VANT INVAP Sirius A.

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4º Congreso Argentino de Ingeniería Aeronáutica – CAIA 2016.

Entre los días 23 y 25 de noviembre tuvo lugar en la ciudad de Córdoba el 4º Congreso Argentino de Ingeniería Aeronáutica organizado por el Instituto Universitario Aeronáutico. Durante las tres jornadas la actividad académica fue constante, realizándose en los claustros del centro de estudio un sinnúmero de ponencias y coloquios sobre la temática. En lo que respecta a los temas de defensa, fue la conferencia realizada por INVAP sobre el desarrollo del sistema Sirius como demostrador tecnológico de Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) la que generó mayor interés, no solo por el contenido de la misma sino también por algunos trascendidos que circulaban entorno al programa Sistema Aéreo Robótico Argentino (SARA).

La conferencia abrió con unas breves palabras del vicepresidente del directorio de INVAP, Lic Hugo Albani, el cual fue muy claro al mencionar que el programa SARA se encuentra en marcha y en una etapa de re-negociación con el nuevo gobierno, en una clara alusión a los rumores de cancelación que habían circulado extra-oficialmente  desde la cartera de defensa y que fueron publicados por algunos medios.

 Pese a que no se ahondó en mayores detalles con respecto a las actuales negociaciones contractuales entre la empresa rionegrina y el MinDef, si se mencionó que habría una reducción en el alcance del SARA, continuándose con el desarrollo de las plataformas y sus respectivas cargas útiles (sistema electro-óptico y radar)

 Otro detalle no menor abordado en la introducción de la ponencia fue que en octubre de 2015 se abonó un porcentaje del anticipo acordado en el contrato firmado entre el Ministerio de Defensa e INVAP el 10 de diciembre de 2014 (aprobado por el Jefe de Gabinete en marzo de 2015). Pese a ello, según lo manifestado y siguiendo su filosofía de trabajo, INVAP ya había dado por iniciada la etapa de planificación y desarrollo destinado al SARA. Entre algunas de las dificultades que encontrarían en las fases  iniciales se mencionó las restricciones a las compras del exterior, lo que se tradujo en algunas complicaciones durante el año 2013.

Habiendo realizado esta breve aclaración, nos centraremos en lo que fue la ponencia sobre el desarrollo del sistema Sirius como demostrador tecnológico VANT y su relación con el programa SARA. Con respecto a este último, es recomendable que refresquemos al lector que la concepción del mismo se inicia con el Acuerdo Marco del año 2010 firmado entre el Ministerio de Defensa e INVAP, para posteriormente evolucionar debido a los distintos requerimientos de las FFAAs. En el ya mencionado contrato de 2014 se acuerda la provisión de prototipos operativos del SARA Clase II,  Clase III y un paquete de tecnologías habilitantes para un Blanco Aéreo de Alta Velocidad. El monto del contrato ascendía por aquel entonces a $ 2095 millones de pesos.

El desarrollo del demostrador tecnológico Sirius es un derivado del programa SARA a los fines de crear un escalón previo al desarrollo de sistemas como el VANT Clase II y Clase III, constituyendo sus objetivos la creación de una cadena de proveedores, la disponibilidad de una plataforma para la prueba de subsistemas en desarrollo y lograr un ciclo de vida completo de desarrollo de un sistema no tripulado a los fines de obtener experiencia útil para sistemas mayores. Este último punto no es de menor importancia si consideramos que INVAP carecía de experiencia previa en el desarrollo de VANT o sistemas similares.

 La estructura del sistema Sirius está compuesta por la aeronave, estación terrena de control, comunicaciones, carga útil y sistema logístico. Con el Sirius A si hace hincapié en el desarrollo de tecnologías críticas tales como el piloto automático, comunicaciones y estación terrena.

Avanzando en los requerimientos, los mismos se dividen en tres:

Operacionales: Autonomía de 2 horas de vuelo; carga útil de 10 kilogramos; capacidad para operar en pista de pasto; versatilidad de espacio para carga.

Regulatorios: STANAG 4671 (Requerimientos de aeronavegabilidad para sistemas UAV de la OTAN)

Tecnológicos: Estructura de materiales compuestos; baja reflexión radar (no determinada); componentes nacionales.

