Master's Thesis

Fixed-wing UAV flight performance analysis and measurement

Author of thesis: Ing. Martin Janiš

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc.

Abstract:

This Master’s thesis deals with the development of a measurement methodology, execution, and evaluation of flight testing for the VUT 700 SPECTO unmanned aerial vehicle. The main objective of this thesis is an experimental verification of analytically determined flight performance parameters, such as climb rate, glide ratio, stall speeds, and thrust characteristics. Due to the non-standard behaviour of the onboard stabilization system, the flight test methodology was operatively adjusted for a fully manual flight control mode, and a redundant telemetry system was successfully utilized for primary data acquisition. The processing, filtering, and synchronization of telemetry data were performed using custom algorithms developed in Python. The results include a determination of the actual aerodynamic polar and glide ratio for two weight configurations. A significant finding of the thesis is an achievement of a higher maximum lift coefficient compared to the initial theoretical assumption. The thesis also includes ground static thrust measurements of the aircraft assembly and the isolated engine. Consequently, the main outcome of the thesis, in addition to the evaluated measurement data, is an optimized mathematical flight performance model.

Keywords:

flight testing, flight performance, measurement UAS, measurement methodology, static thrust, fixed-wing UAV

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. Nasledovali otázky oponenta. Prvá otázka oponenta bola zameraná na optimalizáciu aerodynamickej poláry a kritérii optimalizácie. Študent odpovedal na prvú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka oponenta bola zameraná na podrobnejší popis stanovenia násobku zaťaženia pre propulzné obmedzenie zatáčky. Študent odpovedal na druhú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola zameraná na vysvetlenie schémy uvedenej v prezentácii. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola zameraná na zohľadnenie korekcii na realné podienky atmosféry. Študent odpovedal na otázku samostatne k čiastočnej spokojnosti komisie. Tretia otázka komisie k práci bola ako sa prejavoval nižšia spoľahlivosť pohonnej jednotky. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka komisie k práci bola či existuje dostupnosť náhradných dieľov už nevyrábanej pohonnej jednotky. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Piata otázka komisie k práci bola ako si vysvetlujete rozptyl vyhodnotených súčiniteľov vztlaku a odporu. 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. 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
doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D.

Prakticky zaměřená diplomová práce s názvem „Analýza a měření letových výkonů bezpilotního prostředku s pevnými nosnými plochami“ se zabývá měřením letových výkonů experimentálního letounu VUT 700 Specto.

Práce měla tři hlavní cíle: (1) přípravu metodiky měření letových výkonů, (2) realizaci letových měření a (3) vyhodnocení naměřených dat a jejich porovnání s analytickými výpočty. Všechny stanovené cíle byly úspěšně splněny.

Práce obsahuje několik drobných nepřesností ve formulaci textu. Z věcného hlediska mám pouze jednu připomínku. Vyhodnocení spotřeby paliva by bylo vhodnější vyjádřit formou hodinové spotřeby, ideálně v kilogramech paliva za hodinu, případně v litrech paliva za hodinu. Vztahování spotřeby ke statickému tahu vrtule nepovažuji za vhodné. Při vyjádření spotřeby v hodinových jednotkách by navíc bylo možné lépe potvrdit či vyvrátit výsledky analytických výpočtů doletu a vytrvalosti letounu.

Při zpracování práce postupoval student velmi samostatně a prokázal schopnost efektivně organizovat spolupráci dalších osob v situacích, kdy to řešení práce vyžadovalo. Z pozice vedoucího práce oceňuji zejména jeho schopnost vypořádat se s řadou nepříznivých okolností, mezi které patřily mimo jiné mimořádně dlouhé dodací lhůty některých snímačů, nízká spolehlivost části měřicí techniky a systému záznamu dat či nepříznivé meteorologické podmínky během plánování a realizace letových zkoušek.

Předloženou diplomovou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji její hodnocení klasifikačním stupněm výborně / 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 dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
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
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc.

Předložená diplomová práce Bc. Martina Janiše na téma "Analýza a měření letových výkonů bezpilotního prostředku s pevnými nosnými plochami" je napsána v češtině, obsahuje 156 stran, včetně příloh. K diplomové práci jsou přiloženy 3 obsáhlé soubory výpočtových programů v jazyce Python. 

Cílem diplomové práce je příprava metodiky měření, experimentální ověřování analyticky stanovených klasických letových výkonů a jejich následné vyhodnocování. K tomuto účel posloužil bezpilotní létající prostředek VUT 700 SPECTO.

Diplomová práce je tématicky rozložena do tří relativně samostatných celků, detailnějí rozpracovaných v sedmi kapitolách. Po stručném úvodu o letových měření v letectví, kde je zdůrazněna specifika letových měření bezpilotních létajících prostředků, následuje relativně obsáhlá pasáž zabývající se analytickými výpočty nejdůležitějších klasických letových výkonů. Zde mohl být zahrnut i takový důležitý parametr, jako je rychlostní polára, která má větší vypovídací hodnotu než jen klouzavost. V této části diplomové práce se objevují některé nejasnosti. Je uvedena polára profilu bez návaznosti na další řešení aerodynamických charakterisrik. Vztah pro výpočet průběhu tlaku s výškou není správný. Na straně 42 uvádí vztah pro střední rychlost "v s pruhem". Z jakého rozsahu rychlostí je to střední hodnota?. To není střední rychlost, ale bezrozměrná rychlost vztažená na rychlost při nejmenším odporu VmD. Uvádíte, že jste ji odečetl z diagramu 2.8. Tato hodnota se pro analytickou poláru letounu dá určit početně.  

V následující části diplomové práce je pojednáno o řídicím a měřicím systému a způsobu vyhodnocování vybraných letových i pozemních měření. Na str. 94 je uveden vztah pro vyhodnocovanou skutečnou rychlost TAS nekorektně. V závěrečné části diplomant porovnává analytické výpočty a letová měření. Zatímco aerodynamické charakteristiky vykazují akceptovatelnou shodu, tahové a výkonové charakteristiky vykazují větší odchylky. Poněkud pojmově matoucí je například srovnávání potřebného a využitelného výkonu na obr. 8.4. Co je na obrázku 8.4 potřebný, a co je využitélný výkon.

Je nezbytné uvést, že práce je velmi obtížně kontrolovatelná, stěžejní výpočty a vyhodnocování letových měření jsou skryta v programových skriptech jazyka Python. Na druhou stranu oceňuji, že diplomant programátorsky zpracoval ohromné množství práce na skriptech pro výpočty a zejména vyhodnocování. 

Konstatuji, že práce v zásadě spňuje zadané cíle a student prokázal prakticky uplatňovat studiem získané znalosti, doporučuji předložit diplomovou práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jak byla optimalizována aerodynamická polára, uvedená na obr. 9.1. Jaká byla optimalizační kritéria?
  2. Můžete podrobněji popsat, jak byl stanoven násobek zatížení potřebný pro výpočet limitující závislosti příčného sklonu na rychlosti letu při propulzním omezení zatáčky?

Grade proposed by reviewer: C

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