Revista >> Iulie - August 2022 [Nr. 246] >> Cercetare & Invatamant superior

INCD Turbomotoare COMOTI își deschide aripile spre dezvoltarea de UAV-uri

Daniel Butnariu

25 Iulie 2022

• Confirmare internațională: medalie de bronz obținută la Geneva International Exhibition of Inventions 2022 pentru un nou concept de dronă

Vehiculele aeriene fără pilot uman la bord (Unmanned Aerial Vehicle - UAV) au devenit deja indispensabile în numeroase aplicaţii, datorită capabilităţii acestora de a putea fi pilotate de la distanţă sau programate să zboare în mod autonom. Într-o gamă vastă de domenii, de la aeronautică la medicină sau agricultură, UAV-urile sunt utilizate pentru diferite misiuni militare de recunoaştere şi supraveghere, pentru cartografiere, topografie, evaluarea condiţiilor meteorologice dintr-o anumită zonă sau pentru zona agricolă, iar, mai nou, în servicii medicale şi de transport. În prezent, piaţa globală a UAV-urilor însumează aproximativ 30 de miliarde de dolari, iar până în anul 2026 este de aşteptat ca această valoare să se dubleze. Pe fondul creşterii importanţei şi investiţiilor din industria UAV-urilor la nivel global, INCD Turbomotoare COMOTI este una din puţinele instituții din România care realizează activităţi de cercetare-dezvoltare în acest domeniu. Într-un timp scurt au apărut și rezultate promițătoare, medalia de bronz câștigată anul acesta la Salonul Internațional de Invenții de la Geneva, cu prototipul unui UAV de tip quadcopter hibrid, fiind cea mai importantă recunoaștere internațională și o confirmare a faptului ca Institutul se află pe drumul cel bun.

În cadrul unui contract subsidiar aferent unui contract de tip parteneriat pentru transfer de cunoştinţe, Contract de finanţare nr. 114/09.09.2016 „Dezvoltarea de soluţii inovative pentru produse şi tehnologii noi, cerute de piaţă, prin valorificarea expertizei în domeniul materialelor avansate şi transferului de cunoştinţe către mediul privat”, acronim TRANSCUMAT, INCD Turbomotoare COMOTI a dezvoltat un model experimental de quadcopter hibrid. Acest nou concept de UAV, gândit de tânărul doctorand ing. Tiberius-Florian Frigioescu (foto) și realizat împreună cu dr. ing. Mihaela Raluca Condruz, dr. ing. Alexandru Paraschiv și drd. ing. Teodor Badea, a făcut obiectul unei cereri de brevet de invenţie depusă la OSIM. Cu această invenţie, COMOTI a participat în cadrul unor saloane internaţionale de invenţii, unde a obţinut rapid numeroase premii. Exemple în acest sens sunt: medalia de bronz câștigată la 48th Geneva International Exhibition of Inventions 2022, în timp ce la Saloanele Internaţionale „Traian Vuia” 2021, PRO INVENT 2021, InventCOR 2021 şi EUROINVENT 2022 a obţinut medalia de aur, iar la INVENTICA 2021 medalia de argint.

Performanțele și avantajele prototipului
Conceptul inovativ de UAV studiat şi dezvoltat în cadrul Institutului are o structură tip quadcopter fabricată aditiv, căreia i-au fost adăugate patru aripi pe braţele de susţinere ale motoarelor în vederea dezvoltării unei forţe portante adiacente, reducând astfel solicitările la nivelul celor patru motoare ce menţin UAV-ul în aer. Pentru a atinge obiectivele conceptului, a fost dezvoltat un sistem de vectorizare a motoarelor, sistem necesar pentru a beneficia de avantajele oferite de aripi. Pe lângă acest sistem de vectorizare, a fost dezvoltată şi o metodă de zbor particularizată pentru acest concept utilizând sincronizarea vectorizării forţelor de propulsie cu unghiurile de incidență ale aripilor în funcţie de viteza de zbor.
De asemenea, performanţele conceptului sunt asigurate şi de masa redusă a acestuia, raportată la dimensiunile UAV-ului. Cererea dinamică din domeniul UAV-urilor accelerează dezvoltarea tehnicilor de fabricaţie inteligente, precum şi utilizarea de materiale avansate. Componentele UAV-ului sunt fabricate din materiale compozite polimerice ranforsate cu fibre, considerate materiale uşoare, iar o mare parte din acestea au fost realizate prin tehnologia de fabricaţie aditivă (printare 3D) care la ora actuală prezintă un mare interes pentru comunitatea ştiinţifică naţională şi internaţională datorită posibilităţii de a realiza rapid piese indiferent de complexitatea geometrică a acestora. Prin asociere cu producţia de UAV-uri, fabricaţia aditivă oferă o nouă viziune în mediul industrial privind realizarea unor astfel de produse, dar şi în direcția dezvoltării unor fabrici ale viitorului, unde UAV-uri autonome vor putea asigura fluxul de producţie de piese printate 3D pentru realizarea de noi vehicule. Această cercetare strategică, care s-a materializat prin dezvoltarea unui concept inovativ de UAV utilizând procese avansate de fabricaţie, poate permite dezvoltarea de noi tipare de afaceri ce pot creşte flexibilitatea producătorilor din domeniul UAV-urilor.
Conceptul inovativ dezvoltat de INCD Turbomotoare COMOTI are ca avantaje principale creşterea autonomiei de zbor şi a vitezei maxime de zbor în raport cu un quadcopter obişnuit, fără aripi şi sistem de vectorizare. Din simulările numerice a rezultat o creştere a vitezei maxime de înaintare cu 59%, o reducere a consumului de energie cu 36% şi o creştere a distanţei maxime de zbor cu 58% în comparaţie cu performanţele unui quadcopter obişnuit. De asemenea, un alt beneficiu al acestui concept este reprezentat de creşterea manevrabilităţii UAV-ului prin realizarea independentă a portanţei la nivelul celor 4 aripi, crescând astfel momentele de mişcare pe cale aerodinamică.

