Master's Thesis

Propeller Strength Design

Final Thesis 2.99 MB Appendix 304.47 kB

Author of thesis: Bc. Kurt Hartmann

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. František Löffelmann, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaroslav Bartoněk, Ph.D.

Abstract:

Designing a propeller model made of composite materials is a complex and computationally intensive process. Automating this process, even partially, would speed up and simplify the entire development process. This thesis aims to create a program in Python that, based on specified geometry, laminate definition, and force loading, will perform layer homogenization (CLT), determine cross-sectional properties, assemble a beam model along the blade, calculate loads and deformations, and assess the safety of individual layers. The program will enable interactive 3D visualization and export of results and will be designed to be used as a structural module in an optimization loop.

The results of the automatic calculation will also be verified by manual calculation and comparison with a real composite propeller from the company Mejzlík.

Keywords:

stuctural design, propeller, composite material, Python, structural analysis, optimalisation

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Študent prezentoval výsledky svojej diplomovej práce komisii. Nasledovala otázka oponenta. Otázka bola zameraná na ťahovú zložku zaťaženia listu spôsobenú odstredivou silou a následná indukcia krútiaceho momentu a jej implementácia do programu. Študent odpovedal na prvú otázku oponenta s nepresnosťami. Prvá otázka komisie k práci bola na podstatu vzniku programu a porovnanie s použitím štandardizovaného riešiča s automatizačními prvkami. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola zameraná na uvedenie jednotiek hodnôt na obrázku v prezentácii. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Tretia otázka komisie k práci bola zameraná na porovnanie časovej náročnosti výpočtu a prípravy MKP a študentového programu. Študent tento problém neriešil. Štvrtá otázka komisie k práci bola parametrizáciu geometrie listu vrtule. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Piata otázka komisie k práci bola ako je programom riešená geometrická nelinearita pri tvorbe siete. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola vysvetlite robustnosť programu. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Následne sa prešlo na všeobecnú rozpravu.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Aerospace Engineering

Study programme

Aerospace Technology (N-LKT-P)

Specialization

Aircraft Design (STL)

Composition of Committee

doc. Ing. Ivo Jebáček, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
Ing. Ladislav Chybík (člen)
Ing. Vít Zárybnický (člen)
Ing. Josef Bejdák (člen)
doc. Ing. Dušan Teichmann, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. František Löffelmann, Ph.D.

Diplomová práce vznikla za účelem algoritmizace pevnostní kontroly vrtule, návrhu jejího kompozitního vrstvení a aby položila základ pro pozdější multidisciplinární optimalizaci. Jádro práce tedy tvoří program, který představuje nosníkový model vrtulového listu. Ačkoliv základní teoretická úroveň je relativně jednoduchá, řešení se komplikuje s použitím dělení jednotlivých výpočetních zón na řezech tak, aby měl uživatel dostatečnou volnost v zadávání zatížení, geometrie a kompozitního vrstvení. Spolu s dopočítáváním napětí a poruch na jednotlivých vrstvách kompozitu vzniká již poměrně komplexní postup, jehož softwarová implementace a odladění si vyžádaly více času a pozornosti, než bylo na začátku očekáváno. Ačkoliv student problematiku průběžně konzultoval, přesto zůstalo neúměrně menší množství času na finální zpracování textové části, kde zůstaly některé terminologické nepřesnosti a spíše stylistické nedokonalosti. Celkově ale hodnotím práci kladně s ohledem na vlastní přínos při sestavování teoretického řešení, složitosti její implementace a úspěšnému ověření na modelových příkladech.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jaroslav Bartoněk, Ph.D.

Diplomová práce popisuje vývoj a stavbu programu pro pevnostní výpočet vrtule. Student navrhl tento program jako sadu vzájemně provázaných řešičů dílčích kroků výpočtu.

Diplomová práce v podstatě tvoří dokumentaci tohoto programu s vysvětlením pro uživatele. Je proto logicky členěna po jednotlivých krocích. Výhodou práce je, že kromě výpočtů ukazuje i teoretické znalosti z oblasti konstrukce vrtule, odezvy na různé typy zatížení, teorie kompozitních struktur, a také pravidla a zkušenosti s programováním. Je také dobré, že výklad je na mnoha místech doprovázen obrázky a schématy, která zvyšují názornost výkladu.

Výhrady je možné mít k několika aspektům práce. Na mnoha místech se nachází chybné odkazy na obrázky či kapitoly, což zbytečně snižuje kvalitu textu. Rovněž některé rovnice (5.2, 5.12, 5.22) jsou uvedeny chybně. Při dalším rozvoji programu, resp. jeho začlenění do optimalizačního software, jim musí být věnována pozornost. Určitou nevýhodu lze také spatřovat v tom, že zadání práce mluví pevnostním návrhu vrtule, zatímco práce samotná se týká pouze jednoho listu. Ověření funkčnosti programu, tj. porovnání s ručním výpočtem, by mohlo být podrobnější.

Přes tyto nedostatky je zřejmé, že student práci věnoval velké úsilí a dostal se k použitelným výsledkům. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Tahová složka zatížení listu vrtule, způsobená odstředivou silou, může sama o sobě indukovat krouticí moment. Představte krátce tento jev a uveďte, zda a případně jak je implementován do programu.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová