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

1. 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

2. Qué son
Cómo funcionan
Para qué sirven
Un poco de historia
Los UAV actuales
Hacia dónde vamos
Los UAVs de Unmanned Solutions
1
Contenido

3. 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

4. ¿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

5. ¿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

6. 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

7. 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

8. 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)

9. Aplicaciones: Las 3 D
8
Aplicaciones de los UAVs
•Las 3 Ds

10. 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

11. ¿Cuánto cuesta un UAV?
10
1 x B2 15 x F22 150 x Predator
Presupuesto
de defensa
español
= = =

12. 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

13. Un poco de historia
12

14.  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

15.  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

16.  Aviones
radiocontrolados
de enorme tamaño
 Se usaron como
blancos móviles y
como bombas
volantes
1939-1945 – QB-17 y QB-24
15

17.  Entró en servicio en 1982 en la guerra del Líbano
 Adquirido posteriormente por el ejercito US
1982 – IAI Pioneer
16

18. RQ-4 A/B Global Hawk
HALE- High Altitude Long Endurance

19.  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

20. MALE- Medium Altitude Long Endurance
19

21.  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

22.  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

23.  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

24.  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

25.  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

26. 25
Mini-UAV

27.  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

28. 27
Micro-UAV

29.  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

30. 29
Otros desarrollos

31.  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

32. 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

33.  ¿ 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

34. 33
UAVs en Europa

35.  Demostrador de UAV
 Se probó en San Javier en Mayo del 2006
 7 m de envergadura y 3 t de MTOW
EADS - Barracuda
34

36.  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

37.  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

38.  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

39.  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

40. 39
Hacia dónde vamos
Avenger- Stealth UAV

41. El mercado de UAVs
40Fuente: Informe Teal Group- 2013 Market profile and forecast

42. 41
El mercado por clase de UAV

43.  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

44. 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)

45. 44

46. 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

47. 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)

48. 47
Nuestros clientes

49. Capacidades de ingeniería (1)
Caracterización teórica,
simulación mediante
CFD y ensayos en túnel
aerodinámico
Ingenieríaaerodinámica

50. Capacidades de ingeniería (1.1)
Ingenieríaaerodinámica

51. 50
Capacidades de ingeniería (2)
Ingenieríaestructural
Análisis, simulación y dimensionado
estructural con NASTRAN y PATRAN
Modelo 3D
completo en
CATIA V5

52. 51
Capacidades de ingeniería (3)
Ingenieríadelaproducción
Patronado de
pre-
impregnados,
curado en
autoclave y
control de la
calidad bajo
estándares
aeronáuticos

53. 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

54. 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)

55. 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

56. 55
Los primeros vuelos
Agosto, 2005

57. 56
Diamond Katana, 2005

58. 57
Diamond Katana, 2005

59. 58
Diamond Katana, 2006

60. 59
K1-II, 2008

61. 60
K1-II, 2009

62. 61
K2A, 2008

63. 62
K2A, 2009

64. 63
K1-II con miniSAR, 2010

65. 64
J1, 2010

66. 65
K2B6, 2011

67. 66
K2B6, 2011

68. 67
Familia K

69. 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

70. 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

71. 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

72. 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

73. 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

74. 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

75. 7474
Presentación
Ratio PL/MTOW
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
PL/MTOW

76. 7575
Estructura de la familia K1xx

77. 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

78. 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)

79. 78
EVISION: Desarrollo del sensor basado en visión por
computador

80. 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

81. 80
EVISION: Codificación de software
Seguimiento y trayectoria
Detección del objeto

82. EVISION: Ensayos en vuelo
81

83. 82
2012, K50 landing tests

84. 83
UNVEX,2012- K150 introduction

85. 84
Presentación
2013, K50 parachute deployment tests

86. 85
HOMESEC 2013

87. 86
Presentación
2013, K150 engine tests

88. 87
Presentación
2014, Visit of Chinese Delegation

89. 88
2014, K150 take-off tests

90. 89
Estación de tierra

91. 90
Presentación
2013, K150 brake tests at high speeds

92. Unmanned Solutions, S.L. – 91
C/ Milán, 34
28043 Madrid-SPAIN
www.usol.es
Muchas gracias por su atención

93. 92
¿ Preguntas ?