Os motores para drones militares são sistemas de propulsão elétricos que geram o binário necessário para acionar hélices e rotores em UAV de defesa. As arquiteturas mais comuns incluem motores de corrente contínua sem escovas, motores de rotor interno, motores de rotor externo, motores de fluxo axial e motores com escovas especializados.
Esta página apresenta fornecedores de motores para drones e fabricantes de motores elétricos para UAV destinados a plataformas multirrotores, de asa fixa, VTOL, táticas, de carga e de longa autonomia.
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Os motores dos drones militares convertem a energia elétrica no binário mecânico necessário para acionar hélices e rotores. Nos UAV de defesa, a seleção do motor afeta o impulso, a autonomia, a capacidade de carga útil, o comportamento térmico, a assinatura acústica e térmica, bem como o tamanho e o peso dos componentes eletrónicos de potência de suporte. A conceção do sistema de propulsão é, por conseguinte, fundamental, uma vez que é necessário equilibrar o desempenho com o tamanho, o peso e a potência.
Série KBM da Kollmorgen.
A maioria das arquiteturas modernas de propulsão elétrica para UAV utiliza motores de íman permanente com controlo eletrónico. A escolha do motor elétrico adequado para um drone depende da configuração da aeronave, das características da hélice, do binário e da velocidade necessários, do ciclo de funcionamento, da refrigeração, da altitude, da potência elétrica disponível e dos limites de funcionamento contínuo e de pico. A eficiência, a densidade de potência, a fiabilidade e a gestão térmica devem ser consideradas em conjunto.
Os motores de corrente contínua sem escovas utilizam comutação eletrónica, em vez de escovas mecânicas, para controlar a corrente que passa pelos enrolamentos. Um motor BLDC para drones pode proporcionar elevada eficiência, controlo ágil, baixa manutenção e um desempenho favorável em termos de relação potência/peso. O motor, o controlador eletrónico de velocidade (ESC), a hélice e a alimentação elétrica devem ser combinados como um sistema. A corrente contínua e de pico, a constante de velocidade do motor e os limites térmicos são parâmetros de seleção importantes.
Num motor «inrunner», o componente rotativo está situado no interior do estator fixo. Esta configuração permite suportar elevadas velocidades de rotação e um design compacto, tornando-o adequado para hélices mais pequenas, ventiladores canalizados ou engrenagens redutoras. A seleção de um motor «inrunner» para UAV requer a consideração da gama de velocidades, do binário de saída, da tensão, das cargas nos rolamentos e dos requisitos de arrefecimento.
Os motores «outrunner» colocam a parte rotativa em torno do estator, aumentando o raio do rotor e permitindo um binário útil a velocidades de rotação mais baixas. Isto pode ser adequado para sistemas de hélice de acionamento direto, nos quais a eliminação de uma caixa de velocidades reduz a complexidade e a massa. Os motores sem escovas de rotor externo para drones são adequados para multirrotores, aeronaves de descolagem e aterragem verticais (VTOL) e outras aeronaves que requerem um binário de hélice relativamente elevado. O equilíbrio, os rolamentos e o arrefecimento também requerem atenção.
As máquinas de fluxo axial direcionam o fluxo magnético principalmente ao longo do eixo do motor, em vez de radialmente através dele. A sua geometria permite máquinas compactas com elevado binário e densidade de potência, características valiosas para motores elétricos aeroespaciais, onde o espaço e a massa estão sujeitos a restrições rigorosas. A adequação depende também do arrefecimento, da integridade do rotor e da facilidade de fabrico.
Os motores de corrente contínua com escovas utilizam escovas mecânicas e um comutador, em vez de comutação eletrónica. Os seus requisitos de controlo simples podem adequar-se a determinados mecanismos de baixa potência, vida útil curta ou especializados; no entanto, o desgaste das escovas, a formação de arcos elétricos, a manutenção e a menor eficiência tornam-nos menos atraentes para a propulsão primária. Um motor de um pequeno drone pode, por conseguinte, utilizar tecnologia com escovas, nos casos em que a simplicidade e o custo superam as vantagens da tecnologia sem escovas.
Soluções de propulsão elétrica da UAV Propulsion Tech.
