Curso de Projeto de Drones

Aula 1 • Física Fundamental do Voo

Aborda a sustentação, o arrasto, o impulso e o peso aplicados a drones de asa fixa e rotativa. Desenvolve a intuição aerodinâmica necessária para o projeto estrutural e de propulsão.

Aula 2 • Anatomia de um Sistema de Drone

Mapeia todos os principais subsistemas — chassis, propulsão, energia, aviónica e carga útil. Estabelece o vocabulário comum utilizado em todos os capítulos seguintes.

Aula 3 • Classificação e Tipos de Drone

Categoriza drones por configuração, tamanho e perfil de missão. Relaciona a classificação com as restrições de projeto exploradas em capítulos posteriores.

Aula 4 • História e Evolução dos Drones

Traça o desenvolvimento dos drones desde os primeiros protótipos militares até às plataformas comerciais modernas. Fornece contexto para as decisões de projeto tomadas ao longo do curso.

Aula 1 • Análise Aerodinâmica Computacional

Apresenta ferramentas de simulação para prever a sustentação, o arrasto e os padrões de fluxo. Os alunos executam análises CFD básicas e de elementos de pá para validar escolhas de projeto.

Aula 2 • Dinâmica de Voo Multirrotor

Analisa o controlo de rolamento, arfagem, guinada e elevação em configurações multirrotor. Fornece o modelo dinâmico utilizado posteriormente no projeto do sistema de controlo.

Aula 3 • Efeitos Atmosféricos no Desempenho

Quantifica como a altitude, a temperatura e o vento afetam o desempenho aerodinâmico. Os alunos ajustam os parâmetros de projeto para cumprir os requisitos em vários ambientes operacionais.

Aula 4 • Aerodinâmica de Asa Fixa

Aborda a inclinação da curva de sustentação, o arrasto induzido e a razão de planeio para plataformas de asa fixa. Permite que os alunos dimensionem asas e selecionem perfis aerodinâmicos para missões de autonomia.

Aula 1 • Cargas Estruturais e Casos de Carga

Identifica as cargas aerodinâmicas, inerciais e de aterragem que atuam sobre o chassis de um drone. Estabelece os casos de carga utilizados para todos os cálculos estruturais subsequentes.

Aula 2 • Geometria e Configuração do Chassis

Aborda a disposição dos braços, o espaçamento dos motores e a colocação do centro de gravidade para chassis multirrotor e de asa fixa. Relaciona as decisões de geometria com os modelos aerodinâmicos e dinâmicos.

Aula 3 • Análise de Tensões e Dimensionamento

Aplica a teoria de vigas e conceitos de elementos finitos para dimensionar elementos estruturais. Os alunos calculam fatores de segurança e identificam locais críticos para falha.

Aula 4 • Materiais para Estruturas de Drones

Compara ligas de alumínio, compósitos de fibra de carbono e plásticos de engenharia quanto à resistência, peso e custo. Os alunos selecionam materiais com base em compensações específicas da missão.

Aula 1 • Dimensionamento do Sistema de Propulsão

Integra dados de motor, hélice e ESC para dimensionar um sistema de propulsão completo. Os alunos constroem uma folha de cálculo de dimensionamento e verificam o desempenho de voo estacionário e de subida.

Aula 2 • Tecnologias de Propulsão Alternativas

Examina células de combustível de hidrogénio, sistemas híbridos de combustão-elétricos e sistemas de ventoinha em conduta. Prepara os alunos para avaliar opções de propulsão emergentes para missões especializadas.

Aula 3 • Fundamentos do Motor Elétrico

Explica o funcionamento do motor DC sem escovas, a classificação KV e as curvas binário-velocidade. Fornece o modelo de motor utilizado para os cálculos de dimensionamento da propulsão.

Aula 4 • Controladores Eletrónicos de Velocidade

Detalha a arquitetura do ESC, os protocolos PWM e digitais e a seleção da corrente nominal. Relaciona a escolha do ESC com a tensão da bateria e as especificações do motor.