La definición de la configuración de la célula estuvo delimitada por los requerimientos mencionados. El diseño adoptado para el fuselaje se hizo con la idea de una baja RCS, versátil para recibir cargas en las bahías delantera y trasera, y con tapas y puertas de fácil acceso. El ala es de perfil de alto CImax eppler 420, de configuración baja, optimizada para baja velocidad y con redundancia física de comandos. El empenaje es en configuración H, ofreciendo redundancia de comandos y compatible con la baja RCS pretendida.

 En cuanto al sistema de propulsión, se tuvo que recurrir al mercado extranjero ya que los diseños locales no ofrecían la potencia requerida. El modelo seleccionado fue el italiano Zanzottera 305Hs. Motor bicilíndrico de tipo boxer, de dos tiempos (combustible mezcla de aceite sintético y nafta 95 octanos) y doble inyección, el mismo posee una potencia de 25HP (a 7000rpm por minuto), acusando un consumo de 330gr/hp/hr. Cuenta con una hélice bipala 36×16.

 En lo que respecta a sistemas del avión, el tren de aterrizaje es fijo del tipo triciclo mientras que el tren principal es de tipo ballesta con frenos hidráulicos incorporados. El tren de nariz cuenta con un amortiguador hidráulico, sistema de dirección con dos servos y un único canal. Se tiene previsto que en un futuro el tren sea retráctil así como la incorporación de amortiguadores y llantas más robustas.

 El tanque de combustible, que se aloja en la sección central sobre el fuselaje, tiene capacidad para 16 litros. El sistema de combustible cuenta con regulador de presión, tres filtros, retorno, conectores rápidos y mangueras de PA10. En el Sirius B se tiene previsto incorporar tanques en las alas, para lo cual ya se han realizado pruebas de trasvase.

 Los comandos de vuelo cuentan dos cadenas funcionales de comandos independientes y redundantes en todos sus componentes. Este diseño permite que el VANT pueda ser controlado en caso de que una de estas dos cadenas funcionales falle, tal como ocurrió en un vuelo de prueba con un sistema de video que generó interferencia (pese a que en las pruebas en tierra no lo había realizado). Gracias a la redundancia mencionada se logró mantener el control de la aeronave y lograr su retorno.

 La aviónica es de diseño nacional y de arquitectura distribuida, empleándose sensores del tipo comercial (IMU -unidad de medición inercial-, GPS). Se tiene previsto el desarrollo de sub-sistemas de aviónica tal como el ADC (Air Data Computer) e incorporación de transponder.

Gráfico por Rober Digiorge.

Análisis y fabricación.

 Durante el proceso de análisis se llevaron a cabo distintas series de pruebas y simulaciones, tanto con la célula como con los sistemas de comunicación. Mediante FEM (Método de Análisis Finito) se evaluaron  tensiones y deformaciones estructurales, mientras que por CFD (Dinámica de Fluidos Computacionales) se calcularon la polar, características aerodinámicas, distribución de presiones e incluso flujo interno. Este último a los fines de obtener parámetros para la refrigeración de aviónica.

 Con simulaciones electromagnéticas se establecieron los patrones de radiación a los fines de corroborar las interferencias entre las diferentes antenas (laterales, inferior y superior) presentes a lo largo del fuselaje, así como del sistema de comando/control con estas últimas.

Gráfico: INVAP.

 Para la fabricación del Sirius A se contaron con 25 planos, partiendo de un mock-up digital sin detalles. Durante el proceso se aplicaron reglas del buen arte de fabricación de aeronaves experimentales: hand lay-up (moldeo por colocación manual) mas vacío. En el caso del Sirius B se consiguió un mayor perfeccionamiento mediante el  empleo de un mock-up digital con la mayor cantidad de detalles posibles, 580 planos y procesos más complejos tales como infusión. (NdA: Proceso que utiliza una bolsa de vacío sobre un molde abierto -macho o hembra-. La resina se introduce en el molde por la presión de vacío mojando las fibras y sándwich secos del interior.) El resultado del mencionado perfeccionamiento se pudo ver, por ejemplo, en la reducción de peso del empenaje, el cual pasó de 4 a 2 kilogramos. En el caso del conjunto alar, posterior a su fabricación se le realizó su respectiva verificación (prueba de carga).

 La célula del Sirius B cuenta con una piel inferior y superior. Sobre esta última van montadas 3 tapas de acceso (frontal, central y trasera). Su estructura interna está compuesta por una falsa cuaderna frontal y nueve cuadernas a lo largo de la célula. En la sección central se encuentran las cuadernas laterales para la sujeción del ala y tren de aterrizaje. En la sección trasera de la célula se localizan un piso de sujeción horizontal y un parallamas.

