Diapositivas de la conferencia "Pasado,presente, futuro UAVs"
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SistemasAéreos no tripulados: ...

SistemasAéreos 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

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    Diapositivas de la conferencia "Pasado,presente, futuro UAVs" Diapositivas de la conferencia "Pasado,presente, futuro UAVs" Presentation Transcript

    • 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 son Cómo funcionan Para qué sirven Un poco de historia Los UAV actuales Hacia dónde vamos Los UAVs de Unmanned Solutions 1 Contenido
    • 22 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? 3 Aeronave Sensores Estación de tierra Plan de vuelo Piloto automático Superficies de control y acelerador Telemetría Sistema de navegación Presentación Registro
    • ¿Cómo funciona un UAV? 4 Aeronave Sensores GPS / DGPS / WAAS INS Magnetómetro Datos aire Radar de seguimiento del terreno Altímetro de precisión Reconocimiento de 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
    • 6 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
    • 7 Consideraciones prácticas sobre la aviónica Dispositivos de control de daños por accidente en la 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 extraíbl e Interrup tor general Pantalla táctil 2. Información de seguimiento del plan de vuelo sobre cartografía digital Mando de control de las cámaras embarcadas giroestabilizada s •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 8 Aplicaciones de los UAVs •Las 3 Ds
    • Misiones científicas Investigación Atmosférica Observación oceanográfica Estudios Geológicos Estudio de volcanes Investigación de la evolución de Previsión meteorológica Huracanes Misiones de Emergencia Operación en situaciones de desastre Valoración de catástrofes Lucha contra el fuego Búsqueda y rescate Observación de mareas negras Observación de huracanes Observación de inundaciones Monitorización de terremotos Monitorización de volcanes Monitorización de radiación nuclear9 Misiones de Vigilancia Patrulla de fronteras Monitorización de tráfico de carreteras y control Detección de fuegos forestales Monitorización de la costa Líneas de alta tensión Monitorización de oleoductos Monitorización del medio ambiente Patrulla marítima Policía Monitorización de cosechas Misiones de Comunicación Comunicaciones de banda ancha Servicios de telecomunicación GPS/ Sistema de amplificación de señal en Galileo-Pseudo satélite Aplicaciones Civiles de los UAS
    • ¿Cuánto cuesta un UAV? 10 1 x B2 15 x F22 150 x Predator Presupuesto de 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 12
    •  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 13
    •  Estabilizados por medio de giróscopos  Radiocontrolados  El objetivo era utilizarlos como bomba volante Primera guerra mundial 14 Avión automático Hewitt-Sperry (Curtiss N-9) Kettering Bug
    •  Aviones radiocontrolados de 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 16
    • 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 18
    • MALE- Medium Altitude Long Endurance 19
    •  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 20
    •  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) 21
    •  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 22
    •  Fabricado por Lockheed Martin (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 23
    •  Fab: Northrop Grumman  Demostrador de UCAV embarcado  1er vuelo: 4 de febrero 2011  19 m de envergadura  MTOW: 20 t  Payload: 2 t X47B 24
    • 25 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 26
    • 27 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 28
    • 29 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 30
    • 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 31
    •  ¿ 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 32
    • 33 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 34
    •  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 36
    •  Fab: IAI Searcher  Peso Max: 450 kg  Carga útil: 130 kg  Autonomía: 15 h  Envergadura: 8,5 m España: Programa PASI 37  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 38  27 unidades adquiridas por ET
    • 39 Hacia dónde vamos Avenger- Stealth UAV
    • El mercado de UAVs 40Fuente: Informe Teal Group- 2013 Market profile and forecast
    • 41 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 42
    • 43 Estado de la certificación No hay regulación para volar en espacio aéreo no segregado CIVILMILITAR EASA (European Agency for Safety Aviation) es responsable de la Certificación de cualquier UAS cuyo UAV supere los 150 kg de MTOW Es 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 kg STANAG 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)
    • 44
    • 45 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
    • 46 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)
    • 47 Nuestros clientes
    • Capacidades de ingeniería (1) Caracterización teórica, simulación mediante CFD y ensayos en túnel aerodinámico Ingenieríaaerodinámica
    • Capacidades de ingeniería (1.1) Ingenieríaaerodinámica
    • 50 Capacidades de ingeniería (2) Ingenieríaestructural Análisis, simulación y dimensionado estructural con NASTRAN y PATRAN Modelo 3D completo en CATIA V5
    • 51 Capacidades de ingeniería (3) Ingenieríadelaproducción Patronado de pre- impregnados, curado en autoclave y control de la calidad bajo estándares aeronáuticos
    • 52 Capacidades de ingeniería (4) IngenieríadeControl 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
    • 53 Capacidades de ingeniería (5) Ensayosenvuelo Instalaciones de experimentación en vuelo en Marugán (Segovia) desde 2008 Más de 1500 horas de vuelo con 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 2010 Peso 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
    • 55 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 K50 6m K150 6 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 K05 2 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
    • 71 150 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
    • 72 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
    • 73 Sistema de recuperación de emergencia con paracaídas de accionamiento neumático Estructura en fibra de carbono, construida con preimpregnados aeronáuticos 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 Operadores RPAS Técnicos MTO Procedimientos Operación y Mantenimiento Sistema de Formación Soporte jurídico a la operación Seguros Transporte Logística para la operación UAVs Horas de vuelo Inteligencia Protocolos de Actuación IMAGENES
    • Proyectos I+D+i 77 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)
    • 78 EVISION: Desarrollo del sensor basado en visión por computador
    • EVISION: Fusión de datos visión por computador/transponder 79 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 Presentación 2013, K150 brake tests at high speeds
    • Unmanned Solutions, S.L. – 91 C/ Milán, 34 28043 Madrid-SPAIN www.usol.es Muchas gracias por su atención
    • 92 ¿ Preguntas ?