É possível converter um drone existente para alimentação por cabo?

Resposta rápida: Muitas vezes, sim, mas nem todos os UAV são igualmente fáceis de converter. As questões principais são se o barramento elétrico da aeronave aceita uma alimentação externa regulada, se o módulo de alimentação por cabo atende à demanda contínua e de pico e se a aeronave dispõe de capacidade de carga útil, espaço de instalação, refrigeração e integração segura de uma bateria de reserva suficientes.

Muitos projetos de UAV cativos não começam com uma aeronave projetada especificamente para esse fim. Começam com um multirrotor existente que já tem o controlador de voo, o sistema de propulsão, a carga útil e o software que o operador deseja manter.

Converter essa aeronave para operação cativa pode ser viável, mas a análise de engenharia precisa ir além de combinar um valor de potência. A conversão altera a forma como a energia chega à aeronave e acrescenta novas restrições elétricas, mecânicas e operacionais.

Arquitetura básica da conversão

Uma conversão típica pode ser simplificada assim:

Fonte de AC → Estação de alimentação em solo → Cabo cativo de alta tensão → Módulo DC/DC a bordo → Barramento de alimentação do UAV / circuito da bateria

A estação em solo eleva a tensão de transmissão para que uma potência útil possa passar por um cabo de alimentação relativamente leve. O módulo DC/DC a bordo converte então essa entrada de alta tensão na tensão exigida pela aeronave.

1. Confirme a arquitetura de tensão da aeronave

Comece pela tensão da bateria ou do barramento de DC, e não pela especificação do motor. O módulo a bordo do sistema cativo deve reproduzir uma faixa de tensão que a aeronave possa usar com segurança. Dois UAV com demanda de potência semelhante podem usar barramentos elétricos muito diferentes; portanto, a potência nominal por si só não determina a compatibilidade.

• Tensão nominal da bateria e tensão com carga completa
• Quantidade de conjuntos de baterias e se operam em série ou em paralelo
• Faixa permitida de entrada de alimentação externa, se documentada
• Requisitos de conectores e polaridade
• Qualquer dependência do BMS, de baterias inteligentes ou de comunicação

2. Meça a potência contínua e de pico real

Use dados reais de voo pairado e de missão sempre que possível. As potências máximas dos motores não substituem a medição da demanda da aeronave. O sistema cativo deve sustentar o voo e a carga útil, mantendo capacidade transitória suficiente para decolagem, resposta a rajadas e manobras.

• Potência estável em voo pairado com a configuração de aeronave prevista
• Potência com a carga útil da missão ativa
• Picos transitórios conhecidos e sua duração
• Condições esperadas de temperatura, altitude ou refrigeração

3. Decida como a bateria original será utilizada

Muitas conversões mantêm a bateria original como fonte de energia de reserva, em vez de removê-la completamente. Nessa arquitetura, a bateria pode atender a picos curtos de potência ou fornecer uma quantidade limitada de energia durante uma interrupção da alimentação pelo cabo de alimentação.

O comportamento exato do compartilhamento de potência depende da aeronave, da bateria, do BMS e do módulo a bordo. Por isso, a bateria de reserva deve ser considerada parte do projeto do circuito de alimentação, sem presumir que seja eletricamente passiva.

4. Verifique a margem de carga útil

A conversão para alimentação por cabo acrescenta massa a bordo: o módulo DC/DC, os suportes, os conectores e a parte suspensa do cabo de alimentação. A aeronave deve manter margem de carga útil suficiente após a instalação da carga útil da missão.

• Peso máximo de decolagem da aeronave e limites operacionais recomendados
• Carga útil efetivamente já instalada
• Massa do módulo a bordo e da montagem
• Carga do cabo de alimentação suspenso na altura prevista
• Carga adicional de mangueiras ou outras linhas da missão para limpeza ou outras aplicações

5. Avalie a montagem, a refrigeração e o roteamento dos cabos

Um módulo compacto continua sendo inadequado se bloquear sensores, alterar excessivamente o centro de gravidade, interferir no trem de pouso ou não receber fluxo de ar suficiente. A instalação deve considerar o suporte mecânico, o alívio de tração dos cabos, o acesso aos conectores e uma saída do cabo de alimentação que não interfira nas hélices ou nos sensores de controle de voo.

