Gaya aerodinamis pada drone bekerja melalui interaksi empat komponen utama yaitu gaya dorong, gaya angkat, gaya hambat, dan berat akibat gravitasi. Keempat gaya ini saling menyeimbangkan agar wahana bisa melayang stabil, melaju, atau bermanuver di udara. Pilot yang memahami fisika dasar ini dapat mengambil keputusan terbang yang lebih tepat di lapangan.
Gravitasi menarik seluruh massa drone langsung ke pusat bumi dengan percepatan rata-rata 9,8 meter per detik kuadrat. Drone membutuhkan gaya dorong vertikal minimal sama besar dengan bobot totalnya agar bisa meninggalkan tanah.
Thrust atau gaya dorong adalah gaya mekanis yang dihasilkan oleh putaran baling-baling untuk mengangkat badan drone. Gaya dorong ini mendorong massa udara ke bawah sehingga badan wahana terdorong naik sesuai hukum aksi reaksi Newton.
Lift atau gaya angkat terbentuk akibat perbedaan tekanan udara antara permukaan atas dan bawah bilah yang melengkung. Udara mengalir lebih cepat di sisi atas penampang bilah dan menghasilkan zona tekanan rendah yang mengangkat sayap rotor ke atas.
Penampang bilah baling-baling drone dirancang dengan profil airfoil aerodinamis. Sisi bawah bilah menerima tekanan dinamis yang lebih tinggi dari udara yang melintas. Perbedaan tekanan udara tersebut menghasilkan gaya angkat Bernoulli yang bekerja tegak lurus terhadap arah aliran udara relatif.
Karakteristik gaya angkat berbeda tergantung konfigurasi fisik wahana udara:
Mengenal jenis-jenis drone membantu pilot memilih wahana yang paling cocok dengan kebutuhan operasional di lapangan.
Drag adalah gaya hambat udara yang arahnya berlawanan langsung dengan garis pergerakan drone. Gaya gesek ini muncul secara alami saat badan drone membelah molekul udara di atmosfer.
Hambatan parasit meningkat seiring bertambahnya kecepatan terbang drone. Luas penampang badan drone, posisi modul payload, dan bentuk rangka menentukan besarnya turbulensi udara yang terbentuk di belakang wahana.
Hambatan induksi muncul dari pusaran arus udara di ujung bilah baling-baling atau ujung sayap. Saat kecepatan wahana meningkat dua kali lipat, hambatan parasit melonjak hingga empat kali lipat. Drone balap berkecepatan tinggi mengadopsi rangka ramping untuk meminimalkan hambatan bentuk ini.
Torsi putaran motor dinetralkan dengan memutar separuh baling-baling searah jarum jam dan separuh lainnya berlawanan arah. Pasangan putaran yang berlawanan menghasilkan momen puntir yang saling meniadakan secara seimbang pada badan wahana.
Motor quadcopter dipasang bersilangan dengan arah putaran baling-baling yang berbeda. Dua motor memutar baling-baling Clockwise dan dua motor lain memutar baling-baling Counter-Clockwise. Keseimbangan putaran ini menjaga moncong drone tetap menghadap lurus tanpa berputar liar.
Drone memiringkan sudut sumbu gaya dorong ke arah samping atau depan untuk menghasilkan perpindahan posisi. Kemiringan bidang rotor memecah total gaya dorong menjadi komponen gaya vertikal dan komponen horizontal.
Pilot mengarahkan drone ke depan dengan menurunkan sudut pitch wahana:
Vortex Ring State adalah kondisi bahaya saat drone multirotor turun vertikal terlalu cepat ke dalam pusaran udaranya sendiri. Aliran udara turun yang diproduksi baling-baling bergulung kembali ke atas dan membatalkan gaya angkat secara mendadak.
Drone yang terjebak dalam pusaran udara ini akan bergetar hebat dan kehilangan daya angkat secara mendadak. Menambah throttle secara vertikal justru memperbesar pusaran turbulensi dan mempercepat laju jatuhnya wahana.
Langkah pemulihan darurat dilakukan dengan menggerakkan tuas arah secara horizontal. Drone harus segera keluar dari kolom udara turbulen tersebut. Pemahaman fenomena ini diajarkan pada modul keselamatan penerbangan resmi Peraturan Menteri Perhubungan Nomor PM 37 Tahun 2020 tentang Pengoperasian Pesawat Udara Tanpa Awak.
