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

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?

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

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 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

8

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?

10

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

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 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

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 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

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

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)

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

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

52

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

53

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

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

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

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 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

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

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 ?