Unmanned multirotor aircraft powered by EDF propulsion units

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68407700%3A21260%2F25%3A00388768" target="_blank" >RIV/68407700:21260/25:00388768 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Bezpilotní letadlo typu multikoptéra poháněné EDF pohonnými jednotkami

Original language description

Funkční vzorek bezpilotního letadla typu multikoptéra je charakteristický použitím uzavřených pohonných jednotek typu EDF. Tyto jednotky byly navrženy jako hybridní systém kombinující vrtulovou pohonnou jednotku s aerodynamickým krytem plnícím současně ochrannou funkci. Integrací krytu došlo ke zvýšení účinnosti upravené vrtule při zohlednění hmotnosti přidané konstrukce a současně ke zvýšení mechanické ochrany rotujících částí proti kontaktu s okolními překážkami. Pohonné jednotky byly vyvinuty specificky pro daný bezpilotní prostředek s cílem experimentálně ověřit možnosti aplikace ventilátorových jednotek na platformě UAS typu multikoptéra. Součástí vývoje byla rovněž úprava řídicího systému tak, aby adekvátně reagoval na změny aerodynamických charakteristik způsobené instalací krytu a odlišným charakterem proudění oproti otevřeným vrtulím.

Czech name

Bezpilotní letadlo typu multikoptéra poháněné EDF pohonnými jednotkami

Czech description

Funkční vzorek bezpilotního letadla typu multikoptéra je charakteristický použitím uzavřených pohonných jednotek typu EDF. Tyto jednotky byly navrženy jako hybridní systém kombinující vrtulovou pohonnou jednotku s aerodynamickým krytem plnícím současně ochrannou funkci. Integrací krytu došlo ke zvýšení účinnosti upravené vrtule při zohlednění hmotnosti přidané konstrukce a současně ke zvýšení mechanické ochrany rotujících částí proti kontaktu s okolními překážkami. Pohonné jednotky byly vyvinuty specificky pro daný bezpilotní prostředek s cílem experimentálně ověřit možnosti aplikace ventilátorových jednotek na platformě UAS typu multikoptéra. Součástí vývoje byla rovněž úprava řídicího systému tak, aby adekvátně reagoval na změny aerodynamických charakteristik způsobené instalací krytu a odlišným charakterem proudění oproti otevřeným vrtulím.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20304 - Aerospace engineering

Project

<a href="/en/project/TQ15000370" target="_blank" >TQ15000370: Technological solution of an unmanned aircraft with EDF propulsion units for parcel delivery using ML/AI in the final stage of shipment delivery.</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2025

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

FV-UAS-HEDF-MC-V1

Numerical identification

Příloha 1

Technical parameters

Výsledkem řešení je funkční vzorek bezpilotního letadla (UAS) koncepce multikoptéry, poháněného šesti elektrickými dmychadlovými jednotkami typu EDF (Electric Ducted Fan). Systém je navržen jako platforma pro experimentální ověření vlastností zakrytovaných pohonných jednotek v aplikaci VTOL a současně pro budoucí využití v oblasti doručovacích služeb. Maximální vzletová hmotnost (MTOW) činí 10.5 kg, přičemž užitečné zatížení dosahuje až 3 kg. Hmotnost samotné platformy včetně pohonných jednotek a elektronického vybavení je 5.5 kg. Součástí systému je rovněž integrovaný navijákový mechanismus o hmotnosti 0.5 kg, určený pro manipulaci s nákladem ve finální fázi mise. Pohon UAS je realizován šesticí EDF jednotek uspořádaných v konfiguraci multikoptéry, což umožňuje stabilní visení, manévrování ve všech třech osách a redundanci při poruše jednotlivých pohonných jednotek. Řízení letu zajišťuje autopilotní jednotka Pixhawk 6C, která umožňuje stabilizaci letu, autonomní režimy a současně přenos telemetrických dat na pozemní stanici v reálném čase. Napájení systému je zajištěno lithium-polymerovou baterií o jmenovitém napětí 22.2 V (6S) a kapacitě 16 000 mAh. Při maximální vzletové hmotnosti bylo experimentálně ověřeno, že systém je schopen setrvat ve visu po dobu až 31 minut. Tento údaj byl získán během reálného letového testu v režimu stabilního visení, a to i za zhoršených meteorologických podmínek (teplota přibližně 10 °C, nárazový vítr až 40 km/h), které měly negativní vliv na energetickou efektivitu systému. Ověření funkčnosti a výkonnostních parametrů probíhalo prostřednictvím reálných letových testů. V první fázi byla testována ovladatelnost a stabilita letu, kdy byly provedeny manévry ve všech osách. Bylo potvrzeno, že systém vykazuje stabilní a plynulé chování bez výrazných překmitů. V druhé fázi byly realizovány vytrvalostní testy v režimu visení, během nichž byla určena maximální doba letu a analyzována spotřeba energie. Součástí testování byl i sběr a analýza letových dat, zahrnující zejména polohu (GPS), rychlosti v jednotlivých osách, odezvu regulačních smyček a vibrační charakteristiky konstrukce. Bylo zjištěno, že při dynamických změnách režimu letu a zejména při působení nárazového větru dochází ke zvýšeným vibracím konstrukce, což indikuje potřebu optimalizace uchycení pohonných jednotek. Na základě experimentálních dat byla dále provedena numerická simulace chování systému při vyšším napájecím napětí (48,6 V), odpovídajícím běžným profesionálním UAS. Výsledky naznačují významný potenciál pro zvýšení maximální vzletové hmotnosti (až na cca 21 kg) i užitečného zatížení, při zachování letových vlastností. Výsledek je využíván pouze příjemce pro výzkum.

Economical parameters

Výsledkem projektu je funkční vzorek bezpilotního letadla (UAS) s EDF pohonnými jednotkami, který slouží jako technologický demonstrátor s potenciálem dalšího vývoje směrem ke komerčně využitelnému systému, zejména v oblasti autonomního doručování zásilek. Celkové náklady na výrobu funkčního vzorku včetně prototypování, vývoje a testování dosáhly přibližně 115 000 Kč. Tato hodnota odpovídá kusové výrobě a zahrnuje náklady spojené s návrhem a ověřováním konstrukce. V případě optimalizace konstrukce a přechodu na opakovatelnou výrobu lze očekávat snížení jednotkových nákladů díky omezení prototypových operací a efektivnějším výrobním procesům. Navržené řešení má potenciál snížit provozní náklady v logistice poslední míle díky automatizaci a omezení potřeby lidské obsluhy. Výsledek je určen primárně pro výzkumné účely a další vývoj.

Application category by cost

—

Owner IČO

68407700

Owner name

České vysoké učení technické v Praze

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Licence fee requirement

N - Poskytovatel licence na výsledek nepožaduje licenční poplatek

Web page

—