Aula 1 • Gestão Térmica de Sistemas de Potência

Aborda a geração de calor em baterias, ESC e motores durante a operação sustentada. Os alunos concebem estratégias de arrefecimento para manter os componentes dentro de limites de temperatura seguros.

Aula 2 • Arquitetura de Distribuição de Energia

Concebe barramentos de energia, placas de distribuição e circuitos de proteção para sistemas de drone com múltiplas cargas. Garante o fornecimento de tensão estável a motores, aviónica e cargas úteis.

Aula 3 • Monitorização de Potência e Projeto de Modo de Segurança

Implementa sensores de tensão e corrente, alertas de bateria fraca e acionadores de retorno ao ponto de origem. Relaciona a monitorização de potência com a lógica de modo de segurança do controlador de voo abordada no próximo capítulo.

Aula 4 • Tecnologia de Baterias e Seleção

Compara químicas de polímero de lítio, ião-lítio e estado sólido por densidade energética e taxa de descarga. Os alunos selecionam conjuntos de baterias com base em orçamentos de autonomia e peso.

Aula 1 • Sensores Inerciais e de Navegação

Aborda o funcionamento e as características de erro dos sensores IMU, barómetro, magnetómetro e GNSS. Os alunos avaliam especificações de sensores quanto à precisão e desempenho de ruído.

Aula 2 • Controlo PID e Afinação

Implementa controladores proporcionais-integrais-derivativos para manutenção de altitude e atitude. Os alunos afinam os ganhos sistematicamente usando métodos de resposta ao degrau e domínio da frequência.

Aula 3 • Fusão de Sensores e Estimativa de Estado

Aplica técnicas de filtro complementar e de Kalman para fundir dados de sensores ruidosos. Produz estimativas precisas de atitude e posição utilizadas pelas malhas de controlo.

Aula 4 • Ligações de Telemetria e Comunicação

Concebe ligações de controlo por rádio e telemetria para comando, dados e transmissão de vídeo. Os alunos calculam orçamentos de ligação e selecionam frequências para uma operação fiável.

Aula 1 • Tipos de Carga Útil e Requisitos

Examina câmaras, lidar, sensores multiespectrais e mecanismos de entrega como classes de carga útil. Define requisitos de peso, potência e interface de dados para cada tipo.

Aula 2 • Planeamento de Missão e Autonomia

Programa missões por pontos de passagem, geocercas e padrões de levantamento automáticos usando ferramentas de piloto automático. Os alunos geram e validam um plano de missão autónoma completo.

Aula 3 • Interfaces de Dados e Computação Embarcada

Liga sensores de carga útil a computadores embarcados através de interfaces série e vídeo padrão. Permite o processamento e armazenamento de dados em tempo real para aplicações críticas da missão.

Aula 4 • Gestão do Peso e Equilíbrio da Carga Útil

Calcula o desvio do centro de gravidade devido à instalação da carga útil e corrige o desequilíbrio. Garante que a estabilidade de voo é mantida em todas as configurações de carga útil.

Aula 1 • Quadros Regulamentares e Conformidade

Examina os requisitos de aeronavegabilidade, autorização operacional e identificação remota nos principais quadros regulamentares. Os alunos mapeiam as características do projeto para as obrigações de conformidade.

Aula 2 • Métodos de Análise de Segurança

Aplica FMEA e análise de árvore de falhas para identificar e mitigar modos de falha de drones. Produz um registo de riscos que orienta as alterações de projeto e as prioridades de teste.

Aula 3 • Investigação de Incidentes e Iteração de Projeto

Aplica análise de causa raiz a incidentes de teste e traduz as conclusões em melhorias de projeto. Fecha o ciclo de projeto atualizando especificações e realizando novos testes.

Aula 4 • Procedimentos de Teste em Terra

Executa testes de bancada para motores, ESC, sistemas de potência e aviónica antes do primeiro voo. Estabelece critérios de aprovação/reprovação e fluxos de trabalho de ação corretiva.