Návrh a realizace konvertoplánu

Abstract

Tato bakalářská práce představuje návrh a realizaci modelu konvertoplánu s naklápěcími rotory. Primárním cílem bylo postavit funkční model letounu schopného vertikálního vzletu a přistání (VTOL). K dosažení hlavního cíle jsem postavil lehký drak letadla s funkčními mechanismy naklápění rotorů a výškovky pro ovládání letadla. Letový kontrolér byl navržen a vytvořen z desky plošného spoje, mikrokontroléru a IMU modulu. V této práci jsem také odvodil matematický model tohoto typu letounu, který je po linearizaci použit k návrhu vnořených PI a PID regulátorů k dosažení stabilní dynamiky modelu. Regulátor byl testován během několika experimentů s částečným úspěchem, ale přechod do horizontálního letu nebyl dosažen. Pro simulaci dynamiky systému v horizontálním letu, jsem odvodil jednoduchý aerodynamický model pomocí CFD simulací. Na základě aerodynamického modelu, tato práce navrhuje řízení v uzavřené smyčce, které je ověřeno pouze simulačně.

This thesis presents the design and realization of a model of a tilt-rotor convertiplane. The primary objective was to construct a functional model of a VTOL-capable aircraft. To achieve the primary goal, I have constructed a lightweight airframe with functional rotor tilting and elevator mechanisms to control the aircraft. A flight controller was designed using a custom-designed PCB, microcontroller, and IMU modules. In this thesis, I also derive a mathematical model for this type of tilt-rotor aircraft. This model is linearised and used to design nested PI and PID controllers to achieve stable dynamics of the model. The controller was tested during several experiments with partial success. A simple aerodynamic model is derived to simulate the system dynamics in horizontal flight using CFD simulations. Based on the aerodynamic model, this thesis proposes closed-loop control, which is validated by simulations.