Master's Thesis

Unmanned ultralight tow plane for gliders

Final Thesis 3.94 MB Appendix 4.91 MB

Author of thesis: Ing. Adam Zemánek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Šplíchal, Ph.D.

Reviewer: Ing. František Vaněk, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the conceptual design of an unmanned aerial vehicle capable of towing gliders with a maximum takeoff weight (MTOW) of 850 kg. The requirements for the aircraft were established based on an analysis of the UL2 regulation, the characteristics of gliders, and the properties of aircraft used for towing. Taking these requirements into account, a low-wing aircraft with a fixed landing gear has been designed. During the iterative design process, different variants of the aircraft’s components and their design solutions were compared. The design is represented in this thesis by a system model containing the basic elements of aircraft structures, but it is not supported by a load analysis. The anticipated flight performance of the proposed aircraft meets the defined requirements, particularly for towing a club-class glider. For aerotowing with an open-class glider, their greater weight and dimensions result in lower climb rates compared to the requirements. Nevertheless, the legislative requirements are met with a sufficient margin for both classes of gliders.

Keywords:

Conceptual design, aerotow, tow plane, glider, unmanned, flight performance

Date of defence

08.06.2026

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 preložiť pojem Tail Volume, ktorý bol v práci použitý. Študent odpovedal na prvú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka oponenta bola ako sa nazýva konfigurácia chvostových plôch v práci nazvanej ako obratené T. Študent odpovedal na druhú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Tretia otázka oponenta bola zameraná na pomer vztlaku krídla, profilu a letúnu. Študent odpovedal na tretiu otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka oponenta bola zameraná na rámcový odhad ekonomického prínosu bezpilotného vlečného letúnu. Študent odpovedal na štvrtú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola ohľadom motivácie za témou práce. Študent vysvetluje dôvody za témou práce. Druhá otázka komisie k práci bola zameraná na zdôvodnenie použitia UL-2 pre bezpilotný prostriedok s hmotnosťou 300kg. Študent nebol schopný zdôvodniť. Tretia otázka komisie k práci bola či bola vykonaná nejaká optimalizácia pre optimálnu rýchlosť letu pri aerovleku. Študent odpovedal na otázku s pomocou ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka komisie k práci bola zameraná na uhol nastavenia VOP a neuvedenia zrázového uhlu v práci. Študent obhajuje riešenie a neuvedenie zrázového úhlu. Piata otázka komisie k práci bola na základe akých parametrov bola vybraná vrtuľa. 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. 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. Adama Zemánka se zabývá koncepčním návrhem ultralehkého bezpilotního vlečného letounu pro aerovlek bezmotorových kluzáků. Student postupoval systematicky od rešerše legislativních požadavků, analýzy parametrů kluzáků a vlečných letounů až po vlastní návrh letounu a jeho výpočtové ověření. Práce je zpracována přehledně, obsahuje odpovídající aerodynamické a výkonové výpočty, tabulky i grafické výstupy a zahrnuje diskusi dosažených výsledků. Návrh prokazuje schopnost splnit požadavky zejména pro kluzáky klubové třídy. Student pracoval samostatně, pravidelně konzultoval a prokázal 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 A
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. František Vaněk, Ph.D.

Posuzovaná diplomová práce má celkem 126 stran, z toho 29 stran příloh. Dále obsahuje 3D systémový model navrhovaného letounu.  Nejprve rozebírá požadavky příslušných předpisů a poté s využitím údajů používaných kluzáků a vlečných letounů definuje požadavky na bezpilotní vlečný letoun. Další kapitola se věnuje koncepčnímu návrhu, je zde geometrie křídla včetně profiláže, poloha křídla vůči trupu, geometrie a uspořání ocasních ploch a nastavení křídla a VOP.  Klíčovou kapitolou je pak následující odhad potřebného výkonu pohonné jednotky pro aerovlek v režimu horizontálního letu a stoupání. Poté je koncepční návrh finalizován návrhem trupu a podvozku. Kapitola 10 se zabývá systémy a vybavením letounu. Následuje hmotnostní rozbor a centráže letounu.  Pak je představen systémový model. V kapitole 12 je stanovena polára,vztlaková a momentová čára letounu a vypočten aerodynamický střed letounu.  Dále je určena letová obálka dle předpisu UL-2.  Celá práce je ukončena výpočtem letových výkonů jak samotného letounu, tak i aerovleku. 

Práce svým rozsahem a obsahem splňuje zadání. V cílech práce je sice uveden konstrukční návrh, ale nelze očekávat, že zde bude detailní konstruční návrh, když těžiště práce je v koncepčním návrhu a stanovení výkonů. Dále, systémy řízení navrhovaného bezpilotního letounu jsou zde uvedeny pouze obecně, ale to je také v souladu se zadáním. 

Z hlediska citací nejsou v práci uvedeny zdroje obrázků převzatých z literatury.  Z hlediska pravopisu je zde několik zvlášních formulací jako např. "kluzácký sport" apod. 

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 A
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 B
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Znáte správný český termín pro výraz "Tail Volume" ?
  2. Jak se nazývá uspořádání ocasních ploch, které v práce nazýváte jako "obrácené písmeno T" ?
  3. Opravdu obecně platí, že součinitel vztlaku profilu je menší než součinitel vztlaku křídla a ten je menší než součinitel vztlaku letounu, tak jak je uvedeno v tabulce 7 na straně 28? Pro který půdorysný tvar křídla bez aerodynamického a geometrického zkroucení by platilo, že součinitel vztlaku křídla je roven součiniteli vztlaku profilu?
  4. Dokáže rámcově odhadnout ekonomický přínos provozu bezpilotního vlečného letounu, pokud uvážíme pořizovací a provozní náklady zejména s ohledem na autonomní systém řízení v porovnání s konvenčním pilotovaným letounem?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová