Post on 29-Nov-2014
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Sistemas Aéreos no tripulados:
Pasado, presente y futuro
Dr. José Patricio Gómez Pérez• Catedrático de Matemática Aplicada y Estadística• Director del Grupo de Investigación de Sistemas Dinámicos
(Universidad Politécnica de Madrid)• Presidente Ejecutivo de Unmanned Solutions
Qué sonCómo funcionanPara qué sirven Un poco de historiaLos UAV actualesHacia dónde vamosLos UAVs de Unmanned Solutions
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Contenido
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Los UAVS :Clasificación
Clase (MTOW) Categoría Misión Altura (m) Ejemplo
Clase III
(>650 kg)
HALE Estratégico 20.000 Global Hawk
MALE Operacional 10.000 Predator B
Clase II
(150-650 kg)
TACTICO Táctico 1.000 Shadow
Clase I
(<150 kg)
SMALL Táctico 350 Scan Eagle
MINI Subtáctico 300 Raven
MICRO Personal 60 Hummingbird
¿Cómo funciona un UAV?
3Aeronave
Sensores
Estación de tierra
Plan de vuelo
Piloto automático
Superficiesde control yacelerador
TelemetríaSistema denavegación
Presentación
Registro
¿Cómo funciona un UAV?
4
Aeronave
Sensores
GPS / DGPS / WAAS
INS
Magnetómetro
Datos aire
Radar deseguimientodel terreno
Altímetrode precisión
Reconocimientode patrones
Niveles de vuelo autónomo
5
Radiocontrol manual
Semiautomático: Control manual con autopiloto
Autónomo: Seguimiento de waypoints
Autónomo con despegue y aterrizaje automáticos
Autónomo: Optimización de trayectorias
Vuelo cooperativo
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Síntesis de Requisitos de un UAV
Un UAV requiere una ingeniería
aerodinámica y estructural con la que tener una carga alar que le permita volar de forma estable y
eficaz
Un UAV requiere una ingeniería estructural que le permita ratios elevados de carga útil frente al peso de la estructura del avión
Un UAV requiere una ingeniería
aerodinámica y de motor que le permita volar con desahogo a
grandes altitudes
Un UAV requiere una ingeniería de motor
que le garantice confianza en la
operación
Un UAV requiere una ingeniería
aerodinámica y de motor que le permita operar en un rango
grande de velocidades
Un UAV requiere una ingeniería
aerodinámica que le permita volar
eficientemente, aprovechando toda la potencia disponible
Un UAV requiere la integración de una
aviónica que permita su operación
automática completa
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Consideraciones prácticas sobre la aviónica
Dispositivos de control de daños por accidente en la maleta
Caja de conexiones a antenas de comunicaciones, energía externa y a otros dispositivos de control y de presentación de datos
Pantalla táctil 3. Presentación de información del equipo de misión
Pantalla táctil 3. Información de actitud de la aeronave
Pantalla táctil 1. Status de misión
Status de comunicaciones
CPU portátil extraíble rugeriza
Interruptor general
Pantalla táctil 2. Información de seguimiento del plan de vuelo sobre cartografía digital
Mando de control de las cámaras embarcadas giroestabilizadas
•Operación automática completa (aterrizaje y despegue incluidos)
•Fácil de usar
•Con un manejo del avión que tenga en cuenta su tamaño
•Fiable
•Con un alcance adecuado de su enlace de datos y de carga de misión (vídeo)
Aplicaciones: Las 3 D
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Aplicaciones de los UAVs
•Las 3 Ds
Misiones científicasInvestigación AtmosféricaObservación oceanográficaEstudios GeológicosEstudio de volcanes Investigación de la evolución dePrevisión meteorológicaHuracanes Misiones de EmergenciaOperación en situaciones de desastreValoración de catástrofesLucha contra el fuegoBúsqueda y rescateObservación de mareas negrasObservación de huracanesObservación de inundacionesMonitorización de terremotosMonitorización de volcanesMonitorización de radiación nuclear9
Misiones de VigilanciaPatrulla de fronterasMonitorización de tráfico de carreteras y
controlDetección de fuegos forestalesMonitorización de la costaLíneas de alta tensión Monitorización de oleoductosMonitorización del medio ambientePatrulla marítimaPolicíaMonitorización de cosechas
Misiones de ComunicaciónComunicaciones de banda anchaServicios de telecomunicaciónGPS/ Sistema de amplificación de señal en Galileo-Pseudo satélite
Aplicaciones Civiles de los UAS
¿Cuánto cuesta un UAV?
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1 x B2 15 x F22 150 x Predator
Presupuestode defensa
español= = =
Fiabilidad
Tipo de avión Tasa de accidentes por 100.000 h de vuelo
Avión comercial 0.01
Avión línea regional 0.1
Aviación general 1
F16 3
UAV Predator A 32
UAV Hunter 55
UAV Pioneer 334
11Fuente: DoD. Defence Science Board Study on UAV
Un poco de historia
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5 globos fueron lanzados contra Venecia
Sin sistema de control, solo con temporizadores para lanzar las bombas
Algunos cayeron sobre las propias líneas austriacas
Los globos austriacos de 1849
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Estabilizados por medio de giróscopos Radiocontrolados El objetivo era
utilizarlos como bomba volante
Primera guerra mundial
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Avión automático Hewitt-Sperry(Curtiss N-9)
Kettering Bug
Aviones radiocontroladosde enorme tamaño
Se usaron como blancos móviles y como bombas volantes
1939-1945 – QB-17 y QB-24
15
Entró en servicio en 1982 en la guerra del Líbano Adquirido posteriormente por el ejercito US
1982 – IAI Pioneer
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RQ-4 A/B Global Hawk
HALE- High Altitude Long Endurance
Fab: Northrop Grumman Envergadura: 44 m Peso Max: 32 t V. crucero: 650 Km/h Techo: 22 Km Autonomía: 34 h. Carga útil: 3 t Motor: Turboreactor Puesta servicio: 2001 Operación: Afganistan, Iraq
(55% de las operaciones Recon) Coste 35 M$
RQ-4 A/B Global Hawk
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MALE- Medium Altitude Long Endurance
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Fab: General Atomics Envergadura: 15 m Peso Max: 1 t V. Crucero: 180 km/h Techo: 8 km Autonomía: 24 h Carga útil: 400 kg Motor: 4 cilindros Armamento: Hellfire, Stinger Puesta servicio: 1995. Campañas: Yugoslavia, Afganistan, Pakistan, Yemen,
Iraq Utilizado también por Italia y UK
MQ-1 Predator
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Fab: General Atomics Envergadura: 20 m Peso Max: 4,5 t V. Crucero: 400 km/h Techo: 15 km Autonomía: 14 h Carga útil: 1,7 t Motor: Turbohélice Puesta servicio: 2002 Coste 8M$
MQ-9 Reaper (Predator B)
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MALE Utilizado por diversos
países incluyendo India y Turquía
Envergadura: 17 m Peso Max: 1.200 kg Autonomía: 40 h Carga útil: 250 kg
IAI Heron
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Fabricado por LockheedMartin (Skunk Works)
UAV de reconocimiento con características Stealth
Ala volante Está sustituyendo a los U2 No se conocen sus
características Irán afirma haber derribado
uno
RQ-170 Sentinel
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Fab: Northrop Grumman Demostrador de UCAV
embarcado 1er vuelo: 4 de febrero 2011 19 m de envergadura MTOW: 20 t Payload: 2 t
X47B
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Mini-UAV
Mini-UAV (“Over the Hill”) Fabricado por AeroVironment 2 motores eléctricos Envergadura: 1,27 m Peso Max: 2,5 kg Autonomía: 1 h Carga útil: 500 g Rotura controlada Coste: $30.000
Dragon Eye
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Micro-UAV
Micro-UAV Fab: AeroVironment 1 motor eléctrico Las alas son la batería Envergadura: 33 cm Peso Max: 200 g Autonomía: 1 h Carga útil: 50 g Coste: $5.000
Wasp
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Otros desarrollos
VTUAV Fab: Northrop Grumman Rotor: 8,4 m Peso Max: 1.500 kg Autonomía: 8 h Carga útil: 300 kg
MQ-8A/B Fire Scout
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Helios
Prototipo de la NASA de un “satélite atmosférico”
18 motores eléctricos Paneles solares fotovoltaicos Pensado para batir 2 records:
– Altitud sostenida=30 km– Autonomía=96 h
Se perdió en el 2003
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¿ Misil o UAV ? Sistema antiradar Patrulla una zona objetivo
hasta la detección de un radar, después ataca como un misil
Si no detecta ningún radar, vuela a un punto de destino y se recupera
IAI Harpy
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UAVs en Europa
Demostrador de UAV Se probó en San Javier en Mayo del 2006 7 m de envergadura y 3 t de MTOW
EADS - Barracuda
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Demostrador de UCAV Stealth EADS-CASA fabricará las alas y la estación de tierra 12 m de envergadura y 6 t de MTOW
nEUROn
35
Proyecto del INTA en los 90 Peso Max: 300 kg Carga útil: 25 kg Autonomía 7 h Despegue con catapulta y
aterrizaje con paracaídas El programa fue cancelado en
1999 después de gastar 40 M€ El INTA ha construido finalmente
un demostrador que entregó en Feb 2007.
