Los Vehículos Aéreos - UPM del Rector/Agenda/2010/2010-… · Los Vehículos Aéreos «Los UAVs...

Los Vehículos Aéreos


Tecnologías asociadas a sistemas de Enjambres de µUAVsLos Vehículos Aéreos

Los Vehículos Aéreos «Los UAVs (Ventajas)»

Mínimo Tiempo de Reacción

Variedad y Flexibilidad de Misiones

Mínimo Impacto Ambiental

Mínimo Coste de Operación

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Los Vehículos Aéreos «Los UAVs (Beneficios)»

Beneficios enSeguridad y Defensa

BeneficiosSociales y Ambientales

GeneranNuevos Requerimientos

EstimulanI+D+i

LogranOptimizar el Diseño

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Los Vehículos Aéreos «Los UAVs (Beneficios)»

Beneficios enSeguridad y Defensa

BeneficiosSociales y Ambientales

GeneranNuevos Requerimientos

EstimulanI+D+i

LogranOptimizar el Diseño

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Los Vehículos Aéreos «¿Cómo son los UAVs?»

MTOW (kg) <1,0 – 1500PL (kg) ≈0,1 – 100

Ala FijaAla RotatoriaAeroestatoConvertible

¿Cuáles nos ocupan?

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Los Vehículos Aéreos ¿Qué es un enjambre de μ-UAVs

Enjambre(Lat. Exāmen)Muchedumbre de personas

o animales juntos

Micro (Gr. Μίκρο)Muy pequeño o

una millonésima parte

UAV (Ing. acrónimo)Unmanned Aerial Vehicles

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Enjambre de μ-UAVs.- “Multitud de vehículos aéreos notripulados “muy pequeños” en vuelo cooperativo“coordinados o de forma autónoma” quedesarrollan una misión organizada desde uncentro de control”.

Los Vehículos Aéreos ¿Qué es un enjambre de μ-UAVs

Enjambre(Lat. Exāmen)Muchedumbre de personas

o animales juntos

Micro (Gr. Μίκρο)Muy pequeño o

una millonésima parte

UAV (Ing. acrónimo)Unmanned Aerial Vehicles

Enjambre de μ-UAVs.- “Multitud de vehículos aéreos notripulados “muy pequeños” en vuelo cooperativo“coordinados o de forma autónoma” quedesarrollan una misión organizada desde uncentro de control”.

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Los Vehículos Aéreos «Enjambres de μ-UAV»

El primer pensamiento seguro que ha sido

A día de hoy ¿Es una tecnología en desarrollo?

A corto plazo ¿Es una tecnología desarrollable?

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Categoría de UAS Alcance(Km)

Altitud devuelo (m)

Autonomíade vuelo (h)

Peso máximo aldespegue (Kg)

Estratosféricos > 2.00020.000 ‐30.000

48 < 3.000

Gran altitud y largaduración (HALE)

> 2.000 20.000 48 15.000

Media altitud y largaduración (MALE)

> 500 14.000 24 ‐ 48 1.500

Baja altitud y largaduración (LALE)

> 500 3.000 Aprox. 24 Aprox. 30

Baja altitud y ampliapenetración (LADP)

> 250 50 ‐ 9.000 0,25 ‐ 1 350

Medio alcance 70 a > 500 8.000 6 ‐ 18 1.250Corto alcance 10 – 70 3.000 3 – 6 200

Mini < 10 < 300 < 2 < 30

Micro < 10 < 250 1 < 1

«Ámbito de los UAVs»

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Categoría de UAS Alcance(Km)

Altitud devuelo (m)

Autonomíade vuelo (h)

Peso máximo aldespegue (Kg)

Estratosféricos > 2.00020.000 ‐30.000

48 < 3.000

Gran altitud y largaduración (HALE)

> 2.000 20.000 48 15.000

Media altitud y largaduración (MALE)

> 500 14.000 24 ‐ 48 1.500

Baja altitud y largaduración (LALE)

> 500 3.000 Aprox. 24 Aprox. 30

Baja altitud y ampliapenetración (LADP)

> 250 50 ‐ 9.000 0,25 ‐ 1 350

Medio alcance 70 a > 500 8.000 6 ‐ 18 1.250Corto alcance 10 – 70 3.000 3 – 6 200

Mini < 10 < 300 < 2 < 30

Micro < 10 < 250 1 < 1

μ-UAV.- Menos de 1 kg de MTOW, menos 10 km de alcance,250/500 metros de altura sobre el nivel del suelo yautonomía máxima del orden de 1 hora.

«Ámbito de los UAVs»

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Los μ-UAVs deben tener una forma, geometría y ciertos parámetros aerodinámicos para poder estar al nivel de

exigencia que necesitan los nuevos Sistemas Aéreos no Tripulados (UAS)

«Primera aproximación»

Posibles entornos operativos: de Los μ-UAVsCualquier medio.- Bosques, desiertos, mediomarítimo, medio polar, medio urbano (autdoor, indoor)Cualquier tiempo climáticoCualquier condición

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Aeronaves con geometría convencional.El control direccional es responsabilidad del estabilizadorvertical, junto con el adecuado comportamiento lateral dadopor el diedro del ala, mientras que en algunos no existe elestabilizador horizontal.

