Novo Piper, 50%, 5,37m, 20Kg

[alexcmag]

Ontem fui dar uma organizada na oficina (fazia meses que não dava nem para entrar, estava entulhada de caixas depois de uma redecoração que a DAC resolveu fazer no final de ano e resolvi fazer um inventário.

Em condições (quase) de vôo só restou o SeaDuck (do Avatar), mas mesmo assim ainda preciso conferir se os links não enferrujaram dentro dos tubos, já que a última vez que o voei foi em torno de agosto do ano passado.

Já que estou de volta, resolvi recomeçar com estilo. Pensar grande..

Confesso que fiquei meio ofendido com a revista HobbyNews há alguns meses.

Sem desmerecer nossos colegas do AsasElétricas que mais do que mereceram o devido destaque por seu excelente YAK gigante, a questão é que meu Martin Mars, apesar de muito mais leve, era bem maior...

Pensando nisto resolvi passar logo para um modelo 50% de escala, assim não será apenas o maior elétrico, mas também um dos maiores aeromodelos do Brasil. E decidi que deve ser um Piper que voe como Piper, ou seja, lento...

Eu já tinha prometido que nunca mais faria um Piper J3, mas resolvi abrir uma excessão, pois ele tem algumas vantagens importantes que vão simplificar muito meu projeto:
- Lateral da fuselagem praticamente reta, fácil de estruturar com placa de isopor;
- Asa de corda constante, fácil de construir e alinhar, principalmente com as técnicas experimentais que usarei;
- Estóis duplos da asa para a fuselagem, distribuirão melhor a carga e garantirão o alinhamento;
- Cabos entre fuselagem, leme e profundor, diminuirão a tensão torsional;
- Área frontal pequena para o tamanho, a maioria dos aviões tem fuselagem proporcionalmente mais gorda, para permitir que duas pessoas sentem lado a lado, o J3 é estreito pois os ocupantes vão um à frente do outro.

Características de um Piper Cub J-3 original:

Comprimento: 6,83m
Envergadura: 10,74m
Corda: 1,72m
Perfil: Cerca de 12%
Altura: 2,03m
Area alar: 16,58m2
Peso vazio: 345Kg
Carga útil: 205Kg
Peso máximo de decolagem: 550Kg
Motor: Continental 65hp (48Kw) @2350RPM
Hélice: 72 x 42
Velocidade máxima: 140Km/h
Cruzeiro: 121Km/h
Alcance: 354Km
Teto: 3500m
Subida: 2,3m/s
Carga alar: 33,4Kg/m2
Peso/potencia: 11,35Kg/kW


Como quero 50% da escala linear, incluindo a velocidade, as medidas de área devem ser reduzidas a 1/4 e de peso a 1/16, de forma a conseguir voar com metade da velocidade em atitude semelhante.

Calculando 50% de escala:

Comprimento: 6,83m/2=3,42m
Envergadura: 10,74m/2=5,37m
Corda: 1,72m/2=86cm
Perfil: Schultz
Altura: 2,03m/2=1,02m
Area alar: 16,58m2/4=4,14m2
Peso vazio: 345Kg/16=21,56Kg
Carga útil: 205Kg/16=12,81Kg
Peso máximo de decolagem: 550Kg/16=34Kg
Hélice: 72x42 /2 = 36x21
Motor: 48Kw@2350RPM /16 = 3Kw@2350RPM (ou próximo disto, mantendo de cerca de 150W/Kg, dentro de parâmetros para vôo esporte)
Velocidade máxima: 140Km/h/2 = 70Km/h
Cruzeiro: 121Km/h = 61Km/h

Outras medidas importantes:
Largura da fuselagem: 68cm / 2 = 34cm
Altura da fuselagem: 1,06m / 2 = 53cm

Para conseguir transportá-lo, não repetirei o erro do Martin Mars de fazer a asa em uma peça só, elas serão baionetadas.

Uma das longarinas já tenho em casa, e resolvi começar por ela.

A longarina será uma régua de pedreiro, de alumínio. Pesa 650g com 2,5cm de largura, 5cm de altura, 2m de comprimento. e é bastante resistente a torsão se colocada na vertical. Fiz um teste estático e aguenta facilmente 20Kg a 1m de distância do ponto de apoio (lembrando que terá estóis, portanto é só isto que precisa aguentar).

Para baionetar basta uma ripa de madeira.

