Paraquedas e descida controlada: dimensionar e testar
O paraquedas é o único sistema do CanSat que tem de funcionar corretamente à primeira, sem segunda tentativa. Um erro de área traduz-se em velocidade de impacto excessiva; um erro de fixação traduz-se na perda da plataforma. Dimensionar e testar são duas tarefas separadas e ambas obrigatórias.
A equação que decide tudo
Em queda estabilizada, a força de arrasto iguala o peso e a velocidade torna-se constante. Nessa condição, a área do paraquedas sai diretamente da expressão do arrasto: A = 2 m g / (rho Cd v²), com a massa em quilogramas, a densidade do ar em quilogramas por metro cúbico e a velocidade em metros por segundo.
Com 350 g, uma velocidade alvo de 7 m/s, densidade de 1,2 kg/m³ e coeficiente de 0,8, a área necessária é de cerca de 0,146 m², o que corresponde a um diâmetro de 43 cm. Aumentar a massa para 500 g obriga a subir a área na mesma proporção, ou a aceitar uma descida mais rápida.
Que tipo de paraquedas usar
A calote hemisférica é a referência: coeficiente de arrasto alto, construção conhecida e comportamento previsível. O cruciforme sacrifica alguma eficiência em troca de estabilidade, porque oscila menos. A fita é útil em plataformas muito leves, mas não substitui um paraquedas principal.
| Tipo | Coeficiente de arrasto | Descida com 350 g | Quando usar |
|---|---|---|---|
| Calote hemisférica | 0,75 a 0,85 | 6 a 9 m/s | Carga principal |
| Cruciforme | 0,60 a 0,70 | 7 a 10 m/s | Construção simples e baixa oscilação |
| Piloto | 0,40 a 0,50 | 15 a 25 m/s | Estabilizar a queda antes do principal |
| Fita | 0,20 a 0,35 | 12 a 18 m/s | Rastreio visual em plataformas leves |
Abertura em duas fases
Abrir um paraquedas grande a 30 m/s produz uma carga de choque que pode arrancar os pontos de fixação. A solução clássica é uma abertura em duas fases: primeiro um piloto pequeno, que reduz a velocidade e orienta a plataforma, depois o principal, já com menos energia a dissipar.
O intervalo entre as duas aberturas deve ser medido, não estimado. Um atraso de dois segundos a 20 m/s representa 40 m de queda e pode ser a diferença entre um impacto recuperável e uma plataforma destruída.
Estabilidade e oscilação
Um paraquedas que balança transmite rotação à plataforma e estraga a leitura dos sensores inerciais. O balanço aparece quando o centro de pressão está demasiado próximo do centro de gravidade ou quando o número de linhas é insuficiente para manter a calote aberta. Linhas bem repartidas e um orifício central na calote reduzem a oscilação.
Para plataformas com câmara, a oscilação é sobretudo um problema de imagem. Nesse caso, uma fita estabilizadora acima do principal, ou um piloto maior, melhora a orientação sem aumentar muito a área total.
Carga de choque e fixações
No instante da abertura, a força pode ser várias vezes superior ao peso da plataforma. Dimensione linhas e costuras para pelo menos cinco vezes o peso total, e verifique o ponto de fixação na estrutura, que é quase sempre o elo mais fraco. Parafusos roscados em plástico impresso cedem com facilidade.
Use linha de nylon ou poliéster com alguma elasticidade e evite fibras rígidas junto ao ponto de ancoragem. Um pequeno elemento elástico entre a linha e a estrutura reduz o pico de carga sem alterar a velocidade terminal.
Ensaios antes do voo
O ensaio mais informativo é a queda de uma altura conhecida com cronómetro e vídeo. Largue a plataforma de 3 a 5 m, filme a descida e calcule a velocidade média pela distância e pelo tempo. Repita três vezes: a dispersão dos resultados indica se o comportamento é estável ou dependente da orientação inicial.
Se o valor medido ficar 20 por cento acima do previsto, o coeficiente de arrasto real é menor do que o usado no cálculo ou a área útil está a ser reduzida por dobras. Corrija o modelo antes de aumentar a massa do lastro. Um ensaio de queda bem feito poupa uma campanha inteira.
Vento, deriva e área de queda
A taxa de descida não é a única variável da recuperação. Com 7 m/s de descida e 6 m/s de vento médio, a plataforma percorre mais de 250 m na horizontal durante 300 m de queda. Em dias de vento forte, a área de recuperação cresce e pode sair dos limites do terreno autorizado.
Calcule a deriva antes de lançar, com o perfil de vento disponível, e adie o voo se a projeção cair fora da zona prevista. Nenhum resultado científico justifica uma recuperação fora de área.
Empacotamento e verificação final
O paraquedas deve sair do tubo sem fricção excessiva e sem se abrir antes do tempo. Dobre as linhas em zigzag, com a calote solta por cima, e teste a extração com o mesmo mecanismo usado no voo. Um empacotamento apertado demais é tão perigoso como um demasiado solto.
Antes do lançamento, verifique três coisas: o pino de segurança está removido, a linha está livre de arestas cortantes e o sistema de abertura tem energia. Este último ponto falha mais vezes do que se admite, sobretudo quando o servo é alimentado pelo mesmo barramento dos sensores.
Recuperação no terreno
- Registe a posição prevista de impacto antes do lançamento.
- Mantenha contacto visual enquanto a plataforma estiver acima do horizonte.
- Use um sinal sonoro intermitente para localização a curta distância.
- Defina uma zona de busca com base na direção e na força do vento.
- Não persiga a plataforma durante a descida: espere pelo impacto e vá ao último ponto observado.
O volume do paraquedas empacotado conta para os limites de dimensão da plataforma, descritos em limites de peso e dimensão. A escolha do veículo altera a velocidade de abertura e está comparada em métodos de lançamento.