6. Adapte o cabo de alimentação à altura e à potência

O comprimento do cabo de alimentação afeta mais do que a altitude máxima. Ele altera a resistência elétrica, a queda de tensão, a massa suspensa, as cargas de vento e os requisitos do carretel. Um sistema destinado a operar a 50 m pode precisar de uma arquitetura de cabo diferente da de um sistema destinado a 150 m ou mais.

Para uma análise preliminar, informe a altura de trabalho necessária e o comprimento total de cabo que pretende utilizar. Esses valores estão relacionados, mas nem sempre são idênticos.

7. Confirme a fonte de alimentação em solo

A estação em solo selecionada deve ser compatível com a fonte disponível no local de operação. Verifique tensão, fases, frequência e capacidade da fonte. Um gerador ou uma fonte de alimentação móvel também precisa sustentar a estação em solo sob carga real, além de corresponder à potência indicada na placa.

8. Considere os requisitos de dados e comunicação

Se a aeronave usa apenas seus enlaces normais de controle e vídeo por RF, o cabo de alimentação pode transportar somente energia. Se a missão exige dados por cabo, vídeo óptico ou menor dependência da transmissão por RF, pode-se avaliar um cabo de alimentação com fibra óptica. Isso afeta o cabo de alimentação, o carretel, a conexão óptica rotativa e os equipamentos de interface.

Quando a conversão costuma ser simples

• A aeronave tem um barramento de DC conhecido ou uma tensão equivalente à da bateria.
• Há medições disponíveis de potência contínua e de pico.
• Um módulo a bordo existente atende ao requisito elétrico.
• A aeronave tem capacidade de carga útil e espaço de instalação suficientes.
• O comprimento de cabo de alimentação desejado é compatível com uma configuração prática de cabo e estação em solo.

Quando é necessária uma análise de engenharia mais profunda

• A aeronave usa comunicação proprietária com baterias inteligentes ou uma arquitetura de alimentação incomum.
• A tensão ou corrente exigida está fora das opções de módulos do catálogo.
• A carga útil está próxima do limite de massa da aeronave.
• O projeto exige comprimento de cabo de alimentação ou potência excepcionalmente elevados.
• São necessários controle por fibra óptica, conectores personalizados ou reprojeto mecânico.
• O fabricante da aeronave não documenta a integração de alimentação externa.

Informações a enviar antes de solicitar uma recomendação de conversão

• Modelo e fabricante da aeronave
• Especificação da bateria ou faixa do barramento de DC
• Potência contínua em voo pairado e potência de pico conhecida
• Carga útil da missão e seu consumo de energia
• Altura de operação e comprimento de cabo de alimentação necessários
• Alimentação em solo de AC disponível
• Temperatura de operação / altitude previstas, quando relevantes
• Se a bateria original deve permanecer a bordo
• Se são necessários dados por fibra óptica
• Fotos ou desenhos que mostrem a área de montagem disponível

Perguntas frequentes

Qualquer drone pode ser convertido para alimentação por cabo?

Não. Muitos multirrotores industriais podem ser avaliados para conversão, mas a viabilidade depende da arquitetura elétrica da aeronave, da demanda de potência, da margem de carga útil, do espaço de instalação e dos requisitos de integração.

Preciso remover a bateria original do drone?

Não necessariamente. Algumas arquiteturas mantêm a bateria original como reserva. A configuração correta depende da aeronave, do sistema de baterias e do módulo de alimentação a bordo.

Um módulo de alimentação por cabo com mais kW funciona automaticamente melhor?

Não. A tensão de saída, a capacidade de corrente, a faixa de entrada, a massa, a refrigeração e a compatibilidade do sistema são tão importantes quanto a potência anunciada.

Converse conosco sobre seu projeto de UAV cativo

Desenvolvemos sistemas de alimentação para UAV cativos em função da aeronave, da carga útil, da altura de operação e da alimentação em solo disponível. Para uma análise preliminar, envie o modelo da aeronave ou a especificação elétrica, a demanda de potência contínua e de pico, o comprimento necessário do cabo de alimentação, a aplicação da missão e o país de destino.