Para que as asas fiquem leves e não levem vários metros cúbicos de isopor, decidi fazê-las com uma técnica meio diferente, elas terão as longarina de alumínio, nervuras de isopor P3, chapeamento com chapa de isopor P3 e bordo de ataque de bloco isopor P3. Isto deve dar rigidez estrutural, baixo peso e baixo custo.

Com disse, cada longarina tem 2m e pesa 650g.

Como a fuselagem tem largura de 34cm, somando-se duas longarinas e o centro da fuselagem já tem-se 4,34m. Fica faltando cerca de 1m na envergadura, que será preenchida por um bloco maciço de isopor P0 em cada ponta, cada um esculpido no formato e chapeado com depron fino (sobras do Martin Mars). Isopor P0 chapeado com depron é muito leve e resistente a torção, e fácil de moldar.

A entelagem será com o bom e velho ViniTac amarelo, que dá um amarelo Piper quase perfeito, é resistente e protege o isopor contra arranhões, como já testei nos Pipers de 1,2m de envergadura que fiz há um bom tempo. Além de ser muito mais barato do que qualquer entelagem mais convencional.

Vou cotar vinil em lojas de banners para ver se é mais barato, se o custo e densidade for equivalente pelo menos tem a vantagem de ser mais fácil de entelar com rolos mais largos.

Para o rádio há algumas considerações importantes a fazer:
- Para evitar problemas de interferência, sombra das partes metálicas sobre a antena e sinais fantasma, os receptores devem ser duplicados;
- As asas serão baionetadas, mas precisam de ailerons. Devo tomar cuidado com o comprimento dos fios e suas conexões;
- Alcance, o bicho será grande, precisa ter um ótimo alcance e confiabilidade;
- É desejável telemetria para monitorar variáveis como velocidade, altitude, posição, nível de carga das baterias, etc.;

Para isto decidi usar transceivers de longo alcance de 2,4Ghz, com alcance nominal de 1,5Km, máximo de 3Km.

Mais exatamente, 4 transceivers:
um em cada semi-asa para alimentar o respectivo aileron;
1 na cauda para leme e profundor;
1 na fuselagem para telemetria e controle de potência.

Como serão 4 transceivers é virtualmente impossível que os 4 fiquem inoperantes ou em áreas de sombra de rádio, por isto cada um receberá o sinal completo, usará sua parte e retransmitirá em broadcast para os outros, que podem usar ou não a informação, dependendo se tiverem recebido uma informação "boa" nos últimos 0,2s.

Interferências não devem causar problema, por serem transceptores de uso industrial, que trabalham em DSS a velocidades mais baixas, e portanto menos sujeitas a ruído, que a maioria das aplicações de 2,4Ghz. Pelo tamanho e montagem, dificilmente um dos transceptores pifará em vôo.

Mas mesmo que fique, um único transceptor inoperante não causará nenhum problema. Em alguns casos, até mais do que um falhando ainda não causa uma lenha.

Exemplo, caso uma asa fique inoperante, independente da posição do aileron, consigo controle de rolagem com a outra asa, compensando a tendência a picar ou cabrar com profundor.

Caso o motor fique inoperante é possível planar de volta perfeitamente;

Caso a cauda fique inoperante é possível voar, mesmo que glissado ou com flaperons, controlando asas e motor;

Só não pode falhar os transceivers das duas asas ao mesmo tempo, mas se isto acontecer, o modelo merece lenhar...

Como são transceivers e posso receber sinais de volta, já tenho preparados alguns sensores para facilitar e registrar o vôo:
- Módulo GPS, já testado de um projeto que fiz com o Brump, dará direção, posição, altitude e velocidade de solo;
- Velocidade no ar é desejável e já até tenho os sensores de pressão diferencial (se conseguir achá-los), mas ainda preciso aprender a fazer os tubos de pitot;
- Acelerômetros de 3 eixos, devo finalmente conseguí-los amanhã, servem para coordenar as curvas automaticamente (evitando fazer curvas escorregadas ou glissadas, que além de feio para um modelo deste tamanho, desperdiça energia desnecessariamente), e também para limitar a carga G para valores aceitáveis à estrutura (não é modelo para fazer loopings a 20G, pelo menos até testar bastante em vôo e enjoar dele...), com os acelerômetros posso limitar o curso dos comandos quando a carga ultrapassar um certo limite, de por exemplo 3G;
- Tensão da bateria, corrente e potência consumida, Wh gastos e restantes.

Para os servos, estou pesquisando servos giant. Uma alternativa é um esquema no qual já havia trabalhado para fazer porta de carga, com um pequeno motor DC reduzido cujo eixo aciona uma porca ligada à superfície, uma espécie de servo linear.

