La conquista del cielo ha sido una de las mayores batallas de la humanidad desde la antigüedad. Nuestros antepasados nos advirtieron que el cielo podía ser un enemigo peligroso. Recordemos la leyenda de Ícaro, un niño que deseaba tanto volar como un pájaro que su padre le hizo alas con plumas de pájaro y cera. Voló más y más alto hasta que el sol derritió la cera y cayó y murió. Podemos aprender dos lecciones importantes de esta historia:
1. Construya siempre prototipos mecánicos o funcionales de su avión y pruébelos cuidadosamente.
2. Intenta probarlos sin estar dentro de ellos. O al menos tomar un paracaídas.
Afortunadamente, la fabricación moderna y la tecnología aeroespacial nos permiten hacer ambas cosas. Podemos controlar nuestros prototipos de aviones de forma remota y crear prototipos en poco tiempo.
¿Qué son los drones?
Los drones se han convertido en el avión amateur por excelencia. Son ligeros, pequeños, fáciles de volar y puedes hacerlo tú mismo, lo que atrae a mucha gente a la que le gusta trastear con los mecanismos. Sin embargo, los drones existían mucho antes. La primera mención de ellos se remonta a la década de 1920.
Los primeros intentos de construir drones no tuvieron éxito. Hubo muchos inventores que lograron construir prototipos de helicópteros con motores de 4 a 6 rotores. Estos aviones eran demasiado inestables, no estaban sincronizados y ejercían demasiada presión sobre el piloto, por lo que su desarrollo se abandonó en gran medida hasta hace poco.
Con los avances modernos en aviación y electrónica, se han superado en gran medida las dificultades técnicas anteriores con las funciones de los drones. Los drones quedaron sin tripulación porque el único problema que quedaba era el piloto. Sin embargo, ya no se requiere un piloto. Simplemente puedes equiparlo con una cámara y usar un control remoto. La electrónica moderna hace que diseñar este vehículo sea muy fácil, razón por la cual muchas personas construyen drones como pasatiempo o los compran para hacer películas o obras de arte geniales, entregar cosas o incluso espiar a sus vecinos, quién sabe. Incluso hay una historia sobre un hombre que decidió inmortalizar a su gato convirtiéndolo en un cuadricóptero.
¿En qué consiste un dron?
Un dron típico tiene los siguientes elementos que determinan su funcionalidad:
- Marco. Esta es la parte principal y más importante. Mantiene unidos todos los objetos funcionales, determina la resistencia general de la estructura e influye en las propiedades aeronáuticas del dispositivo. Hablaré principalmente de esta pieza porque es prácticamente la única que necesitarás diseñar y fabricar tú mismo o con la ayuda de un taller de prototipado (lo cual es muy recomendable si no tienes conocimientos técnicos, ya que es más barato y más rápido, ya que los fabricantes de prototipos crean un marco de alta calidad, eligen mejor los materiales y asesoran sobre el diseño).
- Motores. Dependiendo de cuántos helicópteros necesites, es posible que necesites de 4 a 8 motores. El motor determina la velocidad de rotación de las palas del rotor del dron y, por tanto, su capacidad de rendimiento. Hay muchos fabricantes de motores que ofrecen soluciones asequibles y fiables.
- Control electrónico de velocidad. Estos son los dispositivos que sincronizan tus hélices y evitan que tu dron se vuelva loco. También son muy baratos y fáciles de encontrar.
- Hélice. Estas son las principales partes móviles de la hélice. Sus hojas tienen una geometría compleja y su tamaño y forma dependen del peso y tamaño del marco, por lo que probablemente tendrás que pedirlas junto con el marco.
- Baterías, conexiones y controles. Se requieren algunas piezas electrónicas más pequeñas para operaciones secundarias. Por ejemplo, conexiones, baterías y un receptor con mando a distancia para volar el drone. Probablemente también necesitarás una cámara, ya que volar el dron sin cámara es como caminar con una sola pierna.
Como puede ver, la industria moderna ofrece muchas soluciones listas para usar para fabricar drones. Dado que fabricar dispositivos electrónicos es un proyecto complejo y costoso en sí mismo, te aconsejo que solo compres las piezas que tienes, ya seas un aficionado o quieras vender cosas. A medida que aumenten sus ventas, podría considerar crear sus propios circuitos. Esto nos deja con dos partes principales que están hechas a medida y son esenciales para el rendimiento del dron. Por supuesto, necesitarás hacer algunos conectores y cajas de batería adicionales. Sin embargo, su diseño no supone un problema y se puede producir rápidamente mediante impresión 3D.
