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Establecen comunicaciones en vuelo y sistemas de vigilancia gracias a la alimentación que suministran los BCM de alta tensión de Vicor

Dragonfly Pictures desarrolla una nueva clase de drones multirrotor

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Los drones de ala fija ofrecen la posibilidad de atravesar el espacio aéreo a alta velocidad pero no están capacitados para su uso en aplicaciones que exijan vuelo estacionario, algo especialmente importante en aplicaciones de vigilancia aérea persistente y comunicaciones.


Las primeras pruebas con globos cautivos y no tripulados desvelaron su principal dificultad, que era su relativa incapacidad de permanecer en vuelo estacionario con fuerte viento. Hacía falta un nuevo planteamiento y Dragonfly Pictures (DPI) desarrolló una nueva clase de dron: un dron cautivo que permanecía sobre el lugar sin desplazarse.


A diferencia de los drones multirrotor alimentados por baterías, que necesitan cambiar la batería cada 20 minutos, los drones cautivos se alimentan a través de un cable eléctrico conectado a una estación base. Esto les permite permanecer en el aire durante horas e incluso días. Los drones multirrotor cautivos de DPI están diseñados para rastrear y seguir plataformas nodriza móviles como barcos, embarcaciones, camiones y otros vehículos no tripulados tanto marinos como terrestres.


Aportan varias ventajas respecto a los drones de ala fija, como su capacidad de despegue y aterrizaje vertical, sin necesidad de pista, lanzadora o equipos de recogida. A diferencia de un globo, también ofrecen la posibilidad de posicionamiento persistente y estacionario, incluso cuando las condiciones meteorológicas son adversas o si la velocidad del viento cambia con rapidez.


Los drones cautivos de DPI han sido sometidos a numerosas pruebas bajo condiciones reales de funcionamiento y actualmente se encuentran en fase homologación por parte de la Armada de EE.UU. en entornos marinos/marítimos para aplicaciones de inteligencia, vigilancia, reconocimiento, comunicaciones y vídeo.


Cómo se superan las enormes dificultades del diseño


El dron cautivo UMAR (Unmanned Multirotor Aerial Relay) de grado militar e industrial de DPI resiste la lluvia, la nieve, el polvo y el calor, y está optimizado para entornos marinos con agua salada.


Los drones UMAR son especialmente ventajosos porque pueden funcionar durante más de 400 horas de forma continua a una altitud de hasta 500 pies (unos 150 m) gracias a su alimentación continua. Sin embargo, este diseño entraña importantes dificultades. La alimentación se debe suministrar desde el buque nodriza al dron multirrotor con una tensión muy alta y una baja corriente para permitir el uso del cable más fino y ligero posible, lo cual aumenta la movilidad del dron y la carga útil admitida.


Los drones UMAR, cuya potencia de funcionamiento es de 8 a 10kW, son extremadamente potentes y robustos para mantener su posición estacionaria de manera persistente bajo las condiciones adversas de las tormentas marinas. Esta dificultad a menudo se suma a las aguas y olas turbulentas que afectan a la posición del buque nodriza. Los drones requieren por tanto la capacidad y la agilidad necesarias con el fin de acelerar la velocidad de los rotores para inclinarse y desplazarse en ráfagas cortas o prolongadas, dependiendo de las condiciones, para mantener la altitud con un tiempo de respuesta instantáneo.


Dentro del dron multirrotor, la conversión de la alta tensión se debe llevar a cabo ocupando el mínimo espacio y con el mínimo peso. Los ocho rotores independientes que hay a bordo de los UMAR exigen una circuitería sofisticada e interconectada de la placa de circuito impreso de manera que todo ahorro de espacio en los componentes de potencia se pueda destinar a otros componentes de valor añadido.


“Los módulos de potencia de Vicor nos han permitido reducir el peso de todos los componentes del dron con el fin de aumentar la altitud y la velocidad, así como transportar la carga útil para la misión”, explica Joe Pawelczyk, vicepresidente de Operaciones de DPI. “Nadie más ofrece la densidad de potencia de Vicor, por lo que hemos alcanzado los máximos niveles de maniobrabilidad, prestaciones y control de vuelo gracias a sus componentes. Esto permite que los drones cautivos de DPI lleven más peso, vuelen más alto y sean más veloces”.


Cuando se utilizan como antena aérea de RF, los drones UMAR pueden ampliar la cobertura de la señal de radio de un barco desde 8 millas hasta 30 millas.


Arquitectura de alimentación optimizada para la densidad de potencia


Para cumplir estos requisitos de alimentación tan exigentes, DPI aprovecha los módulos de bajo perfil y alta tensión HV (High-Voltage) BCM VIA de Vicor en su UMAR con el fin de obtener una conversión de alta eficiencia (98%) con solo un 2% de pérdidas y calor entre 800V y 50V. El tamaño compacto y el montaje versátil de los HV BCM son especialmente valiosos para lograr un sistema con una densidad de potencia extremadamente elevada y de peso muy ligero.


Hay ocho módulos HV BCM4414 de Vicor dispuestos en paralelo para alimentar los ocho rotores independientes del UMAR de DPI, con la posibilidad de que los rotores compartan la potencia para aumentar la redundancia. La baja generación de EMI inherente, con pocos armónicos de alta frecuencia, junto con el filtrado de interferencias electromagnéticas (EMI) integrado en los HV BCM de Vicor, han ayudado a minimizar el ruido de EMI añadiendo menos tamaño y peso que los convertidores CC/CC convencionales. Si no se filtra, el ruido puede afectar a las comunicaciones de RF entre el dron y los buques nodriza y/o incumplir las normas sobre EMI.


Además de las pruebas realizadas actualmente por la Armada de EE.UU., la tecnología de DPI está siendo evaluada por diversos organismos públicos, contratistas y otras entidades, y ha demostrado ser muy prometedora para otras aplicaciones, como servicios de emergencia en catástrofes y supervisión de grandes zonas (actos públicos, seguridad en estadios, etc.).


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