Formas actuales de los μ-UAVs

Alas volantes con variedad de alargamientos.El control direccional no suele ser responsabilidad delestabilizador vertical, que en muchos casos no existe

Aeronaves de alas rotatorias.Disparidad de solución en el número de rotores y en lasituación de éstos.

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Los Vehículos Aéreos «Primeros datos de diseño de los μ-UAVs»

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Envergadura (m)

Car

ga d

e P

ago

(kg)

1,00 E‐04

1,00 E‐03

1,00 E‐02

1,00 E‐01

1,00 E+00

1,00 E+01

00 00 01 10 100

μ‐UAVs

S‐UAVs

M‐UAVs

«Tamaño de los μ-UAVs»

Envergadura (m)

MTO

W (K

g)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

μ‐UAVs

S‐UAVs

M‐UAVs

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Los Vehículos Aéreos «Cualidades Aerodinámicas de los μ-UAVs»

La combinación de pequeñas dimensiones y la baja velocidad da como resultado un régimen de vuelo a muy bajos números de Reynolds

insectos

Aves medias

Aeronaves de recreo

Grandes aeronaves

1,00 E‐04

1,00 E‐03

1,00 E‐02

1,00 E‐01

1,00 E+00

1,00 E+01

1,00 E+02

1,00 E+03

1,00 E+04

1,00 E+05

1,00 E+06

1,00 E+03 1,00 E+04 1,00 E+05 1,00 E+06 1,00 E+07 1,00 E+08

μUAVs

Re

M (kg)

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Los Vehículos Aéreos «Características que se esperan de los μ-UAVs»

Las necesidades son:PL / MTOW ≈ 1Despegue/aterrizaje VTOL/CE-STOLVstall muy pequeñaAlcance ≈ 10kmAutonomía ≈ 1 h

Las condiciones son:Pequeña Sw.Elevado CLMax y pérdida suave.Elevada relación T/WTOElevado [(CL)3/2 /CD].Elevado ηpr de la hélice en operación.Elevada (CL/CD)Mínimo CDoElevado AR.

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Solución a corto plazo.- Alas volantes conelevada flecha de borde de ataquey radio de borde de ataque muypequeño con:

AR medio o bajoAR alto

«¿Soluciones de forma de los μ-UAVs?»

Solución a medio plazo.- μ-UAV conbuenas características en todaoperación por cambio de forma.

¿Morfing ?18

Los Vehículos Aéreos «La frontera»

Caminos de la investigación

Tecnologías que mejoren las características aerodinámicasde los μ-UAV en cada una de las misiones encomendadas

Tecnologías que optimice todas y cada una de lasactuaciones del vehículo aéreo.

Tecnologías que permitan diseñar y construir aeronaves deforma cambiante según las necesidades de la operación.

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Winglets.-(Blended Winglet, Spiroid Winglets, MorphingWinglets, Wingtip fences, Blended Winglet).Disminuye Cdi entre un 4% y un 7%.Mejora CL/CDMejora la distribución de CL y de W/SMejora las características de ascenso.Disminuye la tracción en la operación de despegue.

«Mejora aerodinámica y de Actuaciones»

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Raked wingtip. Extensión del ala a distinta flecha.

Disminuye CdiMejora CL/CD (α ↑)«Reducen la carrera de despegue»«Mejora R/C”

C-Wing. Buena alternativa para mejorar la eficiencia de los winglets en un fuselaje sustentador.Disminuye Cdi ≈ 3%


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Gurney Flaps. Placa de borde de salida/intradós.hgf/Cmg entre 0,5 y 0,05CL aumenta del orden 20%.CD aumenta del orden 20% a bajos ángulos de ataque.CL /CD tiene un beneficio neto a bajos ángulos de ataque.


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Wing Grid. Pequeñas alas a lo largo del borde marginal del ala.CL /CD mejora respecto a la de un ala de la mismaenvergadura a altas velocidades y la empeoran a bajasvelocidades.

Wingtip Sails. Pequeñas aletas en el borde marginal del ala.Reduce CDiCL /CD tiene un beneficio neto a alto ángulos de ataque


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Microtab. Placa de extradós y/o de intradós.Retrasa el desprendimiento de la capa límite


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Slat (Álula). Dispositivos autodesplegable que controla el flujo de aire en el extradós del ala retardando el desprendimiento.

Pop-up (Plumas cobertoras). Controladores de capa límite,evitan que el desprendimiento llegue al borde deataque (Flaps autoajustables)


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Tecnologías que permitan diseñar y construir aeronaves deforma cambiante según las necesidades de la operación

Los materiales calidad del vehículo y peso.

Nuevos materiales salto en las actuaciones.

Los materiales harán que los sistemas automáticosproporcionen mayor eficiencia, un tamaño compacto, un pesoligero, y eviten muchas restricciones en la estructura de laaeronave.

La forma de las aeronaves cambiará como respuesta, engeneral, a un estímulo exterior y a su propia respuesta.

«De forma cambiante»

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Los Vehículos Aéreos «De forma cambiante»

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¿Tendremos mayor libertad en el diseño del μ-UAV?

¿Podremos volar como lo hacen las aves?


¿Vehículos Aéreos Biomiméticos?

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Moderador

Notas de la presentación


Muchas gracias

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