España: SIVA
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Fab: IAI Searcher Peso Max: 450 kg Carga útil: 130 kg Autonomía: 15 h Envergadura: 8,5 m
España: Programa PASI
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4 unidades adquiridas por ET en 2008 para Afganistán
2 nuevas unidades adquiridas en 2009/2010
Fab: AeroVironment Inc Peso Max: 2 kg Motor eléctrico Autonomía: 90 min Envergadura: 1,4 m Coste: 40 k€
España: Raven B
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27 unidades adquiridas por ET
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Hacia dónde vamos
Avenger- Stealth UAV
El mercado de UAVs
40Fuente: Informe Teal Group- 2013 Market profile and forecast
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El mercado por clase de UAV
Frenada por la falta de reglamentación. Necesitan certificado de aeronavegabilidad todos
los UAVs excepto los más pequeños, que se consideran equivalentes a aeromodelos.
En general, no existen aún normas para certificar UAVs en casi ningún país del mundo.
Uno de los principales problemas es la posible exigencia de un sistema de “sense and avoid”, que no es un requisito para aeronaves tripuladas.
Utilización Civil de UAVs
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Estado de la certificación
No hay regulación para volar en espacio aéreo no segregado
CIVI
LM
ILIT
AR
EASA (European Agency for Safety Aviation) es responsable de la Certificación de cualquier UAS cuyo UAV supere los 150 kg de MTOWEs responsabilidad nacional la regulación por debajo de este peso y se ha de certificar no sólo la aeronave, sino la estación de control y el data-link
STANAG 4671, aplicable a UAS con UAV de ALA FIJA y con MTOW entre los 150 y 20.000 kgSTANAG 4703, aplicable a UAS con UAV de ALA FIJA y con MTOW igual o inferior a los 150 kg; y STANAG 4702 , aplicable a UAS con UAV de ALA ROTATORIA.
EUROCAE (European Organisation for Civil Aviation Equipment) ha creado el WG073 orientado a la investigación de los temas clave relacionados con la operación del UAS en el contexto del ATM europeo (USOL colidera el WP para operaciones fuera de LOS)
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Unmanned Solutions
USol se crea en 2008 como empresa de base tecnológica de la Universidad Politécnica de Madrid, como un spin-off del Grupo de Investigación en Sistemas Dinámicos.
Nuestro equipo ha trabajado en ingeniería de sistemas de control de vuelo durante más de treinta años y, específicamente, en sistemas no tripulados (aviones sin piloto) desde 2003.
Mantenemos la colaboración con diferentes grupos dentro de la Universidad Politécnica de Madrid.
Diseñamos, fabricamos y suministramos Sistemas Aéreos No Tripulados (UAV) para aplicaciones de ámbito civil.
Hemos desarrollado CINCO generaciones de UAV. Cinco sistemas vendidos.
