Development and testing of vertical take-off and landing aerial vehicle with tandem electric ducted fan motor/Vertikaalselt startiva ja maanduva tandem-EDF mootoritega õhusõiduki arendamine ning katsetamine

• Published in: Proceedings of the Estonian Academy of Sciences Vol. 72; no. 2; p. 184
• Main Authors: Putsep, Kristjan, Nerep, Toivo, Tiismus, Hans, Rassolkin, Anton
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Estonian Academy Publishers 01.06.2023
• Subjects: Design and construction; Equipment and supplies; Fans; Testing; Vertically rising aircraft; Estonia
• ISSN: 1736-6046
• DOI: 10.3176/proc.2023.2.08

Due to the complexity of control mechanisms, vertical take-off and landing (VTOL) aerial vehicles have not found their way into widespread commercial use. Thanks to the availability of advanced technology, it is possible to develop simpler systems. Such systems could be used in transportation, the military, surveillance, etc. The research work is aimed at proposing an automatic stabilisation control algorithm solution for the VTOL hover flight phase. A critical analysis of the existing research work on a similar topic is provided. A flight platform and a suitable test bench for non-destructive tests were developed and presented in the current paper. The flight platform actuator system consists of two counter-rotating electric ducted fan (EDF) thrust motors and two servo systems that control pitch and roll movements. Moreover, the paper presents control algorithm development, structure, and experiments that confirm the proposed solutions. The results of the research work provide a solid foundation for developing the VTOL aerial vehicle, and the test bench prototype demonstrates a concept that can be further used on various flight platforms. Keywords: unmanned aerial vehicles, system testing, motors. Kristjan Pütsep, Tõivo Nerep, Hans Tiismus ja Anton Rassõlkin Juhtimismehhanismide keerukuse tõttu ei ole vertikaalselt startivad ja maanduvad (vertical take-off and landing, VTOL) õhusõidukid leidnud laialdast kasutust. Tänu tehnoloogia arengule ja kättesaadavusele on võimalik kasutada ka lihtsamaid süsteeme. Neid saaks rakendada transpordis, sõjanduses, järelevalves jm. Uurimistöö eesmärk on pakkuda välja automaatse stabiliseerimisjuhtimise algoritmi lahendus VTOL-i hõljumislennu faasi jaoks. Analüüsitakse olemasolevaid sarnase teemaga seotud uurimusi ning töötatakse välja ja esitletakse lennuplatvormi ning sobivat katsestendi mittepurustavateks testimisteks. Lennuplatvormi ajamite süsteem koosneb kahest vastassuunas pöörlevast elektrilise tiiviku (electrical ducted fan, EDF) tõukemootorist ja kahest servosüsteemist, mis kontrollivad piki-ja külgsuunalist stabiilsust. Artiklis kirjeldatakse juhtimisalgoritmi väljatöötamist, struktuuri ja katseid, mis kinnitavad väljapakutud lahendusi. Uurimistöö tulemused annavad kindla aluse VTOL-õhusõiduki arendamiseks ning katsestendi prototüüp demonstreerib kontseptsiooni, mida saab edaspidi kasutada erinevatel lennuplatvormidel.