Mas ainda pretendo fazer testes, pois tenho quase certeza de que na velocidade que ele voará dá tranquilamente para usar standard ou servos de parabólica, que são estupidamente mais baratos.

Motor: Estou pesquisando, mas de cara acho que um E-Max BlueSky 5345. Não consegui muito sobre ele ainda, mas o 5335, 1cm menor, tem Kv de 230 e chega a uns 2800W, com empuxo máximo de mais de 10Kg:
BL5335 20X10 7200 78A 10.6kg
BL5335 20X12 7600 73A 8.3kg

Da E-max também deve sair um ESC de 100A, pesando 125g.

Bom, voltando à construção... Calculando os pesos, cada semi-asa terá 650g de longarinas, 400g de nervuras, 1,3m2 de placa de isopor 15mm no intradorso (470g), 1,4m2 de isopor 15mm no extradorso (500g), bloco de isopor para a ponta (0,6Kg), 3m2 de entelagem (630g), 100g de cola, 300g de bordo de ataque. Somando, cerca de 3,65Kg por semi-asa, cerca de 8Kg a asa completa (duas semi-asas mais o trecho central).

Em todos os Pipers que já fiz com técnicas semelhantes (caixa de isopor P3), o peso da fuselagem fica pouco mais leve que a asa, vou chutar uns 80%, portanto 6,4Kg de fuselagem. Até aí deu 14,4Kg de avião vazio.

Ainda não sei qual será a proporção de mAh e Volts da bateria, pois isto depende da definição do motor. Mas adiantando as contas, para suprir os 3Kw descarregando a 10C, a bateria deve ter 300Wh de energia armazenada.

Como LiPos têm cerca de 110Wh/Kg a 150Wh/Kg de densidade energética, para 300Wh dá para adiantar peso aproximado de 2Kg em baterias.

Peso da eletrônica:

Como cada trasceiver pesa cerca de 10g, somando peso do microcontrolador ligado a ele, cabos, baterias auxiliares, etc., dá para contar 4x70g de equipamento de rádio e alimentação. Arredondando, 300g de receptores e suas baterias.

Contando que use 4 servos standard na cauda (2 no leme e 2 no profundor), e 3 em cada semi-asa, são 10 servos de 50g, portanto 500g de servos.

O ESC tem mais 125g, com fios dá uns 200g. Arredondando, dá para contar a eletrônica como 1Kg.

Somando até o momento a conta parou em 18,4Kg (avião, bateria, eletrônica e motor).

Como esta espectativa é bem amaixo dos 22Kg a 30Kg calculados para a velocidade correta, é mais garantido que o motor de 3Kw dê conta. Devo deixar o motor e baterias para o final, se conseguir economizar peso, dá até para usar motor e baterias menores.

Com a menor carga alar, para não ficar lento demais já estou providenciando um perfil Schultz gigante ligeiramente mais fino do que o original.

E ainda sobra espaço e capacidade de carga para a passageira, que pesa 2,7Kg :)...

Se tudo der certo, a etapa seguinte, que já andei elocubrando com um amigo há pouco tempo, é fazer um Piper J3 slope glider em escala 1:1, para usar nos encontros de Pira. Neste pensei em fazer tudo o mais barato possível, com material de sucata mesmo, e cobrir internamente a fuselagem com papel alumínio, para refletir ondas de radar. Com alguma sorte podemos assistir à distância um combate de Piper com os Tucanos da FAB :)

[Pedro Pithan]

Como vai tirar de casa?!?!?!?!

[alexcmag]

Algumas fotos do que já fiz.

[alexcmag]

[quote:e0faeaa6c1="Pithan20"]Como vai tirar de casa?!?!?!?![/quote:e0faeaa6c1]

Duas semi-asas de cerca de 2,5m, cabem facilmente no elevador.

A fuselagem também será feita em duas partes, também cabe.

Só não farei mais o que fiz no Martin Mars, a asa de 3,1m não cabia no elevador nem cabia em pé na oficina, que tem teto mais baixo...

[alexcmag]

Construção da asa

[Pedro Pithan]

Como Vai voar? Como vai conseguir autorização para decolar?

[Maicon]

Um projeto e tanto!
Essa não perco!

[alexcmag]

Bordo de ataque

[Pedro Pithan]

Quantos mil servos???

Quantos mil dolares???? :D

[Pedro Pithan]

Como é bonito...