Diseño, construcción y control para la gestión optima de misiones en aeronaves no tripuladas (uavs) de rango extendido basadas en pila de hidrogeno y propulsión distribuida

15 Ekaina 2024

El proyecto HYDRONE, que arrancó el pasado septiembre de 2021 y que está financiado por la Agencia Estatal de Investigación en su programa para jóvenes investigadores, busca la hibridación de pilas de hidrógeno con las actuales baterías LiPo, comúnmente utilizadas en la mayoría de drones comerciales que se emplean en aplicaciones civiles.

El equipo de HYDRONE (figura 1), formado por investigadores del Instituto de Automática e Informática Industrial (Instituto ai2) y del Instituto Universitario de Motores Térmicos (CMT), ambos pertenecientes a la Universitat Politècnica de València, trabaja en el diseño, construcción y control de un sistema propulsivo híbrido que permitirá ampliar de manera sustancial la autonomía de la próxima generación de drones.

Figura 1

“La gestión óptima de un sistema híbrido formado por baterías LiPo y pila de hidrógeno tiene como objetivo extender la autonomía de vuelo de los drones. Ahora mismo, estos vehículos tienen autonomías de vuelo cercanas a los 40-45 minutos, en situaciones óptimas. Nuestra propuesta es, dependiendo del depósito de hidrógeno que se emplee, ampliar esa autonomía más allá de las dos horas”, explica Sergio García-Nieto, investigador principal del proyecto.

En ese sentido, los investigadores están trabajando en el diseño de un sistema de control que incorpore parámetros como el clima, la trayectoria o la altitud de vuelo, de manera que el software gestione el conjunto LiPo + Hidrógeno conforme a los distintos escenarios y optimice al máximo el tiempo efectivo de vuelo.

Los resultados del proyecto podrían contribuir a la mejora de misiones de salvamento marítimo, control de costas, vigilancia en acuicultura o transporte. “En la actualidad, la autonomía es un elemento crítico en todas las aplicaciones de drones civiles. De ahí que llevemos ya más de una década trabajando en esta dirección desde nuestros laboratorios”, apunta García-Nieto.

HYDRONE, que durará tres años, también persigue el objetivo de diseñar un sistema de propulsión distribuida en los drones (figura 2). La finalidad es que los vehículos no cuenten con una única hélice, sino con diversos elementos propulsivos en el fuselaje, “motores más pequeños que permiten una fuerza de propulsión más equilibrada y eficiente desde el punto de vista de la energía consumida”, explica Luis Miguel García-Cuevas, el otro investigador principal del proyecto.

Foto 2

En principio, la tecnología está pensada para drones a partir de 7 kg y con formato avión, configuración con el que trabaja el equipo desde el año 2009. “Sin embargo, aunque utilicemos los drones para probar este concepto, la tecnología es totalmente escalable incluso a una aeronave tripulada convencional”, según García-Cuevas.

Investigadores/as Principales del proyecto
Sergio García-Nieto Rodríguez

Es profesor Titular del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Univesitat Politècnica de València y miembro del Instituto Universitario de Automática e Informática Industrial de la misma universidad. Su investigación está centrada desde 2009 en el desarrollo de algoritmos de control e inteligencia artificial para Vehículos Aéreos No Tripulados. Cuenta con más de 30 artículos de investigación en revistas de alto impacto y más de 50 contribuciones en congresos internacionales y nacionales. Asimismo, destacan sus estancias en centros internacionales de referencia como el Fluidmechanik und Prozessautomation Institut de la Universidad de Múnich o el Departamento Aeroespacial de la Universidad de Texas.

Luis Miguel García-Cuevas González

Es profesor contratado doctor del Departamento de Máquinas y Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València y miembro del Instituto Universitario CMT – Motores Térmicos. Realiza su investigación sobre sistemas propulsivos y vehículos desde el punto de vista experimental y computacional, incluyendo aerodinámica interna y externa en motores, turbomaquinaria y aeronaves no tripuladas. Es, además, uno de los autores de los códigos de simulación desarrollados por su instituto. Ha publicado 39 artículos de investigación en revistas de prestigio y ha participado en más de 20 congresos internacionales.