Cómo crear marcos de drones personalizados
Por eso, los marcos son realmente importantes para la estabilidad general y la estructura del dron. A medida que aprenda a volar su avión, seguramente chocará con cosas y dañará la estructura, por lo que también debería ser fácil de reemplazar o reparar.
Actualmente, existen varios diseños posibles de estructuras de drones en función del número de hélices que se desee. Cuantas más hélices, más estable será el dron, pero también más pesado. Los parámetros más importantes son la rigidez y el peso. Por este motivo, los siguientes materiales son los más utilizados:
1.Madera. El material más barato, más fácil de procesar y al que se le puede dar forma de marco con las herramientas más sencillas. La óptica y la fiabilidad de este dron no son altas. Aunque es fácil de reemplazar, hay que estar preparado para que se rompa al menor impacto. Básicamente, es una buena opción para los aficionados. El marco suele mecanizarse en un torno o con una herramienta más sencilla y luego pegarse.
2.Plástico. Es la elección más obvia. Muchos polímeros son livianos, tienen una alta resistencia a la tracción y, lo mejor de todo, pueden procesarse rápidamente utilizando tecnologías modernas. Por ejemplo, los marcos de plástico se pueden fabricar mediante impresión 3D o técnicas de creación de prototipos de fundición de uretano. Esto lo convierte en una muy buena opción para crear prototipos de modelos de drones comerciales. Puede hacer fácilmente un lote pequeño, ensamblarlo y probarlo utilizando técnicas de relaciones públicas. Y cuando esté listo, solicite un molde de inyección.
3.Aluminio. Debe elegir este material para crear los sistemas más duraderos y estables que puedan soportar mucho estrés. También es el material más pesado. Normalmente, esta estructura se fresa mediante CNC. Debes utilizar marcos de aluminio si solo estás construyendo drones industriales profesionales. O si ya probaste y aprobaste el diseño y quieres que tu dron luzca y brille genial.
Construyamos hélices
Las hélices son las partes más complejas del diseño de drones. De hecho, debes calcular su geometría en función del peso de tu dron para lograr el empuje necesario. Afortunadamente, existen muchos servicios que le ayudarán con esto. Si la geometría le parece demasiado compleja, siempre puede pedir las palas en un taller de creación de prototipos donde ingenieros competentes diseñan, calculan y fabrican las hélices perfectas.
Por tanto, el diámetro es obviamente importante. Cuanto más grandes sean las palas, más aire podrá bombear la hélice. Sin embargo, debes tener en cuenta que las hélices deben estar sincronizadas para que no choquen entre sí. Por tanto, la maniobrabilidad es peor con hélices más grandes. Debes elegir lo que más te convenga: una mayor carga útil del dron o una mejor maniobrabilidad.
El ángulo de ataque es otra característica importante de la pala del rotor. Básicamente, indica en qué ángulo la hélice golpea el aire y lo desvía. Cuanto mayor sea el ángulo de ataque, más eficiente será la pala del rotor, pero también se requiere un motor más grande porque las fuerzas del viento son mayores. Para hélices de paso constante, el ángulo de ataque disminuye cerca del centro. Sin embargo, cuando cambia el ángulo de ataque, la geometría de la hélice se vuelve demasiado compleja.
Las palas de las hélices generalmente se fabrican mediante impresión 3D o se funden con moldes de silicona a modo de marcos de plástico, ya que estos métodos son los más eficientes para obtener geometrías complejas a bajo coste y en poco tiempo. Luego, las palas se vuelven a trabajar porque un buen acabado superficial reduce las vibraciones del dron durante el vuelo.
También debes recordar equilibrar las hélices. Eso es facil. Puedes hacer esto con un lápiz y un cuchillo. Simplemente conecte la hoja a un lápiz horizontal. La hélice probablemente girará sobre su eje. Luego corta un poco desde la raíz de la hoja, que suele estar en la parte inferior del lápiz. Repita hasta que la hoja deje de girar cuando la coloque en el lápiz.
