Os testes iniciais com balões cativos não tripulados revelaram a sua principal dificuldade: a relativa incapacidade de pairar com ventos fortes. Era necessária uma nova abordagem, e a Dragonfly Pictures Inc. (DPI) desenvolveu uma nova classe de drones: um drone cativo que permanecia acima da sua localização sem se mover.
Ao contrário dos drones multirrotores movidos a bateria, que exigem a troca da bateria a cada 20 minutos, os drones cativos são alimentados por um cabo elétrico ligado a uma estação base. Isto permite que permaneçam no ar durante horas ou até mesmo dias. Os drones multirrotores cativos da DPI são concebidos para rastrear e seguir embarcações-mãe móveis, como navios, barcos, camiões e outros veículos não tripulados, tanto marítimos como terrestres.
Oferecem diversas vantagens em relação aos drones de asa fixa, como a capacidade de descolar e aterrar na vertical sem a necessidade de pista, plataforma de lançamento ou equipamento de recuperação. Ao contrário de um balão, também oferecem a possibilidade de um posicionamento persistente e estacionário, mesmo em condições meteorológicas adversas ou quando a velocidade do vento muda rapidamente.
Os drones cativos da DPI foram submetidos a inúmeros testes em condições reais de operação e encontram-se atualmente em fase de homologação pela Marinha dos EUA em ambientes marítimos para aplicações de inteligência, vigilância, reconhecimento, comunicações e vídeo.
Como superar enormes desafios de design:
o drone UMAR (Unmanned Multirotor Aerial Relay) da DPI, de nível militar e industrial, com tecnologia de ligação por cabo, resiste à chuva, neve, poeira e calor, e está otimizado para ambientes marinhos com água salgada.
Os drones UMAR são particularmente vantajosos porque podem operar continuamente durante mais de 400 horas a altitudes de até 150 metros (aproximadamente 500 pés) graças à sua alimentação contínua de energia. No entanto, este projeto apresenta desafios significativos. A energia deve ser fornecida da aeronave-mãe para o drone multirrotor com uma tensão muito elevada e uma corrente baixa para permitir a utilização do cabo mais fino e leve possível, aumentando assim a mobilidade e a capacidade de carga do drone.
Os drones UMAR, com uma potência operacional de 8 a 10 kW, são extremamente potentes e robustos, capazes de manter uma posição estacionária mesmo sob as condições adversas de tempestades marítimas. Este desafio é frequentemente agravado pelas águas turbulentas e ondas que afetam a posição da embarcação-mãe. Por conseguinte, os drones precisam de ter a capacidade e a agilidade para acelerar a velocidade do rotor, inclinar e manobrar em rajadas curtas ou prolongadas, dependendo das condições, para manter a altitude com um tempo de resposta instantâneo.
Dentro do drone multirotor, a conversão de alta tensão deve ser realizada num espaço mínimo e com o mínimo de peso. Os oito rotores independentes a bordo do UMAR requerem circuitos sofisticados e interligados na placa de circuito impresso, de modo a que qualquer espaço poupado em componentes de potência possa ser alocado a outros componentes de valor acrescentado.
“Os módulos de potência da Vicor permitiram-nos reduzir o peso de todos os componentes do drone, aumentando a altitude e a velocidade, além de possibilitar o transporte da carga útil da missão”, afirmou Joe Pawelczyk, vice-presidente de operações da DPI. “Mais ninguém oferece a densidade de potência da Vicor, por isso conseguimos os mais altos níveis de manobrabilidade, desempenho e controlo de voo com os seus componentes. Isto permite que os drones cativos da DPI transportem mais peso, voem mais alto e sejam mais rápidos”
Arquitetura otimizada para a densidade de potência.
Para satisfazer estes exigentes requisitos energéticos, a DPI utiliza os módulos BCM® VIA™ de baixo perfil e alta tensão (HV) da Vicor no seu UMAR para alcançar uma elevada eficiência de conversão (98%) com apenas 2% de perdas e calor entre 800V e 50V. O tamanho compacto e a versatilidade de montagem dos BCMs HV são especialmente valiosos para alcançar um sistema com uma densidade de potência extremamente elevada e um peso muito baixo.
Existem oito módulos Vicor HV BCM4414 dispostos em paralelo para alimentar os oito rotores independentes do UMAR da DPI, com a opção de os rotores partilharem energia para maior redundância. A geração inerentemente baixa de EMI, com poucos harmónicos de alta frequência, juntamente com a filtragem de interferência eletromagnética (EMI) integrada nos módulos Vicor HV BCM, ajudou a minimizar o ruído EMI, acrescentando menos tamanho e peso do que os conversores CC/CC convencionais. Sem filtragem, o ruído pode afetar as comunicações de radiofrequência entre o drone e as aeronaves-mãe e/ou violar as normas de EMI.
Para além dos testes atualmente conduzidos pela Marinha dos EUA, a tecnologia DPI está a ser avaliada por diversas agências públicas, empresas contratadas e outras entidades, e tem demonstrado um grande potencial para outras aplicações, como serviços de emergência em catástrofes e monitorização de grandes áreas (eventos públicos, segurança em estádios, etc.).
