Dragonfly Pictures (DPI) ha desarrollado una nueva clase de drones, drones flotantes atados. Este nuevo dron de despegue vertical es resistente a la intemperie y puede permanecer en el aire durante mucho tiempo. Los drones utilizan cables flexibles como enlaces físicos permanentes para proporcionar energía y comunicaciones, así como soporte mecánico.
A diferencia de los drones de múltiples rotores que funcionan con baterías, que requieren cambios de batería cada 20 minutos o una carga rápida, los drones atados reciben su energía a través de un cable eléctrico conectado a una estación base. Esto le permite permanecer operativo durante más de 400 horas en altitudes de hasta 500 pies sobre el nivel del mar gracias al flujo continuo de energía a través de la correa.
Los drones de retransmisión aerotransportada multirotor (UMAR) no tripulados de grado militar/industrial amarrados rastrean plataformas marítimas y terrestres como barcos, barcos, camiones y otros vehículos, además de su uso tradicional como estaciones base navales. Está diseñado para comunicación.
dron atado
El aumento de la demanda de comunicaciones remotas e inteligencia, vigilancia y reconocimiento (ISR) está alimentando el interés por los drones. Sin embargo, las generaciones anteriores de drones enfrentaron problemas y limitaciones técnicas, especialmente en el control de vuelo. Los drones de ala fija de rápido movimiento para aplicaciones logísticas no están equipados para vigilancia y comunicaciones en vuelo. Los drones sin ataduras tienen problemas de estabilidad en condiciones adversas, como fuertes vientos y fuertes lluvias. Para superar estas dificultades, Dragonfly ha desarrollado una nueva clase de drones, drones flotantes atados.
En comparación con los drones tradicionales, estos ofrecen capacidades de despegue y aterrizaje verticales. No se requiere equipo de pista, lanzamiento o recuperación. También funciona bien en clima tormentoso, lluvia, nieve, polvo y calor, y está optimizado para ambientes de agua salada. La correa elimina el riesgo de interferencia electrónica, lo que hace que el sistema sea autónomo del GPS y las frecuencias de radio.
Los drones atados de DPI actualmente están calificados para su uso por parte de la Marina de los EE. UU. en entornos marinos/marítimos para aplicaciones de ISR, comunicaciones y video.
Los drones suelen ofrecer altitudes operativas de hasta varios cientos de metros, pero el factor limitante es la capacidad del dron para soportar el peso de la correa. Las ataduras pueden estar hechas de aramida u otros materiales sintéticos livianos para brindar resistencia, cobre o cobre enchapado para la transmisión de energía y fibra óptica para datos y comunicaciones. El sistema puede ser terrestre o basado en vehículos.
Un dron atado que se cierne a cientos de pies sobre un barco supera los desafíos de los sistemas de comunicación del barco. El sistema de comunicación de la nave está limitado por la curvatura de la tierra y solo puede comunicarse dentro de la línea de visión con el horizonte. Un sistema aéreo no tripulado (UAS) atado puede proporcionar una comunicación continua sin línea de visión. La correa proporciona potencia y mando/control continuos al UAS, lo que amplía en gran medida la duración de la misión. Los sistemas UAS conectados reducen la carga de trabajo del operador y la planificación de la misión, y permiten que los buques anfitriones y los recursos externos se comuniquen durante más tiempo.
“UMAR puede albergar una variedad de sensores, como cámaras, radares y datos meteorológicos, y puede recopilar en altitud y durante largos períodos de tiempo”, dijo Joe Pawelczyk, vicepresidente de operaciones de DPI. “DPI ha probado el sistema UAS atado en una variedad de embarcaciones, desde una embarcación de la Guardia Costera de los EE. UU. de 45 pies, una embarcación de la Marina de los EE. UU. y una plataforma terrestre del Ejército de los EE. UU.”
Figura 1: Relé aéreo multirotor no tripulado (UMAR) (Fuente: Dragonfly)
problemas de poder
Los desafíos de diseño de las arquitecturas conectadas se dirigen principalmente al sistema de energía. Necesitamos alimentar el dron multirrotor desde la nave anfitriona con muy alto voltaje y baja corriente para que podamos usar recursos de hardware más delgados y livianos.
El peso, las dimensiones y las propiedades eléctricas de una correa afectan directamente el rendimiento de un dron atado. La red de suministro de energía influye directamente en el diseño de la correa. Para lograr una atadura más delgada y liviana, la nave anfitriona necesitaría alimentar el dron con un voltaje muy alto y una corriente baja.Esto mejora la maniobrabilidad, permite cargas útiles de aeronaves más pesadas y mejora las comunicaciones y la vigilancia.
Los niveles de potencia están en el orden de 8-10 kW. Bajo estas condiciones, el dron UMAR es extremadamente poderoso y robusto, capaz de mantener una posición estacionaria permanente incluso en condiciones turbulentas que afectan la posición de la embarcación anfitriona.
Dentro de un dron multirotor, la conversión de alto voltaje debe realizarse en el menor espacio posible y en un factor de forma que reduzca el espacio y el impacto térmico.
Para enfrentar estos agresivos desafíos de energía, DPI emplea módulos BCM VIA de bajo perfil Vicor de alto voltaje dentro de UMAR para una conversión de alta eficiencia (98 %).
Para alimentar ocho rotores de drones independientes, DPI utiliza ocho convertidores de CC/CC de relación fija BCM4414 de alto voltaje de Vicor. Estos módulos son inherentemente de baja EMI y casi libres de armónicos de alta frecuencia. El filtrado EMI integrado dentro de Vicor BCM ayuda a minimizar el ruido EMI al reducir el tamaño y el peso de los convertidores CC/CC tradicionales.
“Al usar el módulo de energía Vicor, pudimos reducir el peso de todos los componentes a bordo del dron, lo que le permitió ganar altitud y velocidad aerodinámica mientras aún transportaba la carga útil requerida para la misión”, dice Pawelczyk.
Figura 2: Ocho BCM Vicor HV alimentan ocho rotores UMAR DPI independientes. (Fuente: Vico)
UMAR podría ser una herramienta útil para comunicarse con embarcaciones de superficie no tripuladas durante operaciones comerciales y de defensa. UMAR también podría servir como respaldo de telecomunicaciones como método de backhaul para comunicaciones móviles en el mar. Sus aplicaciones potenciales incluyen estaciones base para comunicaciones en operaciones de energía renovable y petróleo y gas en alta mar. Para distancias más largas, se pueden usar múltiples drones en cadena.