e aceleração (throttle). Se você pode realizar este tipo de voo ajustando os movimentos citados precisamente, certamente terá um excelente aprendizado prático no que tange ao condicionamento psicomotor utilizando todos os comandos ao mesmo tempo. Para voar sua aeronave em círculos: Decole até no máximo 10 metros; Movimente o “stick” da direita (roll e pitch) diagonalmente, ou seja, para cima e para direita ou para cima e para esquerda; Movimente o yaw para o lado em que está direcionando o roll; Sua aeronave irá iniciar o movimento circular, entretanto para se adquirir a habilidade prática de aumentar ou diminuir a curva que estará sendo realizada, será necessário experimentar diferentes medidas em cada comando de acordo com as percepções do piloto. Continue praticando esta técnica até que já possua o domínio do voo circular em todas as direções, pois daí estará apto ao passo final. 7. Execute voos formando um “8” Voar em forma de “8” ou forma do símbolo do infinito irá lhe ensinar como equilibrar os comandos de yaw, pictch, roll e throttle, nos momentos em que a frente ou o “nariz” de sua aeronave estiver em direções diferentes da frente do piloto. Esta não é uma prática simples e seu aprendizado faz toda diferença entre um piloto habilidoso e aqueles que apenas sabem como decolar e pousar seu equipamento. 30 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Para realizar esta prática, você irá iniciar o voo circular, porém antes de fechar o círculo, irá iniciar abrindo outro círculo em sentido inverso ao inicial e assim por diante. Este exercício não é simples de ser realizado, então pratique no seu tempo, sempre primando pela segurança. Não se frustre por não conseguir concluir a manobra logo nas primeiras tentativas, 80% dos aprendizes só conseguem realizar este tipo de voo após meses de práticas. O tempo de seu aprendizado para se tornar um piloto experimentado será diretamente proporcional ao tempo a que se dedica à prática dos 7 passos. 31 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Conclusão Estudos realizados por Universidades Norte Americanas especializadas em tecnologia de aeronaves não tripuladas e também pelo Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada (ITARC) apresentaram um resultado estatístico onde cerca de 80% dos acidentes ocorridos por queda dos RPAS se dão por falha humana, seja ela imperícia, negligência ou imprudência. Os 20% restantes se dão por falha mecânica ou eletrônica oriundas do próprio equipamento. Avaliando essas evidências empíricas, observamos a importância de um aspirante a piloto possuir conhecimento acerca do que envolve a atividade de pilotagem, como conhecimentos específicos sobre fundamentos aeronáuticos, fenômenosmeteorológicos, teoria de voo e aerodinâmica, etc., tudo isso antes de ir para a prática propriamente dita. Aqueles que desejam de fato entrar neste segmento profissionalmente, deverão desde o princípio entender a seriedade e os riscos que suas atividades irão envolver, para que daí sim, possam entender a importância de se buscar conhecimento e se comprometer com o aprendizado. Pilotar um drone que você compra por R$5.000,00 para fazer algumas imagens aos fins de semana certamente é muito divertido, porém quando você está pilotando uma aeronave que pode custar em torno de R$50.000,00 ou R$100.000,00, garantimos que mesmo com o conhecimento e experiência de anos de voo, a tensão existe. Desta forma cabe a todo piloto ter sempre em mente que uma queda é uma possibilidade em todo voo, e cabe a ele por obrigação, minimizar este risco ao máximo possível e estar preparado para qualquer emergência. Disciplina acima de tudo em seu aprendizado e em seus voos. 32 Pilotagem de VANTs e Drones Instituto de Tecnologia Aeronáutica Remotamente Controlada Referências Bibliográficas GRÉGOIRE, Chamayou. A Theory of the Drone. 2015. Canada. CALIXTO, Felipe. Pilotagem Profissional de RPAS C. Rio de Janeiro, 2015. Disponível em:< http://academy.itarc.org/>. Acesso em: 30 mai.2015. Intel Software Academic Program. Disponível em:< http://intel-software- academicprogram.com/pages/courses#drones>. Acesso em: 30 mai.2015. The Mill: Lexus “Swarm” Behind The Scenes. Disponível em:< http://vimeo.com/78549177>. Acesso em: 30 mai.2015. Autonomous Robotic Plane Flies Indoors at MIT. Disponível em:< http://www.youtube.com/watch?v=kYs215TgI7c>. Acesso em: 30 mai.2015. http://academy.itarc.org/ http://intel-software-academicprogram.com/pages/courses#drones http://intel-software-academicprogram.com/pages/courses#drones http://vimeo.com/78549177 http://www.youtube.com/watch?v=kYs215TgI7c
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