MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017358112
■00520260202103646
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798314874813
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32092622
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006112
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a629.1
■1001  ▼aMathur,  Akshay.
■24510▼aThe  QuadPlane  Small  Uncrewed  Aircraft  System
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a160  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Atkins,  Ella  M.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aEmerging  Advanced  Air  Mobility  (AAM)  aircraft  designs  offer  electric  Vertical  Take-Off  and  Landing  (eVTOL)  capability.  Lift+Cruise  configurations  combine  the  efficiency  of  wing  lift  or  "cruise"  mode  with  a  maneuverable  vertical  or  "lift"  mode  for  vertiport  departure  and  approach.  Small  Uncrewed  Aircraft  Systems  (sUAS)  can  also  benefit  from  the  maneuverability  and  endurance  of  Lift+Cruise  designs  for  missions  including  surveillance  and  package  delivery.  Numerous  AAM  designs  have  been  proposed,  but  industry  aeropropulsion  models  are  proprietary.  This  dissertation  provides  an  open  experimentally  validated  Lift+Cruise  sUAS  model  and  uses  this  model  in  defining  energy  efficient  trajectories  applicable  to  delivery,  surveillance,  and  inspection  applications. The  first  contribution  of  this  dissertation  is  the  QuadPlane  sUAS,  an  easily  manufactured  and  simple  Lift+Cruise  sUAS  combining  quadrotor  and  fixed-wing  aircraft  structural  elements  and  control  effectors.  QuadPlane  wind  tunnel  experiments  were  conducted  over  a  wide  range  of  angles  of  attack  and  airspeeds  in  each  of  three  QuadPlane  flight  modes.  QuadPlane  propulsion  modules  were  characterized  in  lab  and  wind  tunnel  tests.  Full-envelope  dynamic  models  are  presented  based  on  surface  fits  for  the  three  QuadPlane  flight  modes.The  second  contribution  is  the  development  of  multi-mode  accelerated  energy  optimal  traversal  profiles  between  hover  waypoint  pairs  with  no  wind  and  steady  wind.  A  multi-variable  optimization  problem  is  formally  defined  and  solved.  Energy  consumption  over  accelerated  and  cruise  flight  in  each  flight  mode  is  modeled  and  analyzed  to  prove  energy  optimality  of  the  proposed  direct  multi-mode  traversal  in  zero  wind.  In  steady  wind,  this  thesis  defines  constraints  under  which  direct  traversal  is  possible  given  wind  magnitude  and  direction  and  an  assumption  that  the  Lift+Cruise  aircraft  points  into  the  wind  at  each  hover  waypoint  to  maximize  stability.  The  QuadPlane  model  is  used  to  demonstrate  optimal  traversal  properties  across  trajectory  segments  of  varied  length  and  acceleration  limits  with  and  without  ambient  wind.The  third  contribution  is  definition  and  evaluation  of  an  energy  aware  path  planner  and  multi-mode  guidance  capability  for  Lift+Cruise  sUAS  with  emphasis  on  sUAS  coverage  missions.  Five  eVTOL  waypoint  types  are  defined  and  used  in  an  energy  aware  coverage  flight  planner  that  balances  coverage  and  energy  cost  metrics  in  solutions  that  meet  segment  length  and  aircraft  performance  constraints.  QuadPlane  nonlinear  simulation,  guidance,  and  control  solutions  are  developed  based  on  experimentally  derived  aerodynamics  and  propulsion  properties.  A  modified  carrot  guidance  methodology  with  variable  time  horizon  provides  flexibility  in  prioritizing  tracking  accuracy  or  control  robustness.  Conventional  aircraft  and  multicopter  controllers  are  defined  for  Plane  (cruise)  and  Quad  (hover)  modes,  while  a  novel  combination  of  both  supports  transition  and  sustained  Hybrid  mode  flight  offering  flexibility  in  pitch  angle  within  envelope  constraints.  QuadPlane  flight  simulations  confirm  accurate  trajectory  tracking  and  smooth  transitions  between  flight  modes.  Energy  aware  coverage  planner  case  studies  examine  coverage  and  energy  cost  metric  trade-offs  with  sensitivity  and  Pareto  analyses.This  dissertation  describes  a  novel  Lift+Cruise  sUAS  design  and  experimental  characterization.  Innovations  include  formal  definition  of  Lift+Cruise  traversals  between  hover  waypoints  and  definition  of  Lift+Cruise  trajectories  for  energy  aware  coverage  missions.  The  QuadPlane  is  one  of  the  first  open  Lift+Cruise  sUAS  models.  Energy  optimal  accelerated  trajectories  between  hover  waypoints  provide  a  framework  for  future  work  to  consider  wind  gusts,  altitude  change,  and  further  refinement  with  optimal  control.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aAerospace  engineering
■650  4▼aRobotics
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aVertical  Take-Off  and  Landing
■653    ▼aLift+Cruise
■653    ▼aAdvanced  Air  Mobility
■653    ▼aSmall  Uncrewed  Aircraft  Systems
■653    ▼aEnergy  efficient  flight  planning
■653    ▼aAerodynamic  characterization
■653    ▼aGuidance  and  control  simulation
■690    ▼a0771
■690    ▼a0538
■690    ▼a0548
■690    ▼a0791
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bRobotics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-11B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358112▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서