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Mayo 2013
Unmanned SolutionsUAVs: Aplicaciones de los Aviones no tripulados en Incendios forestales
Seminarios Técnicos sobre incendios forestales
Alvaro LópezDirector Comercial
Conclusiones
Los sistemas aéreos no tripulados (UAVs) pueden convertirse en una potente herramienta en la lucha contra los incendios forestales, en todas y cada una de sus fases (prevención, detección, extinción y evaluación de daños)Para llegar a ese punto es necesario todavía resolver algunos aspectos claves:– El desarrollo de una normativa que permita la integración de los
UAVs en el espacio aéreo no segregado civil– La integración de subsistemas que amplíen sus capacidades (p.e.,
comunicaciones para distancias largas, cargas de misión específicas)La producción en serie ayudará a una reducción en los costes de adquisiciónUnmanned Solutions dispone de una gama de aeronaves no tripuladas en el rango de 50‐150 kg de peso máximo al despegue que permiten misiones con autonomía de vuelo superior a las 18 horas de vuelo y carga útil hasta 75 kg
Sumario
ObjetivosQuiénes somosQué hacemosLos UAVsNuestros UAVsLas aplicaciones de los UAVs en incendios forestalesVentajas….y temas pendientes
Unmanned
Solutions
Objetivos
No queremos venderles UAVs
Quiénes somos
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 CUATRO generaciones de UAV.Cinco sistemas vendidos.
K2A
K150
Qué hacemos: Desarrollos
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 el aeródromo de 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)
Qué hacemos: Productos y servicios
Integración de subsistemas:– Cargas de misión– Sistemas de comunicaciones
Comercialización de nuestras plataformasPrestación de servicios sobre nuestras plataformas Formación y capacitación de operadores Consultoría y elaboración de Planes Directores sobre el uso de Sistemas Aéreos No Tripulados
Los UAVS: dos terminologías
Los UAVS: algunos conceptos
10
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
(
Los UAVS :Clasificación
Tren de aterrizaje
Los UAVs: principales subsistemas
Depósitos integrados en las semi‐alas
Sistema de propulsión
Autopiloto
Sistema de recuperación de emergencia con
paracaídas
Potencia eléctrica
Estructura (alas y fuselaje)
Carga de misión
Puntos de fijación para
cargas externas subalares
Depósitos combustible
Sistema de comunicaciones (datos, vídeo)
Superficies de control
Nuestros UAVs
Unmanned Solutions, S.L. – 13
Desde 2004 hasta 2011:
1ª, 2ª y 3ª generación
A partir de 2012:
Familia K
Desde 2004 hasta 2011:
1ª, 2ª y 3ª generación
A partir de 2012:
Familia K
1200 horas de vuelo
Nuestros UAVs (2004‐2011)
K2B (4, 5 y 6)
Aeronave de entre 4 y 6 metros de envergadura , hasta 100Kg. de peso máximo al despegue,diseñada y construida siguiendo estándares de calidad aeronáutica.
Componentes y subsistemas certificados para la aviación general
Diseñado aerodinámicamente en túnel de viento y simulado por métodos numéricos para obtener una elevada fineza y prestaciones
Diseñado y simulado estructuralmente por métodos numéricos
Depósitos integrados en las semialas para liberar espacio en la bodega dedicado a la carga de misión
Diversas plantas motrices de elevada fiabilidad
Capacidad máxima de combustible de 50 litros, lo que le confiere autonomía superior a 15 horas, según configuración
Sistema de recuperación de emergencia con paracaídas de accionamiento neumático
Sistema de potencia eléctrica regulado y estabilizado, capaz de proporcionar hasta 2000W, según configuración
Estructura en fibra de carbono, construida con preimpregnados aeronáuticos y curada en autoclave
Dotado de diversos sistemas giroestabilizados de captura de imágenes de alta calidad
Hasta seis puntos de fijación para cargas externas subalares
Depósitos auxiliares externos
Estructura verificada por ultrasonidos cumpliendo las exigencias de calidad de Airbus Industries
70
80
90
100
110
120
130
140
150
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
MTO
W (kg)
Velocidad de máxima autonomía (kg)
Vmax. Autonomía
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Altitud
(m)
V max. (m/s)
Techos
70
80
90
100
110
120
130
140
150
26 28 30 32 34 36 38 40 42
MTO
W (kg)
Velocidad de máximo alcance (m/s)
MTOW‐V máx. Alcance
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
15 20 25 30 35 40 45 50 55
Altura (m
)
Velocidad (m/s)
Envolvente de vuelo
Velocidades mínimas
Velocidades máximas
Velocidad de entrada en pérdida
Velocidad de crucero
Nuestros UAVs: Documentación
Manuales de actuaciones
Manuales de mantenimientoHoras calientes Horas de vuelo Ciclos de operación Intervención Actividades Duración estimada Utillaje Procedimiento
Revisión de planta motriz 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual de montaje y pérdida de líquidos
Revisión de integridad 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual y táctil de alas, fuselaje, carenas y superficies móviles
Revisión de sistema eléctrico 5 minutos Polímetro
Conexión del polímetro a los terminales de potencia y comprobación de que se encuentran dentro de tolerancias
Revision de luces 5 minutosNinguno especializado
Encendido de luces y comprobación de funcionamiento
Revisión de planta motriz 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual de montaje y pérdida de líquidos
Revisión de integridad 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual y táctil de alas, fuselaje, carenas y superficies móviles
Revisión de sistema eléctrico 5 minutos Polímetro
Conexión del polímetro a los terminales de potencia y comprobación de que se encuentran dentro de tolerancias
Revision de luces 5 minutosNinguno especializado
Encendido de luces y comprobación de funcionamiento
Revisión de planta motriz 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual de montaje y pérdida de líquidos
Revisión de integridad 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual y táctil de alas, fuselaje, carenas y superficies móviles
Revisión de sistema eléctrico 5 minutos Polímetro
Conexión del polímetro a los terminales de potencia y comprobación de que se encuentran dentro de tolerancias
Revision de luces 5 minutosNinguno especializado
Encendido de luces y comprobación de funcionamiento
Revisión de planta motriz 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual de montaje y pérdida de líquidos
Revisión de integridad 5 minutos
Ninguno especializado
Revisión visual y táctil de alas, fuselaje, carenas y superficies móviles
Revisión de sistema eléctrico 5 minutos Polímetro
Conexión del polímetro a los terminales de potencia y comprobación de que se encuentran dentro de tolerancias
Revision de luces 5 minutosNinguno especializado
Encendido de luces y comprobación de funcionamiento
Revisión de partes móviles 5 minutos
Ninguno especializado
Comprobación de holgurasComprobación de las fijacionesComprobación de recorridos
Revisión del tren de aterrizaje 5 minutos
Ninguno especializado
Comprobación de holgurasComprobación de las fijacionesComprobación de material de fricción
Sustitución de hélice 30 minutosNinguno especializado
Desmontaje de conoDesmontaje de héliceMontaje de héliceMontaje de cono
D 45 30 15
Comprobación funcional
D 60 40 20
Comprobación funcional
D 15 10 5
Comprobación funcional
D 30 20 10
Comprobación funcional
75 2550
Operación de mantenimiento menor
C
Despieces y manuales de montaje
Libros de operación, libro de célula y de motor
Nuestros UAVs: la 4ª generación
4 m
K506m
K150K1005 m 6 m
K100
50 Kg 100 Kg 150 Kg
30 Kg 70 Kg 70 Kg 75 Kg
110 Kg
65 Km/h ‐sin flaps 79 Km/h –sin flaps 70 Km/h –sin flaps 90 Km/h –sin flaps
130 Km/h 140 Km/h160 Km/h 180 Km/h
>5 h (1500 m alt.) > 7 h (2000 m alt.) > 12 h (2000 m alt.) > 18 h (2000 m alt.)
20 l 30 l 50 l 80 l
3000 m 4000 m 5000 m 6000 m
MTOW
Peso en vacío
Velocidad de pérdida
Velocidad máxima
Autonomía máxima
Techo de servicio
Capacidad de combustible
20 Kg 30 Kg 40 Kg 75 KgCarga útil
Familia K
Familia K: K50
Planta motriz de 150 cc. con gestión electrónica (inyección, governor)
Alas de la serie K2B de 4 metros de envergadura
Fuselaje en fibra de vidrio reforzado con fibra de carbono
Bahía de equipos de misión de 50 litros de capacidad
Autopiloto, GCS y comunicaciones Cloud Cap, o de otros fabricantes reputados
Familia K: K150
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
Lanzable por catapulta y recuperable por paracaídas
Sistema de combustible configurable, con depósitos internos, externos y alares
Sistema de recuperación de emergencia con paracaídas de accionamiento neumático
Estructura en fibra de carbono, construida con preimpregnados aeronáuticos y curada en autoclave
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 Competencia de productos más grandes y costosos
• Sistema táctico de gran capacidad de carga de misión/combustible• Eficiente, fiable y robusto• Equipos y cargas de misión accesibles• Capacidad de alojar equipos de misión muy voluminosos• Ratio de carga útil/peso máximo al despegue muy favorable• Arquitectura que permite el centrado del avión sin recurrir a contrapesos• Muy altas prestaciones (autonomía, carga útil y techo)
Ratio de carga útil frente a peso máximo superior al 50 %
Aplicaciones de los UAVs
•Las 3 Ds
Aplicaciones de los UAVs
Cámaras giroestabilizadas en espectro visible e infrarrojo, cámaras multiespectrales, autopiloto con función de fijación y seguimiento de objetos; Radar; Lidar; sensores de contaminación; sensores de radiactividad; sensores sísmicos; medidores de velocidad; etc.
• Control de Áreas extensas• Vigilancia de fronteras• Vigilancia de infraestructuras críticas• Gestión de desastres naturales y accidentes• Monitorización y gestión de incendios forestales• Monitorización y control medioambiental• Control de contaminantes y residuos• Gestión de recursos hídricos• Gestión de zonas naturales• Exploración y explotación mineral• Sistemas de Información geográfica• Control de obras públicas• Cartografía• Vigilancia de bienes culturales• Agricultura de precisión• Control urbanístico y de desplazamientos• Etc, etc, etc... Software de
tratamiento de imágenes en tiempo real
Prevención
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Inventario de especiesCálculo de cobertura, densidad y altura del arboladoIndice de continuidad de las copasGrado de humedadMapas de riesgo detallados…
Misiones rutinarias predefinidasSensorización ad hoc: cámara hiperespectral, VIS/IR, radar, lidar, etcAterrizaje y despegue desde pista convencionalBuena autonomíaTransmisión de información a centro de control
Ope
rativo
Capa
cida
des
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Vigilancia rutinariaVigilancia específica de las zonas de alto riesgoConfirmación y localización de alarmasEfecto de disuasión
Determinación de zonas/horas de vigilanciaSensorización: cámaras térmicas (NIR, TIR, MIR), visibleAterrizaje y despegue desde pista convencionalVuelo continuo/ autonomía altaTransmisión de información en tiempo real
Detección
Ope
rativo
Capa
cida
des
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Localización de los equipos de extinciónMonitorización del frente de llamaLocalización de nuevos focosBúsqueda de personas en zonas de difícil accesoRelé de comunicaciones…
Despliegue rápidoAutonomías grandesCapacidad de reconfiguración de la misiónTransmisión de información en tiempo real Centro de control/ Puesto de Mando Avanzado
Extinción
Ope
rativo
Capa
cida
des
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Medida de la superficie quemadaDaño a la vegetación…
Misiones predefinidas y reconfigurablesSensorización ad hoc: cámara hiperespectral, VIS/IR, radar, etcAutonomía mediaAterrizaje y despegue desde pista convencionalTransmisión de información a centro de control
Evaluación de daños
Ope
rativo
Capa
cida
des
VentajasPermiten vuelos con visibilidad reducida o nula (poca luz, nocturnos, humo denso)Misiones peligrosas sin riesgo para los pilotosOperación con condiciones meteorológicas adversas (vientos, tormentas, turbulencias, …)Eliminan zonas ocultas para los medios de detección tradicionales
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Temas pendientes1. No hay regulación para volar en espacio aéreo no segregado
CIVIL
MILITAR
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)
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Temas pendientes2. Comunicaciones en tiempo realLos enlaces RF tienen un alcance entre 30‐50 kmPara alcances superiores sería necesario una red terrestre de
apoyo o un enlace satélite (BLOS)
Aplicaciones UAVs en incendios forestales
Temas pendientes3. Coste de adquisiciónAunque los costes de operación pueden ser menores, los costes de adquisición
de un UAV tipo táctico son superiores a los de aviones convencionales de vigilancia
Heron 1‐MTOW: 1000 kg10 M$
Predator MTOW: 1000 kg4,5 M$Scan Eagle MTOW: 18 kg
0,52 M$
PUMA MTOW: 6 kg0,56 M$
nmanned utions
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C/ Milán, 34‐ Bajo28043 MadridTel: 91 716 14 24www.usol.esalopez@usol.es