Využití rotorových hlav pro řízení VTOL letounu

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a realizací experimentálního demonstrátoru pro testování rotorových hlav s kolektivním řízením náklonu listů, určených pro VTOL (Vertical Take-Off and Landing) letouny. Hlavním cílem bylo ověřit možnost využití rotorových systémů z modelů vrtulníků pro řízení malých VTOL letounů. Byl sestrojen demonstrátor využívající kolektivní řízení rotorové hlavy pomocí servopohonů a regulace otáček elektromotoru. Výsledné měření tahu ukázalo omezení způsobená mechanickými vibracemi a elektromagnetickým rušením, která znemožnila přímé využití naměřených dat pro řízení tahu v reálném čase. Z tohoto důvodu byly veškeré návrhy řídicích algoritmů tahu validovány pouze simulacemi. V práci byly porovnány dva přístupy k řízení: paralelní řízení kombinující rychlou změnu náběhu listů a pomalejší řízení otáček motoru a klasické řízení založené na regulátoru otáček (governor). Závěrem práce jsou doporučení pro vylepšení měřicího systému a postup přechodu od simulací k experimentální validaci pro využití v reálných VTOL aplikacích.

This bachelor's thesis deals with the design and realization of an experimental demonstrator for testing helicopter rotor heads with collective pitch control, intended for small VTOL (Vertical Take-Off and Landing) aircraft. The primary aim was to verify the potential of helicopter rotor systems for the stabilization and control of small-scale VTOL aircraft. The demonstrator constructed uses servo-controlled collective pitch mechanisms combined with motor RPM regulation. Experimental thrust measurements highlighted limitations due to mechanical vibrations and electromagnetic interference, preventing real-time thrust control implementation. Consequently, the proposed control algorithms were validated exclusively through simulations. Two distinct control approaches were analyzed: a parallel control combining rapid pitch adjustments with slower motor RPM adjustments, and classical governor-based RPM control. The thesis concludes with recommendations for enhancing the measurement system and transitioning from simulation to experimental validation for practical VTOL applications.