Beneficiari multipli
Având în vedere că acest concept a fost dezvoltat în cadrul unui contract de cercetare de tip transfer de cunoştinţe, principalul beneficiar este partenerul contractului subsidiar, SC AUTONOMOUS FLIGHT TECHNOLOGIES R&D SRL. Conceptul dezvoltat poate fi integrat pe aproape orice tip de quadcopter cu sarcina maximă de decolare mare, putând fi utilizate atât în aplicaţii civile, cât şi militare. În domeniul civil, conceptul poate fi implementat printre altele în domeniul agricol pentru tratamentul fitosanitar al pomilor fructiferi sau culturilor agricole, în industria petrolului, în transportul de colete, în transporturi pentru supravegherea traficului, iar în domeniul militar în diferite misiuni specifice.

Câştiguri strategice
În prezent, numeroase companii apelează la astfel de servicii de transport, supraveghere sau securitate utilizând UAV-uri fabricate în China. Prin realizarea acestui concept, INCD Turbomotoare COMOTI a demonstrat că există know-how în Institut pentru concepţia şi dezvoltarea unor UAV-uri competitive. Prin dezvoltarea acestui concept inovativ, COMOTI demonstrează capacitatea de a realiza diferite tipuri de aeronave fără pilot uman la bord, atât din punct de vedere al proiectării şi dezvoltării structurii, cât şi al programelor software pentru operare. COMOTI dispune de infrastructura necesară cercetării şi dezvoltării de noi UAV-uri, de soluţii constructive, metode de zbor şi programe adiacente necesare misiunilor specifice. În domeniul aeronavelor fără pilot la bord, eforturile depuse de cercetătorii de la INCD Turbomotoate COMOTI au ca scop general dezvoltarea pieţei româneşti a UAV-urilor prin implementarea de soluţii inovative definite de conceptele Industria 4.0 și Machine Learning.

Perspective
INCD Turbomotoare COMOTI a realizat primul pas în vederea activării pe piaţa UAV-urilor şi se conectează la politicile internaţionale şi accesarea programelor în domeniu. Conceptul inovativ de UAV se află în prezent în faza de testare şi validare. Conceptul dezvoltat de echipa din cadrul COMOTI ca rezultat al activităţii de cercetare – dezvoltare poate fi valorificat rapid şi poate fi asimilat în companiile de profil, acesta fiind deja utilizat ca punct de plecare pentru un nou proiect de cercetare-dezvoltare în colaborare cu SC AUTONOMOUS FLIGHT TECHNOLOGIES R&D SRL. Propunerea de proiect intitulată „Dezvoltarea unui concept inovativ de UAV hibrid cu aplicații în combaterea încălzirii globale”, acronim ENFORCING, a fost desemnată câştigătoare în cadrul competiţiei PN-III-P2-2.1-PTE-2021, urmând ca pe parcursul a 24 de luni să se realizeze un nou model experimental de UAV, cu aripă fixă hibrid, ce va utiliza metoda vectorizării aplicată pentru primul model de UAV. Scopul funcţional al aeronavei este de a survola zonele împădurite în vederea monitorizării autonome a semnalului acustic emis de dispozitive de tăiere (ex. motoferăstrau) şi obţinerea de detalii vizuale asupra zonelor unde sunt tăiaţi arbori, urmărindu-se verificarea legalităţii acestor acţiuni.
În prezent, cercetătorii de la INCD Turbomotoare COMOTI lucrează pe plan intern la dezvoltarea propriului pilot automat, la conceperea mai multor proiecte pilot ce au drept scop dezvoltarea unor UAV-uri, precum şi la identificarea de noi surse de finanţare din domeniul aeronavelor fără pilot la bord. Pentru atingerea potenţialului maxim al UAV-urilor autohtone este necesară însă și de încurajarea cercetării şi inovării în domeniu, prin dezvoltarea unor programe sustenabile în întreprinderi şi instituţii de profil.