K2A
K150
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Actividades
Ingeniería aeronáutica– Cálculo de la arquitectura de la aeronave– Diseño aerodinámico– Simulación aerodinámica (+ partners)– Diseño estructural en composite– Simulación estructural (+ partners)– Diseño de sistemas
Ingeniería del Grupo Motopropulsor (+ partners) Ingeniería de la producción (+ partners) Experimentación en vuelo
– Instalaciones en Marugán (Segovia) Aviónica y FCS
– Diseño de algorítmica de control de vuelo– Ingeniería de SW embarcado
I+D– Grupo de Investigación de Sistemas Dinámicos (UPM)
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Nuestros clientes
Capacidades de ingeniería (1)
Caracterización teórica, simulación mediante CFD y ensayos en túnel aerodinámico
Inge
nier
ía a
erod
inám
ica
Capacidades de ingeniería (1.1)In
geni
ería
aer
odin
ámic
a
50
Capacidades de ingeniería (2)In
geni
ería
est
ruct
ural
Análisis, simulación y dimensionado estructural con NASTRAN y PATRAN
Modelo 3D completo en CATIA V5
51
Capacidades de ingeniería (3)In
geni
ería
de
la p
rodu
cció
n
Patronado de pre-impregnados, curado en autoclave y control de la calidad bajo estándares aeronáuticos
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Capacidades de ingeniería (4)In
geni
ería
de
Cont
rol
1. SISCANT (2004) PROFIT
2. SISCANT II (2005 y 2006) PROFIT
3. PLATAFORMA-UAV (2006) FEDER-CAM
4. PLATAFORMA DE DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL DE VUELO PARA AERONAVES NO TRIPULADAS (I y II) (2005 y 2006)
5. SOAR-UAV (2007 y 2008) FEDER-CAM
6. ATLANTIDA (2008-2010) CENIT
7. TFOA-UAV (2008) AVANZA I+D
8. TFOA-UAV (2009-2011) AVANZA I+D
9. SISCON-ATM (2011-2013) AVANZA I+D
10. E-Vision (2011-2012) AVANZA I+D
11. E-Vision II (2012-2013) AVANZA I+D
12. SISCON-RES (2013-2015) AEESD I+D
13. SOEM (2013-2015) AEESD I+D
14. PA3-UAV (2014) PROGRAMA de ESTIMULOS a la INNOVACION CONACYT
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Capacidades de ingeniería (5)En
sayo
s en
vue
lo
Instalaciones de experimentación en vuelo en Marugán (Segovia) desde 2008
Más de 1500 horas de vuelocon diversos sistemas UAS de desarrollo propio (K1, K1-II, K2A, J1, K2B, K50)
54
Recorrido (2004-2011)
54
K1-II K2A K2B4 K2B5 K2B6
Año de lanzamiento 2006 2008 2010 2010 2010Peso máximo al despegue (kg) 33 76 76 88 96
Carga útil (kg) 8 30 30 37 45
Carga útil / Peso máximo 24% 40% 40% 41% 44%
Velocidad mínima (km/h) 55 80 76 68 54
Velocidad máxima (km/h) 165 205 222 194 177
Autonomía (h) 1 >10 >10 >13 >15
Envergadura (m) 3,9 4 4 5 6
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Los primeros vuelos
Agosto, 2005
56
Diamond Katana, 2005
57
Diamond Katana, 2005
58
Diamond Katana, 2006
59
K1-II, 2008
60
K1-II, 2009
61
K2A, 2008
62
K2A, 2009
63
K1-II con miniSAR, 2010
64
J1, 2010
65
K2B6, 2011
66
K2B6, 2011
67
Familia K
68
Familia K de USOL
4 m
K506m
K1506 m
K100
50 Kg 150 Kg
30 Kg 70 Kg 75 Kg
110 Kg
65 Km/h -sin flaps 70 Km/h –sin flaps 90 Km/h –sin flaps
130 Km/h 140 Km/h 180 Km/h
>5 h (1500 m alt.) > 12 h (2000 m alt.) > 18 h (2000 m alt.)
20 l 50 l 80 l
3000 m 5000 m 6000 m
MTOW
Peso en vacío
Velocidad de pérdida
Velocidad máxima
Autonomía máxima
Techo de servicio
Capacidad de combustible
20 Kg
K052 m
3 Kg
1,7 Kg
Km/h s
50 Km/h
> 2 h (1000 m alt.)
