Master's Thesis

Conceptual design of mobile launcher for fixed wing unmanned aerial vehicles

Author of thesis: Ing. Ladislav Révay

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jaroslav Bartoněk, Ph.D.

Reviewer: Ing. Robert Popela, Ph.D.

Abstract:

Fixed wing unmanned aerial vehicles with maximum takeoff weight in the 15 – 30 kg range see widespread use in many applications. It is often desirable or necessary to launch without the need for a runway. Portable break-down catapults provide a versatile launch platform for these types of aircraft. A break-down catapult is designed for the VUT 700 SPECTO unmanned aerial vehicle which is under development at the Institute of Aerospace Engineering. Performance specifications of the catapulted aircraft are identified and state-of-the-art catapult designs are analyzed. The final concept is designed with the help of numerical simulations of catapult performance. CAD models of catapult components are created based on analytical structural calculations and available materials.

Keywords:

Catapult, Unmanned aerial vehicle, Reverse engineering, Numerical simulation, Conceptual
design

Date of defence

12.06.2026

Date of publish

11.06.2029

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Študent prezentoval výsledky svojej diplomovej práce komisii. Nasledovala otázka oponenta. Otázka oponenta bola zameraná na rozvedenie výstupov simulácii a výpočtou výkonov katapultov s rôznymi pohonmi. Študent pripravil rozsiahlú súbornú tabuľku najdôležitejších charakteristík jednotlivých porovnavaných koncepcii, na zaklade ktorej odpovedá na otázku oponenta ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola ako bola zohľadnená rozdielna priorita kritérii a teda ich váh v rozhodovacej matrici. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola aký bol nominálny tlak. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Tretia otázka komisie k práci bola zameraná na energetické nároky systému a prenos tlaku z nádoby na pohybovú energiu letúnu. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka komisie k práci bola ako bola počítaná veľkosť zrýchlenia. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Piata otázka komisie k práci bola či boli zohľadnené tlakové straty a aký je priebeh tlaku v závislosti na polohe piestu pneumatického katapultu. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola aký model rozpínania plynu bol použitý. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola zameraná na očakávanú chybu výpočtového modelu. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola ako je riešený zvyškový tlak. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola ako bola stanovená výstupná rýchlosť letúnu v momente keď opúšťa katapult. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola či bol gumový tlmič na zastavenie vozíku katapultu počítaný a teda či došlo k overeniu jeho funkčnosti. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola ako by bola táto energia spočítaná a z toho vyplývajúce nároky na tlmič. Študent odpovedal na otázku s drobnou pomocou komisie ku spokojnosti komisie. Následne sa prešlo na všeobecnú rozpravu.

Language of thesis

English

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. Jaroslav Juračka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivo Jebáček, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D. (člen)
Ing. Robert Popela, Ph.D. (člen)
Ing. Rostislav Koštial, Ph.D. (člen)

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

Diplomová práce se zabývá tématem návrhu startovacího katapultu pro bezpilotní letoun o hmotnosti do 25 kg. Student se věnuje všem potřebným technickým aspektům - rešerši současného stavu, možným koncepcím, výpočtu potřebných výkonů a průběhu startu i konstrukčnímu a pevnostnímu návrhu.

Z uvedeného výčtu je zřejmé, že se jedná o práci multidisciplinární. Počátečním rešerším a hlavně analýzám je zde věnováno velké úsilí podpořené vlastním software, který řeší vcelku složitý výpočtový model. V rámci přípravy byly prováděny i praktické testy související s měřením statického tahu vrtule. Student prokazuje, že si osvojil mnoho znalostí z různých oborů. Zpracován je i kvantifikovaný výběr nejvhodnější koncepce katapultu. Nechybí ani praktická část inženýrské práce, tedy konstrukční návrh vozíku pro dron a jeho pevnostní výpočet.
Úroveň práce poněkud snižují některé chyby, jako např. nesprávné zápisy rovnic 28, 29, nebo odkazy na rovnice z textu. Na mnoha místech by bylo vhodné text práce doplnit schématy pro lepší pochopení matematických symbolů a jejich vztahů.

