Metodología de validación de autonomía de batería para un uav táctico
DOI:
https://doi.org/10.18667/cienciaypoderaereo.791Palabras clave:
autonomía, autopiloto, batería, capacidad estatal, consumo de energía, log de vueloResumen
A partir del conocimiento obtenido durante el desarrollo del proyecto “Diseño de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) para operaciones de vigilancia”, desarrollado por la Corporación de la Industria Aeronáutica Colombiana, se elaboró el presente artículo investigativo. Se describe la comprobación de una metodología planteada con el fin de asegurar la correcta selección y posterior validación de una batería que cumpla los requerimientos de autonomía de un uav de 5 kg. Siguiendo lo estipulado por esta metodología, se realizó un análisis del consumo eléctrico teórico (ELA, por sus siglas en inglés) del UAV, en las diferentes fases de la misión, y se establecieron así los requisitos operacionales y energéticos del sistema, lo cual se convirtió en un reto de diseño debido a la necesidad de encontrar una relación eficiente entre el peso y el tiempo de vuelo del UAV. A partir de la información recolectada, se procedió a seleccionar la batería del UAV, validándola tanto en tierra como en vuelo a través de pruebas operacionales y de descarga, simulando el perfil de consumo, con lo que se obtuvo como resultado el cumplimiento de los requisitos de autonomía, con un tiempo de vuelo mayor a 60 minutos y un 20% de seguridad. Se garantiza que el uav realice su misión de forma segura y con el tiempo suficiente para realizar las maniobras de aterrizaje cuando se presente un consumo energético del 80%. Se demuestra que la metodología implementada garantizó la correcta selección y validación de la batería requerida por el UAV de 5 kg.
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Referencias
Abeywickrama, H. V., Jayawickrama, B. A., He, Y. y Dutkiewicz, E. (2018). Empirical Power Consumption Model for UAVs [ponencia]. IEEE 88th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall). Chicago, Estados Unidos. Agosto 27-30 de 2018. https://doi.org/10.1109/VTCFall.2018.8690666
American Society for Testing and Materials (ASTM). (2013). Standard Guide for Aircraft Electrical Load and Power Source Capacity Analysis. https://www.astm.org/f2490-05e01.html
ArduPilot. (2021a). UAV Log Viewer. https://plot.ardupilot.org/#/
ArduPilot. (2021b). Mission Planner Home. https://ardupilot.org/planner/
Costa, E. F., Souza, D. A., Pinto, V. P., Araújo, M. S., Peixoto, A. M. y Da Costa, E. P. (2019). Prediction of Lithium-Ion Battery Capacity in UAVs [ponencia]. 6th International Conference on Control, Decision and Information Technologies (Codit), 1865-1869. https://doi.org/10.1109/CoDIT.2019.8820714
Dündar, Ö., Bilici, M. y Ünler, T. (2020). Design and Performance Analyses of a Fixed Wing Battery VTOL UAV. Engineering Science and Technology, an International Journal, 23(5), 1182-1193. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.02.002
Fernández Delgado, T. (2021). Estudio para la implementación de sistemas de celdas de combustible en vehículos aéreos no tripulados (tesis de grado, Centro Universitario de la Defensa en la Escuela Naval Militar). Repositorio institucional CUDE. http://calderon.cud.uvigo.es/handle/123456789/421
Foxtech. (2022). Foxtech 6S 12500 mAh Li-ion Battery. https://www.foxtechfpv.com/foxtech-6s-12500mah-li-ion-battery.html
Iglesias, R., Lago, A., Nogueiras, A., Martínez-Peñalver, C., Marcos, J., Quintans, C., Moure, M. J. y Valdés, M. D. (2012). Modelado y simulación de una batería de ion-litio comercial multicelda. http://quintans.webs.uvigo.es/documentos/2012-SAAEI-0464-gf-000126.pdf
Larin, V., Solomentsev, O., Zaliskyi, M., Shcherban, A., Averianova, Y., Ostroúmov, I., Kuzmenko, N., Sushchenko, O. y Bezkorovainyi, Y. (2022). Prediction of the Final Discharge of the UAV Battery Based on Fuzzy Logic Estimation of In formation and Influencing Parameters [ponencia]. IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Cracovia, Ucrania. Octubre 3-7 de 2022. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916490
Lee, D., Zhou, J. y Lin, W. T. (2015). Autonomous Battery Swapping System for Quadcopter [ponencia]. International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). Denver, Estados Unidos. Junio 9-12 de 2015. https://doi.org/10.1109/ICUAS.2015.7152282
Marques, M. (2015). STANAG 4586 — Standard Interfaces of UAV Control System (UCS) for NATO UAV Interoperability. https://www.sto.nato.int/publications/STO%20Educational%20Notes/STO-EN-SCI-271/EN-SCI-271-03.pdf
Quintero, V., Che, O., Ching, E., Auciello, O. y De Obladía, E. (2021). Baterías de Ion Litio: características y aplicaciones. Revista de I+D Tecnologico, 17(1). http://portal.amelica.org/ameli/jatsRepo/339/3392002003/3392002003.pdf
Shengnan, L., Qiao, L., Ningyun, L. y Bin, J. (2014). Real-Time Estimation of Cruise Duration for Electric-Powered Micro-UAVs [ponencia]. The 26th Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Changsha, China. Mayo 31 - junio 2 de 2014. https://doi.org/10.1109/CCDC.2014.6853091
Tattu. (2022). Tattu Gens Battery. https://genstattu.com/search.php?search_query=battery
Thibbotuwawa, A. N. (2018). Energy Consumption in Unmanned Aerial Vehicles: A Review of Energy Consumption Models and Their Relation to the UAV Routing. Information Systems Architecture and Technology: Proceedings of 39th International Conference on Information Systems Architecture and Technology – ISAT 2018 (J. Świątek, L. Borzemski y Z. Wilimowska, eds.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-99996-8_16
Wei, K., Wu, J., Ma, W. y Li, H. (2019). State of Charge Prediction for UAVs Based on Support Vector Machine. The Journal of Engineering, (23). https://doi.org/10.1049/joe.2018.9201
Yan, H., Yang, S.-H., Chen, Y. y Fahmy, S. A. (2021). Optimum Battery Weight for Maximizing Available Energy in UAV-Enabled Wireless Communications. IEEE Wireless Communications Letters, 10(7), 1410-1413. https://doi.org/10.1109/LWC.2021.3069078
Zobaa, A. F. y Leuchter, J. (2016). Batteries Investigations of Small Unmanned Aircraft Vehicles [ponencia]. 8th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD). Glasgow, Reino Unido. Abril 19-21 de 2016. https://doi.org/10.1049/cp.2016.0306
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