Master's Thesis

Design of modular structure of ISR type UAV

Author of thesis: Bc. Tomáš Brauner

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Robert Popela, Ph.D.

Reviewer: Ing. Štěpán Kaspar

Abstract:

This master's thesis, developed in cooperation with Rhythm Automotive Czech a.s., addresses the structural design and stress analysis of a modular fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV) airframe. The design is based on the existing VUT 700 SPECTO aircraft, whose aerodynamic surfaces were fully retained. The primary objective was to transform the airframe into a robust, modular system enabling rapid assembly in field conditions without specialized tooling. The modifications include alternative designs for the wing and tail boom mechanical interfaces, a detachable payload nose, and a catapult launch interface. Since the original wing was adopted without modifications, the structural analysis focused specifically on the newly designed fuselage and its critical load-bearing joints. Analytical evaluations demonstrated that the proposed fuselage complies with the structural airworthiness requirements of the NATO AEP-83 military standard, yielding positive reserve factors. The outcomes of this thesis provide a substantiated foundation for the detailed design phase and subsequent prototype manufacturing.

Keywords:

Unmanned aerial vehicle (UAV), ISR (intelligence, surveillance, reconnaissance), catapult launch, modularity, composite structure

Date of defence

08.06.2026

Date of publish

07.06.2031

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Študent prezentoval výsledky svojej diplomovej práce komisii. Nasledovala otázka oponenta. Otázka oponenta bola zameraná na spojovací mechanizmus vhodný pre finalnu implementáciu spojov pre hlavné konštrukčné celky. Študent odpovedal na otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola na multikriteriálne hodnotenie navrhnutých spojovacích mechanizmov. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola dôvod utajenia práce. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Tretia otázka komisie k práci bola akým spôsobom boli počítané priebehy zaťaženia a ako by mali tieto pribehy vyzerať. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka komisie k práci bola zameraná na vysvetlenie obrázku v prezentácii týkajúceho sa spojenia krídlo chvost. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Piata otázka komisie k práci bola o indikácii zaistenia na prinesenom modeli. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola o problemoch komerčne dostupných kontaineroch a o vhodnosti nadstavby na vozidlo Toyota Hilux. Študent odpovedal na otázku samostatne 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. 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. Robert Popela, Ph.D.

Student zpracoval diplomovou práci z oblasti dynamicky se vyvíjející konstrukce UAV prostředků s pevnými nosnými plochami. Úkolem byla modularizace konstrukce reálného stroje - VUT 700 Specto - pro snadnou montáž/demontáž a pro sériovou výrobu. Student prokázal velkou míru samostatnosti, k práci přistoupil systematicky a navržená řešení jsou přímo uplatnitelná v praxi. Na DP spolupracoval s průmyslovým partnerem, společností THK, kde jeho činnost je hodnocena také kladně.

Zpracováním diplomové práce prokázal student schopnost řešit komplexní  konstrukční problém samostatně a tvořivě. Práci hodnotím jako výbornou. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
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
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Štěpán Kaspar

V úvodní kapitole diplomant jasně definuje cíle práce a představuje letoun VUT 700 SPECTO, který slouží jako základ pro navazující návrh. Správně identifikuje i požadované charakteristiky letounu (jednoduchá manipulace, transportitelnost vozidly Toyota Hilux a modularita). Z těchto požadavků následně logicky vyvozuje odpovídající konstrukční omezení.

Následující část tvoří kvalitní rešerše. Diplomant nejprve analyzuje současné přístupy ke spojování leteckých celků (uzly křídlo-křídlo, křídlo-ocas, křídlo-trup a uchycení pro katapult) a mapuje komerčně dostupné mechanismy pro modulární systémy. Následně předkládá vlastní koncepční návrhy (1 až 3 varianty pro každý spoj). Ačkoliv diplomant v této části prokázal značnou míru inženýrské kreativity, návrhy postrádají hlubší kritické zhodnocení. Chybí zde aplikace objektivní hodnoticí metodiky (např. multikriteriální rozhodovací matice), ze které by jasně vyplynulo, která varianta je z hlediska pevnosti, hmotnosti či vyrobitelnosti nejvhodnější k finální implementaci. Diplomant dále zmiňuje testování na 3D tištěných prototypech, avšak absence jakékoliv experimentální evidence či fotodokumentace v textu snižuje hodnotu této práce.

Závěrečná kapitola je věnována strukturální analýze trupu letounu na základě zatížení definovaného příslušnými leteckými předpisy. Tato část je zpracována detailně a na vysoké úrovni. Autor zvolil adekvátní výpočetní metody a správně identifikoval kritické konstrukční uzly i způsoby namáhání. Dílčím nedostatkem je však chybějící celková syntéza výsledků – kapitola místy působí spíše jako prostý výčet dílčích výpočtů. Ocenil bych jasné závěrečné shrnutí identifikující nejkritičtější místo konstrukce včetně vyčíslení jeho minimální rezervy bezpečnosti.

Celkově hodnotím předloženou diplomovou práci velmi kladně. Výše zmíněné výtky mají převážně metodický charakter a nesnižují celkovou vysokou úroveň a technickou kvalitu provedených výpočtů a návrhů. Student zadání splnil v plném rozsahu. 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 B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Pro každý z hlavních řešených uzlů (spoj křídlo-křídlo, křídlo-ocas a křídlo-trup) vyberte z vašich navržených konceptů jeden spojovací mechanismus, který považujete za nejvhodnější pro finální implementaci, a svou volbu stručně zdůvodněte.

Grade proposed by reviewer: B

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