V dnešní době je téma práce velmi aktuální. Student po celou dobu psaní vyvíjel velké úsilí, prokazoval značnou samostatnost a pravidelně se účastnil hromadných konzultací. Práci doporučuji k obhajobě. 
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 A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Robert Popela, Ph.D.

Student Ladislav Révay zpracoval diplomovou práci týkající se velmi aktuálního tématu souvisejícího s dynamickým rozvojem v oblasti malých bezpilotních protředků s pevnými nosmými plochami - návrh katapultu pro start UAV.

Ke zpracování přistoupil verlmi systematicky a v první části prezentuje detailní rozbor vlastností zadaného prostředku pro nějž je katapult navrhován - stoje VUT 700 Specto. Pro jeho detailní charakterizaci provedl měření statického tahu na zemi. Následně ve druhé kapitole je shrnutí návrhových cílů a omezení včetně potenciálního transportu vozidly AČR.

Kapitola třetí pak předkládá analýzu současného stavu technily a detailně popisuje typické koncepce pohonů katapultů - elektrický, elastický, pneumatický a balsitický pohon. Je provedeno porovnání efektivity a výkonů jednotlivých konceptů na velmi detailní úrovni, zde je třeba ocenit schopnost diplomanta získat parametry komerčních katapultů v takovém rozsahu.

Ve čtvrté kapitole, která je klíčová pro předloženou práci, student provedl porovnání systémůz hediska splnění definovaných požadavků a eliminoval počet potenciálních řešení. Na toto navazuje v kapitole páté, kde je provedena výpočetní simulace dynamiky katapultu. Student sestavil správně pohybové rovnice , definoval doplňující nutné vstupy - součinitele tření, valivé odpory ložisek atd. V dalším textu pak jsou prezentovány popisy závislosti síly generované katapultem na čase pro jednotlivé vybrané koncepty - elastický a pneumatický a také elektrický katapult. Pro jednotlivé koncepty je provedena analýza výkonů a jsou vyvozeny závěry. Zde je třeba podotknout že by bylo vhodné srovnat na závěr kapitoly koncepty formou přímého porovnání, tj. chybí například tabulka která by shrnovala zásadní vlastnosti vyplývající ze simulací, např. rozměry, hmotnost a potřebný příkon. Pozitivní je naopak analýza vlivu chyby v odhadu generovaného součinitele vztlaku UAV protředkem během urychlování na rampě na výslednou délku potřebnou pro akceleraci nad pádovou rychlost v podkapitole 5.4.4.

V kapitole šesté student prezentuje konstrukční návrh. Z hlediska tělesa katapultu prezentuje návrh spojů a segmentů rampy pro pneumatický katapult s vnitřním válcem. Zde chybí zdůvodnění volby tohoto typu pro konctrukční návrh. Těžiště práce je však ve velmi detailním návrhu urychlosvacího vozíku. Tento je zpracován velmi pečlivě. Z hlediska logiky věci je univerzální pro různé typy koncepce pohonu katapultu. Je navrhovám pro zadaný UAV prostředek. Tímto je základní text práce ukončen a následuje stručné shrnutí celé práce.

Z hlediska globálního hodnocení je práce na velmi dobré technické úrovni. Práce splnila zadání v mezích časových možností studenta na velmi dobré úrovni. Ke zpracování bylo přistoupeno systematicky. Drobné překlepy jsou velmi vyjímečné a jazykově je práce na dobré úrovni.

Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Rozveďte výstupy kapitoly 5 shrnující výsledky simulací a výpočtů výkonů katapultůs různým pohonem a konkrétněji je porovnejte..

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

Publication of the final thesis has been postponed in compliance with the provisions of Section 47b (4) of Act No. 111/1998 Coll., on the Higher Education Institutions and on amendments and supplements to other acts, as amended.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová