Master's Thesis

Conceptual design of an unmanned vehicle with a hydrogen fuel cell, take-off weight 25 kg

Final Thesis 5.32 MB Appendix 12.38 MB

Author of thesis: Ing. Karolína Trubíniová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Šplíchal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Marek Horák, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis deals with the conceptual design of an unmanned aerial vehicle with a maximum takeoff weight of 25 kg powered by a hydrogen fuel cell. The research section provides an introduction to hydrogen propulsion for aviation applications and presents available technologies for hydrogen fuel cells and onboard hydrogen storage tanks. The practical section of the thesis focuses on the conceptual design of the unmanned aerial vehicle and its weight analysis. The thesis also includes a structural design and stress analysis of the selected assembly. The output of the thesis consists of an evaluation of the prospects for using a hydrogen fuel cell as a propulsion system for unmanned aerial vehicles and a system model.

Keywords:

Unmanned Aerial Vehicle (UAV), hydrogen fuel cell, conceptual design, weight analysis, stress analysis

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Študentka prezentovala výsledky svojej diplomovej práce komisii. Nasledovali otázky oponenta. Prvá otázka oponenta bola zameraná na vysvetlenie schémy a rozmerov na obrázku v práci. Študentka odpovedala na prvú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka oponenta sa zamerala na spôsob stanovenia hmotnosti jednotlivých časti draku. Študentka odpovedala na druhú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola motivácia za použitím vodíkového pohonu. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola zameraná na kritické zhodnotenie výhod a nevýhod vodíkového pohonu. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Tretia otázka komisie k práci bola zameraná na postup získania ohybového momentu. Študentka odpovedala na otázku z časti samostatne, z časti s pomocou. Štvrtá otázka komisie k práci bola zameraná na ekonomický pohľad návrhu. Študentka uviedla, že tento pohľad bol nebol predmetom jej práce a teda sa tomu nevenovala. Piata otázka komisie k práci bola vysvetlite pojem vysoká efektivita nádrže. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola zameraná na vysvetlenie obrázku v prezentácii. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola zameraná na výpočet elastickej osy. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola čím je spôsobený zásadny rozdiel pádových rýchlostí pre kladný a záporny násobok. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola zameraná na výpočet trupových nosníkov v súvislosti na ich netuhosť. Študentka odpovedala na otázku s pomocou ku spokojnosti komisie. Ďalšia otázka komisie k práci bola na základe akých parametrov bola vybraná vrtuľa. Študentka odpovedala na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Následne sa prešlo na všeobecnú rozpravu.

Language of thesis

Slovak

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. Jan Šplíchal, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Karolíny Trubíniové se zabývá koncepčním návrhem bezpilotního prostředku s vodíkovým palivovým článkem o maximální vzletové hmotnosti 25 kg. Studentka přistoupila k řešení systematicky, od široké rešerše problematiky vodíkového pohonu a jeho aplikace v letectví, přes návrh pohonného systému až po detailní koncepční návrh samotného prostředku včetně hmotnostního rozboru, aerodynamických výpočtů a pevnostní kontroly vybraného celku. Práce je zpracována přehledně, má logickou strukturu a obsahuje odpovídající výpočty i kritické zhodnocení výsledků. Studentka pracovala samostatně, konzultovala a prokázala velmi dobrou orientaci v řešené problematice. Zadání bylo splněno v plném rozsahu. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Marek Horák, Ph.D.

   Předložená diplomová práce je věnována koncepčnímu návrhu bezpilotního prostředku se vzletovou hmotností 25 kg na vodíkový pohon. Práce je rozčleněna na osm hlavních kapitol. Na začátku práce je uveden krátký úvod do řešené problematiky. Následující kapitola je věnována vodíku a možnostem jeho využití jako paliva. V další části autorka prezentuje vlastní návrh pohonného systému, včetně výběru jednotlivých komponent. Na tuto část navazuje koncepční návrh draku UAV se vzájemným porovnáním několika možných variant řešení. V následující části práce je proveden základní aerodynamický návrh křídla a ocasních ploch a konstrukční návrh podvozku a trupu včetně rozmístění jednotlivých komponent pohonného systému. Následuje kapitola zaměřená na hmotový rozbor UAV. Ten obsahuje podrobný rozbor hmot jednotlivých komponent pohonu, avšak hmotnosti a polohy těžišť dílčích částí draku jsou pouze prostě uvedeny v tabulkách 34 a 35, a to bez jakéhokoli vysvětlení, na základě jakých podkladů byly tyto hodnoty stanoveny právě takto. Další kapitola je zaměřena na konstrukční návrh křídla a obsahuje jak výpočet zatížení, tak také pevnostní analýzu navržené konstrukce. Zde by bylo vhodné doplnit schéma s orientací sil a momentů působících v konstrukci, a ve výpočtu příspěvku síly na VOP ke kroutícímu momentu křídla vypočítat všechny body obálky zatížení, tedy i ty se zápornými násobky zatížení. Součástí práce je také výpočet základních letových výkonů navrhované konstrukce uvedený v následující kapitole. Předposlední kapitola je věnována zhodnocení možností využití vodíkového pohonu v UAV. Práce je zakončena závěrem zhodnocujícím dosažené výsledky.

   Předložená diplomová práce svým rozsahem odpovídá požadavkům na tento typ závěrečných prací, je velmi kvalitně zpracovaná, přehledná a má velice dobrou grafickou a stylistickou úroveň. Rovněž práce s literaturou je na velice dobré úrovni. Cíle práce definované v zadání byly splněny v požadovaném rozsahu, a proto práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete schéma uvedené na obrázku 26 (str.51). Jaký je význam rozměru 500 mm, který není nikde v práci vysvětlen.
  2. Vysvětlete, jakým způsobem jste stanovila hmotnosti jednotlivých částí draku. Jedná se pouze o hrubý odhad, nebo jste vycházela z nějakých rozměrových parametrů či doporučení?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová