Master's Thesis

Strength analysis of the Irbis aircraft cabin

Final Thesis 7.56 MB Appendix 6.34 MB

Author of thesis: Ing. Matyáš Hlavnička

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Šplíchal, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the calculation and analysis of loads on the Irbis ultralight aircraft. In the introductory section, weight envelopes were determined for individual configurations of the aircraft, from which an overall weight envelope was then derived. Seven weight configurations were defined, based on which flight envelopes were compiled. Subsequently, based on these parameters, eight types of loads acting on the truss structure of the forward fuselage section were determined. Load distributions along the fuselage length and effects at the points of application to the structure were determined. From these cases, 20 critical ones were selected and applied to the initial analysis of the entire forward fuselage section. This analysis identified six cases causing the highest stresses and the critical structural nodes where they occur. Subsequently, a detailed analysis of the nodes was performed and evaluated. Based on the results of the analysis, modifications were proposed to reinforce the structure and improve manufacturability.

Keywords:

Ultralight, Loads, Weight envelope, Flight envelope, Truss structure, FEM

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 zameraná súčiniteľ cm0T. Študent odpovedal na prvú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka oponenta bola zameraná na vplyv vyvažovacieho zaťaženia a orientácie poryvu. Študent odpovedal na druhú otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Tretia otázka oponenta bola ako sa prejavuje centráž na zaťaženie SOP. Študent odpovedal na tretiu otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka oponenta bola kde vo vzťahu 100 sú zahrnuté odstredivé sily. Študent odpovedal na štvrtú otázku oponenta s pomocou ku spokojnosti komisie. Piata otázka oponenta bola preukážte ako bol získaný nvýr vo vzťahu 65 a 66. Študent odpovedal na piatu otázku oponenta. Šiesta otázka oponenta bola ako bol definovaný súčiniteľ epsilon. Študent odpovedal na šiestu otázku oponenta samostatne ku spokojnosti komisie. Prvá otázka komisie k práci bola zameraná na motiváciu práce a modifikácii zadania. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Druhá otázka komisie k práci bola zameraná na zaťaženie od padáku a na formuláciu kde študent uvádza, že zaťaženie od padákového záchranného systému je bodové zaťaženia a teda nie je nutné počítať priebeh na trupe. Študent odpovedal otázku k čiastočnej spokojosti komisie. Tretia otázka komisie k práci bola vysvetlite súradnicový systém na obrázku v prezentácii. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Štvrtá otázka komisie k práci bola na technológiu zvárania. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Piata otázka komisie k práci bola o umiestnení a počte uväzov záchranného balistického systému. Študent odpovedal na otázku samostatne ku spokojnosti komisie. Následne sa prešlo na všeobecnú rozpravu.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

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. Matyáše Hlavničky se zabývá pevnostní analýzou kabiny letounu Irbis se zaměřením na stanovení zatížení a posouzení konstrukce. Student splnil zadání, přičemž provedl rozsáhlý výpočet zatěžovacích stavů, jejich výběr a následnou aplikaci na výpočtový model. Oceňuji zejména systematičnost a šíři řešení problematiky zatížení, včetně práce s předpisem UL‑2. Následná MKP analýza umožnila identifikovat kritická místa konstrukce a navrhnout jejich úpravy. Práce vykazuje velmi dobrou technickou úroveň a schopnost samostatného řešení komplexního inženýrského problému. Slabší stránkou je místy nižší přehlednost daná velkým rozsahem výpočtů. Student pracoval aktivně a samostatně.
Práci doporučuji k obhajobě 
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
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 B

Grade proposed by supervisor: A

Cílem práce je stanovení zatížení trupu, výběr rozhodujících případů zatížení, a analýza trubkové konstrukce kabiny pro vybrané případy zatížení. Dále pak analýzy kritických prvků konstrukce a návrh konstrukčních změn vedoucí ke zvýšení pevnosti.

Vlastní práce je rozsáhlá, představující 108 stran vlastního textu s obrázky a tabulkami a přílohy. Práci považuji za dobrý odrazový můstek do světa leteckých výpočtů a domnívám se, že pro studenta byla velmi přínosná. Pozitivně hodnotím komplexnost řešení a rozsah. Za účelem hodnocení a poučení studenta vytýkám či komentuji následující nedostatky:

Str. 24 – nesymetrické zatížení VOP není pouze vlivem úplavu za vrtulí, přestože to předpis UL-2 zmiňuje.

Str. 23 – Při výpočtu se uvažuje stlačení pneumatiky 5 cm při dynamickém rázu. Domnívám se, že student chybně vychází z diagramu na Obr. 14 a předpokládá pouze statické zatížení oproti nárazové síle.

Str. 27 – výpočet síly v těžišti dle vztahu (24) a (25) není v souladu.

Kapitola 4.2 by si zasloužila sumarizační tabulku s přehledem všech případů a jim odpovídajících sil. To platí obecně, výpočet zatížení se velmi obtížně kontroluje! K tomu přispívá neúplnost tabulek, uzamčení buněk přílohy a vypouštění některých hmotnostních konfigurací či případů, čímž mohou některé kritické případy zaniknout.

Str. 30 – V rámci vyvažovacího zatížení VOP nerozumím poznámce o účincích poryvu na obálku zatížení. Případy VZ5 a VZ6 jsou zbytečné. Definice ramene VOP ke vztahu [41] je nedostatečná.

Kapitola 4.2 při výpočtu obratového zatížení nezmiňuje zahrnutí vyvažovacího zatížení před zahájením obratu, přestože to lze dohledat v příloženém souboru. Pro snadnější orientaci doporučuji v tabulkách vstupní zatížení do obratu vždy uvádět!

Str. 37 – Není zřejmé, jak se centráž projevuje na velikosti zatížení trupu při nesymetrickém případu. Podobně nelze aplikovat různou vstupní sílu na VOP ve vztazích (53) a (54).

Str. 38 – Autor nepochopil fci součinitele dynamického tlaku, když tvrdí, že“ je nutno vzít v úvahu efekt úplavu za křídlem“ a vzápětí jej položí rovný jedné.

Str. 44 – není zřejmé proč výrobcem definovaný kroutící moment na výstupní hřídeli motoru je násoben převodovým poměrem ve vztahu (69) pro potřeby výpočtu zatížení motorového lože. Dále autor nekomentuje uvažovanou účinnost 85%,

Kap 5 – bylo by vhodné si vydefinovat jednotlivé případy, jednoznačně je identifikovat a definovat jim odpovídající zatížení jednotlivých částí a setrvačná zatížení. To vše podložit obrázkem a následnými průběhy.

Str. 56- jednotka momentu setrvačnosti letounu je chybně. Poloměr setrvačnosti je nazván terminologicky chybně.

V kapitole 7.3 zahajující výpočet trupu chybí opět přehledová tabulka s jednotlivými případy a jim odpovídajícími zatíženími. Kap 7.3.1 výpočet smykového toku je chybná, protože autor nezahrnul do výpočtu vliv potahu. Vztah (119) na str 80 je chybný. Ve vztahu (125) chybí druhá mocnina tloušťky. Mimochodem, tato část výpočtu není součást zadání.

Str 89 – „bezpečnost vůči meznímu stavu ztráty stability“ vyjadřujeme také pomocí RF, protože pojem bezpečnost je subjektivní.

V rámci úvodní analýzy v kap. 8 se autor vůbec nevěnoval potahu. Mimochodem není zřejmý způsob spojení podélníky-potah a potah-prutovina.

Poslední kapitoly se věnují celkové i detailní analýze konstrukce prutoviny. Je škoda, že student nevyužil nelineární model chování prutoviny a tudíž dosažená napěti jsou velmi vysoká.

 

Závěrem konstatuji, že student zpracovával velmi rozsáhlý úkol, jehož se na dané úrovni zhostil přijatelným způsobem. Forma prezentace výpočtů bohužel nedává šanci faktické detailní kontroly. Pro příští činnost studenta je třeba si uvědomit roli čtenáře a precizovat i formu a vyjádření technické zprávy.

Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods C
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
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. Vysvětlete termín nosníková příhradová konstrukce uváděný na str 10.
  2. Jaká je hodnoty cm0T dle vztahu (43)?
  3. Při obhajobě prokažte, že max. poryvové zatížení nastane při VD a nízké hmotnosti, jak uvádíte v tabulce 23. Jaký je vliv vyvažovacího zatížení a orientace poryvu?
  4. Jak se projevuje centráž na zatížení SOP uváděném v tabulce 25?
  5. Kde jsou ve vztahu (100) zahrnuty odstředivé síly?
  6. Prokažte, jak jste získal hodnotu násobku zatížení nvýr = 5,5 z podkladu výrobce [16]? Recenzent dohledal pouze sílu max. dynamického rázu v kN. Objasněte rozpor vztahů (65) vs (66).
  7. Jak je definován kontrolní součinitel definovaný na str 100?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová