Miniaeronave no tripulada

Introducción

 

Actualmente el estado del desarrollo de Vehículos Aéreos no Tripulados (del inglés Unmanned Aerial Vehicles, UAV’s), algunas veces también llamados “drones” (avión sin piloto que es operado por un humano a través de un control remoto) en diversos países ha tenido gran auge debido a la diversidad de aplicaciones en las que se les puede considerar. Estas aplicaciones se extienden a múltiples facetas, tanto civiles como militares, como son:

  • La supervisión de carreteras y costas.
  • Intervención en ambientes hostiles (emisiones químicas o radioactivas, lugares inaccesibles para el hombre).
  • Misiones de investigación.
  • Inspección visual (carreteras, costas, etcétera).
  • Exploración de minas.
  • Sistemas de información para los medios de comunicación.
  • Supervisión del medio ambiente (calidad del aire, incendios forestales).

p-07bEl diseño y producción de UAV’s es una actividad global, con fabricantes e investigadores alrededor de todo el mundo.

Actualmente existen cerca de 50 compañías, instituciones y organismos gubernamentales alrededor del mundo que desarrollan cerca de 150 vehículos aéreos no tripulados, los cuales caen dentro de las siguientes categorías principales:

  • Táctil, capaz de transportar de 25 kg hasta 500 kg.
  • Alta resistencia, capaz de volar durante mucho tiempo, típicamente 24 horas o más.
  • Despegue y aterrizaje vertical (VTOL), vehículo con hélices giratorias.
  • Portátil, suficientemente ligero para ser cargado y lanzado por el hombre, pero más grande que los micro-vehículos aéreos.
  • Vehículo semi-automático, capaz de realizar vuelos autónomos o teleguiados.
  • Micro-vehículos aéreos, aquellos que poseen una dimensión inferior a 15 cm.

 

Resumen

La mini-aeronave no tripulada fue construida totalmente desde el diseño y modelado, así como el desarrollo de un control no lineal para la automatización de la misma, en la Facultad de Ciencias de la Electrónica de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Esta clase de vehículos de vuelo autónomo, mejor conocidos por sus siglas en inglés como UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), o en español VANT (Vehículo Autónomo No Tripulado) cuenta con los dispositivos necesarios para que la mini-aeronave sea capaz de mantener su orientación longitudinal en vuelo sin ningún tipo de ayuda externa, basándose únicamente en los datos generados por sus sensores integrados para ejecutar la ley de control diseñada.

La instrumentación incluye, además de la lectura de los sensores y el procesamiento de las señales, la opción de vuelo manual a través de radiocontrol por motivos de seguridad y para realizar el despegue y el aterrizaje. Una vez que la aeronave se encuentre en vuelo, se envía la orden vía radiocontrol para comenzar con la etapa de autonomía mediante un algoritmo de control no lineal implementado en un procesador digital de señales o DSP (Digital Signal Processor), el cual se encarga de leer los datos sensados por el Sistema de Navegación Inercial, mejor conocido por sus siglas en inglés como INS (Inertial Navigation System), apoyado por un Sistema de Posicionamiento Global, referido como GPS (Global Positioning System), para posteriormente mandar la orden a los servomotores con el fin de que éstos modifiquen las posiciones de los mandos de control de la aeronave, llevando de esta manera al UAV a estabilizarse longitudinalmente alrededor de su posición de origen. Finalmente se vuelve a mandar la orden a la aeronave vía radiocontrol para pasar de nuevo a modo manual y poder aterrizarla.

 

p-07aDescripción técnica

  • El mini-avión puede ser controlado 100 por ciento manualmente por medio de un radio control y/o controlado de forma semi-automática, con ayuda de sensores de posición y orientación.
  • La configuración del mini-avión es ala delta con tren de aterrizaje en forma de patín utilizado tanto como medio de lanzamiento manual del vehículo, como medio de apoyo para el aterrizaje. También cuenta con alerones, timón de dirección y timón de cabeceo como superficies de mando y control.
  • Es posible obtener la posición actual, respecto a la tierra, por medio de un GPS.
  • El mini-avión cuenta con un sistema inercial el cual permite conocer su orientación y velocidad angular para llevar a cabo procesos de control.
  • La mini-aeronave cuenta con un sistema de comunicación inalámbrica con una estación en tierra para monitorear el estado de la aeronave y su posición con respecto a una referencia establecida.
  • Su sistema de propulsión es completamente eléctrico, tanto en lo que se refiere al motor como en lo referente al sistema que se encarga del control de su velocidad.
  • Está diseñado para soportar 2000 grs más de peso, en caso de que se desee agregar algún otro sensor más.
  • La mini-aeronave posee un área total de 0.8866 metros cuadrados, lo cual garantiza el planeo sin problema.

 

Ventajas

               Configuración robusta por sí sola y fácil de planear sin fuente motriz.

               Estructura robusta: cuenta con un esqueleto hecho en madera balsa.

               Estructura ligera por los materiales utilizados en su construcción.

               El despegue no depende del tipo de terreno ya que es lanzado manualmente.

               Se requiere menos longitud de despegue comparado con un avión que tiene tren de aterrizaje con ruedas.

               Se requiere menos potencia del motor durante el despegue debido al impulso ejercido por la mano.

               Menos probabilidades de colisión en el despegue.

 

Desventajas

               Despegue manual.

               Baja autonomía de vuelo.

               Poca libertad de adicionar componentes, debido al peso que éstos generan y a los requerimientos de energía.

               Alcance limitado del control manual, debido al alcance máximo del radio control.

               Tiempo de vuelo restringido debido a la tecnología de almacenamiento máximo de la batería.

 

Características técnicas

  • La configuración tiene una envergadura de 1.5 mts y un peso estructural de 1,150 grs.
  • La velocidad máxima de vuelo que alcanza es de 35 km/hr y una altura de 200 mts.
  • La distancia que recorre es de 15 mts por cada metro de altura.
  • Distancia promedio recorrida en planeo sin fuente motriz: 38 mts, dependiendo de las condiciones meteorológicas.
  • El ángulo de ataque es de 3 grados para asegurar el máximo rendimiento del perfil.
  • La estructura está compuesta de madera balsa y madera triplay, con refuerzos de fibra de carbono. Forrado y reforzado con kevlar en tela, tela de fibra de carbono, tela marina, fibra de vidrio y monokote.

 

Autores: Amparo Palomino Merino,

César David Malpica Moreda, Manuel Aparicio Razo.

Fecha de solicitud de patente: 7 de mayo de 2013.

 

ampalomino@gmail.com