 En lo que respecta a aviónica y sistemas, el Sirius cuenta con una cámara FPV en la sección frontal de la nariz. El módulo de batería se acomoda entre la falsa y la primera cuaderna, mientras que las bandejas de aviónica se ubicaron entre las cuadernas 1 y 3 (seguido por el regulador de voltaje), y en la sección trasera, entre las cuadernas 7 y 8 (seguido por el ECU -unidad de control de motor-). En el caso del Sirius A expuesto durante el CAIA, el mismo  contaba con una pequeña torreta dotado con una cámara diurna Sony.

 El Sirius A también cuenta con su estación terrena de control (ETC). La versión actual corresponde a un modelo de evaluación tecnológica que sentará la base para el diseño de las futuras versiones. Los trabajos de desarrollo incluyeron análisis de ergonomía, fabricación de las consolas e integración de equipos de comunicaciones y software de guiado, navegación y control. La estación que se pudo ver en la presentación cuenta con dos pantallas (superior correspondiente a la telemetría y la inferior a la FPV) así como los respectivos mandos.

 Cabe mencionar que actualmente el control del Sirius A se realiza en tercera persona  mediante radio-control modelo DX18, estando previsto que uno de los próximos pasos sea el control de la aeronave desde la ETC.

Ensayos de vuelo y futuro.

Fotograma: INVAP.

En agosto de 2014 el Sirius A realizó su primer vuelo y en los siguiente años inició el programa de ensayos en vuelo. Los mismos se realizan desde la pista de pasto del aeródromo “La Mezquita”, perteneciente al Ejército Argentino. Teniendo que operar en coordinación con la Escuela de Aviación Militar, los vuelos del Sirius A se encuentran un tanto limitados, en parte por la por la legislación vigente con respecto a los VANT así como por su sistema de control (3era persona). Según lo reglamentado por la Administración Nacional de Aviación Civil (ANAC), los vuelos no pueden exceder los 400 pies (122 metros) sobre el nivel del terreno y deben ser realizados con visibilidad directa y continua. Sin duda una seria restricción para un sistema de este tipo.

 El programa de ensayo en vuelo del Sirius A se centró inicialmente en las verificaciones de sistema. En un total de 32 vuelos realizados se acumularon 7.5 horas de vuelo durante las cuales se evaluaron los sistemas de combustible, propulsivo y comando, calibración de sistema anemométrico, etc. En la siguiente etapa de performance y cualidades de vuelo (actualmente en curso) se incluye despegue y aterrizaje, ascenso, velocidad de crucero y pérdida, etc. Pese a los avances, y según lo manifestado por quienes presentaron la ponencia, la confiabilidad en el sistema aún es baja, situación que se espera resolver paulatinamente con el avance del programa en el año 2017. Para tales fines, los futuros pasos a seguir son:

  • ETC: Software de planificación de misión (actualmente se utiliza uno civil), posibilidad de utilización de EFIS y control de VANT desde la ETC.
  • Comunicación: VHF abordo. Se viene utilizando HF en tierra.
  • Carga útil: Cámara IR y multiespectral.
  • Aviónica: Piloto automático y posiblemente la instalación de transponder (este último presente en el avión de prueba)
  • Vuelo full autónomo.
  • Sirius B: Inicio de programa de ensayos en vuelo.

 

 Los distintos trabajos de integración realizados en el Sirius A sirvieron para nuevos diseños, mejoras en la performance de sistemas y subsistemas así como en el perfeccionamiento de integración y mantenibilidad. Según lo manifestado, pocas partes críticas no han sido fabricadas por INVAP.

 Por último pero no menos importante debemos mencionar que el Sirius A cuenta con la certificación de operaciones ante ANAC de acuerdo a la reglamentación vigente. Esto significa que se registró en el RNA (identificación VNT-172), siendo en el país el VANT de mayor porte hasta el momento. También se obtuvieron la aprobación de la tripulación remota (evaluación psicofísica, examen teórico de conocimientos aeronáuticos y examen práctico de habilidades) así como la aprobación de operaciones (análisis de riesgo, manuales de operaciones y procedimientos de vuelos).

 Por el presente agradezco a los organizadores del CAIA 2016 por el excelente trato recibido y, asimismo quiero reconocer la amabilidad de los distintos representantes de las empresas presentes, así como reconocer la calidad de los profesionales que realizaron las ponencias.

Imágenes: Autor.

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