Baterías LiPo
1000 m
1, 3Kg 40 Kg 75 KgCarga útil
69
Peso en vacio: 1,3 kg
Despegue manual y aterrizaje sin pista
Velocidad de crucero: 45 km/h
Envergadura alar: 1,8 metros
Longitud: 1,2 metros
Peso máximo al despegue: 3 kg
Parámetros principales
Sistema K05 Misiones de rápido despliegue
Alimentación eléctrica- 1,5horas de autonomía
Alcance de comunicaciones (datos + vídeo): 5-15 km
70
K50 Misiones de vigilancia
Pista de aterrizaje asfalto/tierra: longitud 400 metros
Altitud máxima de vuelo: 3000 metros
Alcance: 50-100 km en línea de vista
Autonomía máxima: 5 horas
Posibilidad de aumentar alcance con módem satélite
Cámara Visible+Infrarrojo
Otros sensores
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150 kg
75 kg
90 km/h –sin flaps
180 km/h
> 18 h (2000 m alt.)
80 l
6000 m
MTOW
Peso en vacío
Velocidad de pérdida
Velocidad máxima
Autonomía máxima
Techo de servicio
Capacidad de combustible
75 kgCarga útil
K150 Light-MALE
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Planta motriz de 230 cc con gestión electrónica (inyección, governor, compensación de riqueza con la altitud, calefacción del conducto de admisión) con mapa de encendido y avance de máxima potencia para un MTOW de 150 Kg
Alas de 6 metros de envergadura
Fuselaje basado en bastidor estructural
Lanzable por catapulta y recuperable por paracaídas
Autopiloto, GCS y comunicaciones Cloud Cap
Sistema de combustible configurable, con depósitos internos, externos y alares
K150 Características técnicas
Despegue y aterrizaje convencional, pista asfaltada o preparada longitud de 600 m
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Sistema de recuperación de emergencia con paracaídas de accionamiento neumático
Estructura en fibra de carbono, construida con preimpregnadosaeronáuticos y curada en autoclave
Estructura verificada por ultrasonidos cumpliendo las exigencias de calidad de la industria aeronáutica civil
Sistema de potencia eléctrica regulado y estabilizado, capaz de proporcionar hasta 2000W, según configuración
Diseñado aerodinámicamente en túnel de viento y simulado por métodos numéricos para obtener una elevada fineza y prestaciones
Componentes y subsistemas certificados para la aviación general
K150 Características técnicas
7474
Presentación
Ratio PL/MTOW
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
PL/MTOW
7575
Estructura de la familia K1xx
Modelo de servicios
76
OperadoresRPAS
Técnicos MTO
ProcedimientosOperación y
Mantenimiento
Sistema de Formación
Soporte jurídico a la operación
Seguros
TransporteLogística
para la operación
UAVs
Horas de vuelo
Inteligencia
Protocolos de
Actuación
IMAGENES
Proyectos I+D+i
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Estrategia de desarrollo de tecnologías de visión por computador
Comerciabilidad de los productos y los sistemas
E-Vision(2011)
E-Vision II(2012-2013)
TAISAP-UAV
Proyecto de investigación industrial
Adquirir conocimientos sobre las posibilidades de la Visión por Computador para su aplicación a sistemas de Sense & Avoid de coste adecuado para UAVs de pequeño tamaño
Proyecto de Desarrollo Experimental
Aplicar los conocimientos adquiridos en el proyecto E-Visión al desarrollo de demostradores tecnológicos que permitan su experimentación en el entorno real de operación para adquirir confianza en la tecnología
Proyecto de Desarrollo Experimental
Fusionar la tecnología desarrollada sobre visión por computador con otras para aumentar la seguridad en la operación de UAVs e independizarse de los sistemas de posicionamiento global por satélite (GPS y GLONASS)
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EVISION: Desarrollo del sensor basado en visión por computador
EVISION: Fusión de datos visión por computador/transponder
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Panel de control del transponder, con su información integrada en el interfaz del
sistema de control de vuelo y misión de la experimentación en vuelo
80
EVISION: Codificación de software
Seguimiento y trayectoria
Detección del objeto
EVISION: Ensayos en vuelo
81
82
2012, K50 landing tests
83
UNVEX,2012- K150 introduction
84
Presentación
2013, K50 parachute deployment tests
85
HOMESEC 2013
86
Presentación
2013, K150 engine tests
87
Presentación
2014, Visit of Chinese Delegation
88
2014, K150 take-off tests
89
Estación de tierra
90
Presentación2013, K150 brake tests at high speeds
Unmanned Solutions, S.L. – 91
C/ Milán, 3428043 Madrid-SPAINwww.usol.es
Muchas gracias por su atención
92
¿ Preguntas ?