DISEÑO, CONSTRUCCION Y CONTROL PARA LA GESTION OPTIMA DE MISIONES EN AERONAVES NO TRIPULADAS (UAVS) DE RANGO EXTENDIDO BASADAS EN PILA DE HIDROGENO Y PROPULSION DISTRIBUIDA

2021

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

García-Nieto Rodríguez Sergio

En el presente proyecto se pretenden desarrollar nuevas metodologías para el diseño, construcción y control de aeronaves no tripuladas de ala fija equipadas con sistema de propulsión distribuido hibrido (baterías + pila de combustible), orientadas a la realización de misiones de larga duración (más de 10 horas). Las recientes innovaciones en la construcción, tanto de motores eléctricos como de baterías, han permitido que estos componentes sean más ligeros, pudiendo plantear esquemas propulsivos distribuidos flexibles y factibles. Pero el principal inconveniente es la baja densidad energética de las baterías, que presentan grandes volúmenes para conseguir la potencia requerida. Una forma de mitigar este problema consiste en trabajar con un sistema eléctrico alimentado por una pila de combustible, la cual presenta una alta densidad energética y cero emisiones contaminantes. Este tipo de sistemas híbridos de propulsión requieren de una gestión integral y dedicada, este tipo de esquemas están en contante evolución con el objetivo de mejorar su rendimiento y fiabilidad. Por ello, en el proyecto HYDRONE, se desarrollarán nuevas estrategias y algoritmos de control que tratarán de operar simultáneamente el sistema de propulsión distribuido basado en pila de combustible y el sistema de guiado para un cumplimiento óptimo de la misión. Esto se conseguirá mezclando, por un lado, criterios de minimización de combustible y, por otro, seguimiento óptimo de trayectorias, pasando por la utilización de modelos de predicción, entre otros aspectos. La investigación se realizará integrando algoritmos de optimización (multi-objetivo), con algoritmos de control avanzado (control predictivo basado en modelos), con el fin de conseguir una gestión óptima de la demanda energética en función de las características de la misión, sistema propulsivo, cargas de pago y condiciones de vuelo. La investigación propuesta requiere de un proceso muy completo, que va desde el diseño e implementación del sistema de propulsión distribuido, planificación de misiones, la optimización de trayectorias, el diseño de los sistemas de control de bajo nivel y la codificación de software embarcado, así como el desarrollo de nuevas estrategias de guiado. Se pretende adaptar algunas de las plataformas que se ha desarrollado previamente, para consolidar una plataforma de pruebas factible (tanto para realizar simulaciones en tiempo real como para realizar ensayos de vuelo real), que permita validar las nuevas propuestas que surjan a lo largo del desarrollo del proyecto. Finalmente, en el diseño del sistema HYDRONE, también se investigará sobre nuevas estrategias de aterrizaje y despegue automáticos y otras maniobras, en las que el sistema de propulsión distribuido, la gran demanda de energía y la gestión del sistema hibrido (baterías + pila de combustible) juegue un papel crucial para satisfacer el comportamiento global de la aeronave.