As aeronaves multirrotores controlam a atitude e a posição variando o impulso entre vários rotores, o que impõe exigências elevadas em termos de capacidade de resposta e controlo de velocidade. Os motores dos quadricópteros devem proporcionar capacidade contínua suficiente para uma suspensão estática sustentada. No caso dos motores para drones de carga pesada, a entrega de binário, a gestão térmica, a capacidade do sistema de alimentação, a redundância e a resposta a falhas tornam-se cada vez mais importantes à medida que a massa da aeronave e a carga útil aumentam.
Um motor de drone de asa fixa produz impulso para a frente, enquanto as asas geram sustentação aerodinâmica. O sistema de propulsão pode, por conseguinte, ser otimizado com vista à eficiência em cruzeiro, mantendo simultaneamente potência suficiente para o lançamento, subida, manobras e outras fases de carga mais elevada. A adequação do diâmetro e do passo da hélice à velocidade do motor, ao binário, à tensão e às condições de funcionamento é fundamental para uma propulsão eficiente.
Os motores elétricosVTOL podem ser dedicados à elevação vertical, ao voo para a frente ou a ambas as funções. Os projetos de elevação e cruzeiro utilizam grupos de propulsão separados, enquanto as aeronaves de rotor basculante e asa basculante redirecionam o impulso durante a transição. Estas configurações exigem coordenação entre motores, eletrónica de potência, controlos de voo, arrefecimento e lógica de gestão de falhas.
Os motores para munições de voo prolongado com propulsão elétrica devem ser selecionados tendo em conta o perfil completo da missão, incluindo o lançamento, a subida, o trânsito, o voo prolongado e o voo terminal. As prioridades podem incluir um design compacto, autonomia, baixa assinatura acústica e térmica, controlo de velocidade e operação sustentada eficiente. A seleção do motor e da hélice deve ter em conta os pontos de funcionamento durante a permanência no ar e o voo final.
Os UAV de carga podem impor cargas de propulsão substanciais durante a descolagem, o voo estacionário, as manobras e a operação com elevado peso bruto. Os motores dos drones de carga pesada requerem, por conseguinte, capacidade adequada de binário contínuo, margens térmicas, rolamentos, eletrónica de potência e tolerância a falhas. Os ciclos repetidos de carga elevada e a variação da carga útil também são fatores importantes.
Os motorespara drones de pequenas dimensões privilegiam a baixa massa, o design compacto, a eficiência e a compatibilidade com baterias e controladores eletrónicos de velocidade (ESC) leves. A operação tática pode expor o equipamento de propulsão a vibrações, poeira, humidade, variações de temperatura e manuseamento repetido. O conjunto completo de propulsão deve permanecer fiável e passível de manutenção no ambiente para o qual foi concebido.
A densidade do ar reduzida em altitude altera o desempenho da hélice e pode diminuir o arrefecimento convectivo do motor. Os motores de UAV de longa autonomia beneficiam de uma elevada eficiência, uma vez que as perdas elétricas geram calor e consomem a energia armazenada. Os projetistas devem ter em conta a redução de potência em função da altitude, o isolamento, a lubrificação dos rolamentos, o arrefecimento, o dimensionamento da hélice e a gama de funcionamento eficiente.
Os motores dos drones militares fazem parte de um sistema interligado de propulsão e controlo de voo. Os pontos de integração importantes incluem:
A compatibilidade eletromagnética, o arrefecimento, o isolamento contra vibrações e a redundância devem igualmente ser avaliados ao nível da aeronave.
Os requisitos de qualificação variam de acordo com o programa da aeronave, a instalação e o ambiente previsto. As considerações relevantes podem incluir:
A qualificação deve ter em conta o sistema de propulsão instalado e o ambiente operacional, e não apenas os ensaios isolados do motor.
O desenvolvimento centra-se cada vez mais numa potência específica mais elevada, numa eficiência melhorada, numa carga térmica reduzida, na tolerância a falhas e numa integração mais estreita da propulsão. As orientações relevantes incluem:
No que diz respeito aos futuros motores para drones militares, é provável que os avanços em termos de arquitetura, materiais, eletrónica de potência, refrigeração, monitorização do estado e integração evoluam em conjunto, à medida que os projetistas procuram obter maior capacidade sem aumentos desproporcionados na massa do sistema.
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