Technologies for safe UAS operations under bad weather conditions
Loading...
Date
Authors
Balážová, Renáta
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Táto dizertačná práca sa zaoberá problematikou bezpečnej prevádzky bezpilotných lietadiel (UAV) v náročných poveternostných podmienkach, najmä s ohľadom na turbulencie v nízkych výškach nad terénom. Práca sa zameriava na využitie metódy výpočtu miery rozptylu vírov (EDR) na detekciu turbulencií a navrhuje novú metodiku výpočtu EDR pre multikoptéry. Súčasťou výskumu boli numerické simulácie v prostredí STAR-CCM+ a ENVI-met, ktoré umožnili identifikovať oblasti so zvýšeným výskytom turbulencií v okolí budov a prekážok. Na základe týchto simulácií boli odvodené empirické vzorce pre predikciu veľkosti nebezpečných zón pre prevádzku UAV. Praktická časť práce zahŕňala testovacie lety s využitím UAV DJI M100 vybaveného ultrazvukovým anemometrom Calypso. Namerané údaje boli použité na validáciu numerických simulácií a taktiež výpočet EDR pomocou prispôsobenej metódy štruktúrnych funkcií. Výsledky práce prispievajú k zlepšeniu bezpečnosti prevádzky UAV v náročných poveternostných podmienkach a ponúkajú nové možnosti pre ich využitie v rôznych oblastiach.
This dissertation addresses the issue of safe operation of unmanned aerial vehicles (UAVs) in challenging weather conditions, particularly with respect to low-altitude turbulence. The work focuses on utilizing the Eddy Dissipation Rate (EDR) calculation method for turbulence detection and proposes a new methodology for calculating EDR for multicopters. The research included numerical simulations in STAR-CCM+ and ENVI-met environments, which allowed for the identification of areas with increased turbulence occurrence near buildings and obstacles. Based on these simulations, empirical formulas were derived to predict the size of dangerous zones for UAV operation. The experimental part of the research involved test flights using a DJI M100 UAV equipped with a Calypso ultrasonic anemometer. The measured data were used to validate the numerical simulations and also to calculate EDR using an adapted structural functions method. The results of the work contribute to improving the safety of UAV operation in demanding weather conditions and offer new possibilities for their use in various areas.
This dissertation addresses the issue of safe operation of unmanned aerial vehicles (UAVs) in challenging weather conditions, particularly with respect to low-altitude turbulence. The work focuses on utilizing the Eddy Dissipation Rate (EDR) calculation method for turbulence detection and proposes a new methodology for calculating EDR for multicopters. The research included numerical simulations in STAR-CCM+ and ENVI-met environments, which allowed for the identification of areas with increased turbulence occurrence near buildings and obstacles. Based on these simulations, empirical formulas were derived to predict the size of dangerous zones for UAV operation. The experimental part of the research involved test flights using a DJI M100 UAV equipped with a Calypso ultrasonic anemometer. The measured data were used to validate the numerical simulations and also to calculate EDR using an adapted structural functions method. The results of the work contribute to improving the safety of UAV operation in demanding weather conditions and offer new possibilities for their use in various areas.
Description
Keywords
bezpilotné lietadlo, turbulencie, nízke nadmorské výšky, meteorologické predpovede, bezpečnosť leteckej prevádzky, Eddy Dissipation Rate (EDR), numerické simulácie, unmanned aerial vehicle, turbulence, low altitude, weather forecasting, aviation safety, Eddy Dissipation Rate (EDR), numerical simulations
Citation
BALÁŽOVÁ, R. Technologies for safe UAS operations under bad weather conditions [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (předseda)
doc. RNDr. Zdeněk Karpíšek, CSc. (člen)
doc. Ing. Slavomír Vosecký, CSc. (člen)
doc. Ing. Ivo Jebáček, Ph.D. (člen)
dr. Riccardo Rossi (člen)
plk. gšt. doc. Ing. Josef Bajer, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-11-19
Defence
Disertační práce je zaměřena na technologie pro bezpečný provoz UAS, za špatných povětrnostních podmínek. V práci jsou analyzovaná kritéria por hodnocení aerodynamických virových struktur, v návaznosti na expriment. Disertační práce přináší dílčí nové poznatky z výzkumu, který je v počátcích rozvoje a v budoucnu se očkává jeho rozvoj a uplatnění pro bezpečnost letového provozu malých bezpilotních prostředků. Vzhledem k počátkům výzkumu v tomto oboru a malém souboru dat jak z výpočtového modelování, tak z exprimentu, komise doporučuje závěry disertační práce upravit s ohledem na šířku provedeného výzkumu. Disertační práce je vypracována velmi poctivě, studentka prokázala schopnost vědecky pracovat. Dosažených výsledků bude možno využívat v dalším výzkumu, pro bezpečný provoz UAS za špatných povětrnostních podmínek, zejména v zástavbách s budovami.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení