Master's Thesis

Design and experimental evaluation of AFC based demonstrator for ailerons replacement on UAV

Author of thesis: Bc. Petr Kocour

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Robert Popela, Ph.D.

Reviewer: Ing. Robert Grim

Abstract:

The thesis focuses on flight demonstration of an AFC system as a replacement of ailerons on a small scale fixed wing UAV. The work begins with research into available options in AFC systems and the means of powering them. The strength and weaknesses of the systems and their power sources are compared in order to select an appropriate combination for the UAV. This combination was then optimized to fit the use on the selected platform that was modified to act as the demonstrator. The optimization process first included testing EDF properties. These results allowed some parameters to be set as constants. The rest of the parameters were investigated by two means. Firstly, 2D and 3D CFD simulations were made. After that, wind tunnel testing took place to verify and correct the CFD results. With knowledge of all the parameters values, a new wing that incorporates the AFC system was designed and manufactured by means of 3D printing. An Arduino based control system was developed to allow the aircraft to be controlled by a standard receiver. At last, flight testing was conducted, which showed that the aircraft behaved well and was fully controllable, proving the potential of AFC based control systems.

Keywords:

Active flow control, demonstrator, flight testing, prototype

Date of defence

08.06.2026

Date of publish

07.06.2029

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Študent prezentoval výsledky svojej diplomovej práce komisii. Nasledovali otázky oponenta. Prvá otázka bola zameraná na možnosti odlahčenia systému. Študent odpovedal na prvú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka bola zameraná na energetickú náročnosť systému. Študent odpovedal na druhú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola kde je potenciál využitia lietadiel s prvkami AFC nahradzujúce ovládacie prvky. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola či má pôvodné lietadlo diferencované krídelka. Študent popísal, to že toto závisí na nastavení vysielačky. Tretia otázka komisie k práci bola na rýchlosť a odozvu riadenia. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka komisie k práci bola či bolo uvažovaná zmena geometrie štrbiny v pribehu používania, opotrebením. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Piata otázka komisie k práci bola ako bola stanovená účinnosť krídelka. Študent priznáva, že v práci toto je uvedené, len čiastočne ale ďalej popisuje vykonanú prácu v XFLR, ktorá slúžila na stanovenie týchto charakteristík. Ďalšia otázka komisie k práci bola aké bolo Reynoldsove číslo pre váš systém. Študent odpovedá približnou hodnotou. 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.

Vynikající práce s konkrétním a v provozu otestovaným výstupem. Student při zpracování práce prokázal značnou dávku invence a samostatnosti. Nad rámec běžných znalostí z kurzů na LÚ zvládl programování hardware na platformě Arduino pro regulaci systému řízení proudu. Práce azhrnuje a kombinuje experimentální vývoj, teoretické analýzy a simulace a jejich uplatnění na pokročilém demonstrátoru, což není standartní pro diplomovou práci. Student prokázal schopnost samostatného řešení inženýrského problému včetně volby náatrojů a metod a zároveň schopnost interpretovat výsledky. 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 A
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. Robert Grim

The student completed a thesis of a mostly experimental nature, the scope of which covers several engineering disciplines. In the course of his work, he gained a detailed understanding of Active Flow Control (AFC) systems and the principles of their application in the field of unmanned aerial vehicles. Based on the parameters of the target UAV demonstrator, he analyzed suitable concepts and selected a system, which he then developed further as part of his own design and experimental verification.

During the design phase, he effectively combined numerical CFD simulations with experimental wind tunnel measurements to correlate partial results and validate design parameters. In the context of system integration, the student further demonstrated expertise in electrical engineering and control systems. 3D printing technology was simultaneously utilized for the production of structural components, making the thesis significantly practical in scope.

During the course of the thesis, the student demonstrated the ability to independently solve a complex engineering problem using modern numerical, experimental, and design methods. Overall, the thesis is systematic, of high professional quality, and yields valuable practical outcomes with potential for further development.

The thesis meets all specified objectives, and I recommend it for defense with a grade of A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
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 A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Daný systém výrazně zvýšil hmotnost letounu, je prostor v odlehčení konstrukce při dané koncepci?
  2. Je možné definovat energetickou náročnost systému? Cílem je vysvětlit, zda bude při využití systému výrazně ovlivněna doba letu.

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