New Achievements in Unmanned Systems

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. A Short Review on New Development Achievements and Market Opportunities in Unmanned Systems

   Selcuk Ekici, Alper Dalkiran, T. Hikmet Karakoc

   Das Kapitel beginnt mit der Definition unbemannter Systeme und ihrer breiten Anwendung, von militärischen Operationen bis hin zur Erforschung des Weltraums. Es geht auf die Entwicklungsleistungen bei unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs), unbemannten Bodenfahrzeugen (UGVs) und unbemannten Seefahrzeugen (UMVs) ein und beleuchtet die technologischen Fortschritte, die ihre Fähigkeiten verbessern. Die Marktchancen werden diskutiert, darunter die wachsende Nachfrage nach unbemannten Flugzeugen im militärischen und zivilen Sektor sowie das Potenzial der urbanen Luftmobilität (UAM), den städtischen Verkehr zu revolutionieren. Das Kapitel schließt mit der Identifizierung wichtiger Forschungsbereiche und Markttrends, die die Zukunft unbemannter Systeme prägen.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

3. Inference of Civil Infrastructure Vibrations Using Unmanned Aerial Vehicles

   Abeer Jazzar, Utku Kale

   Dieses Kapitel befasst sich mit dem innovativen Einsatz unbemannter Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles, UAVs) zur Vibrationsüberwachung ziviler Infrastruktur und geht auf die Grenzen traditioneller Methoden zur strukturellen Gesundheitsüberwachung ein. Durch den Einsatz von Drohnen wollen die Forscher die hohen Kosten und Zugangsprobleme überwinden, die mit sensorbasierten Systemen verbunden sind. Die Studie umfasst eine Reihe von Tests mit Smartphones und Drohnen, um Schwingungsdaten von einer Stahlkonstruktionsbrücke zu sammeln. Die mit Finite-Elemente-Modellen und der MATLAB-Software durchgeführte Datenanalyse zeigt mögliche modale Häufigkeiten der Struktur auf. Das Kapitel stellt auch ein konzeptionelles Rahmenwerk für ein automatisiertes SHM-System vor, das Drohnen verwendet, und hebt das Potenzial für die Schaffung einer größeren Datenbank für Hochrisikostrukturen hervor. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Drohnen eine präzise, kostengünstige und praktikable Methode zur sensorgestützten strukturellen Gesundheitsüberwachung bieten können, die den Weg für zukünftige Smart-City-Anwendungen ebnet.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

4. Electrical System Design for Very Light Aircraft

   Merve Aluc, Guven Komurgoz

   Das Kapitel befasst sich mit der komplizierten Konstruktion elektrischer Systeme für sehr leichte Flugzeuge und betont die Bedeutung der Erfüllung des Strombedarfs und der Gewährleistung der Betriebssicherheit. Es beginnt mit einer Einführung in die Klassifizierung von Flugzeugen nach Gewicht und Einsatzzweck, wobei der Schwerpunkt auf sehr leichten Flugzeugen (VLAs) liegt. Der Designprozess umfasst die Auswahl geeigneter elektrischer Ausrüstung, einschließlich Generatoren und Batterien, sowie die Durchführung einer elektrischen Lastanalyse, um die Systemintegrität während verschiedener Flugphasen sicherzustellen. Das Kapitel untersucht auch die Architektur des elektrischen Systems und beschreibt die primären und sekundären Stromverteilungssysteme sowie die Integration grundlegender Ausrüstung. Darüber hinaus werden die kritischen Aspekte der Batterieanalyse und die Berechnung der Batteriestandzeit in Notfallsituationen diskutiert. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion der Ergebnisse und ihrer Implikationen für das gesamte elektrische Systemdesign und bietet wertvolle Einsichten für Fachleute auf diesem Gebiet.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

5. A Test-Bed for Attitude Determination and Control System of Nanosatellite

   Aykut Kutlu, Demet Cilden-Guler, Chingiz Hajiyev

   Das Kapitel behandelt die Konzeption und den Aufbau eines Prüfstandes zur Simulation und Validierung von Algorithmen des Attitude Determination and Control Systems (ADCS) für Nanosatelliten. Es beleuchtet die Herausforderungen beim Test von ADCS unter Laborbedingungen und die Entwicklung von Anpassungsalgorithmen für Hardware und Software. Die Studie nutzt eine luftgelagerte Plattform, um eine nahezu drehmomentfreie Rotationsbewegung zu erreichen, und präsentiert die Konstruktion, physikalischen Eigenschaften und Ausrüstung, die beim Testaufbau verwendet wurden. Das Kapitel befasst sich auch mit der Software zur Lagekontrolle, der Manövrierfähigkeit der Plattform und der Prüfung von Lageeinschätzungs- und Magnetometer-Kalibrierungsalgorithmen. Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit der Plattform, Manöver ohne Radsättigung durchzuführen, und die Effektivität des Kalman-Filteralgorithmus zur Magnetometer-Bias-Schätzung. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Verifikation von Algorithmen zur Einstellungseinschätzung, die die Testplattform verwenden, was sie zu einer wertvollen Ressource für Fachleute auf diesem Gebiet macht.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

6. Satellite Formation Flight via Thrusters and Proportional-Integral-Derivative Control Approaches

   Tuncay Yunus Erkec, Chingiz Hajiyev

   Das Kapitel vertieft sich in die Feinheiten des Satelliten-Formationsflugs und betont die entscheidende Rolle der Benutzeranforderungen beim Design. Es unterstreicht die Notwendigkeit einer Echtzeitsteuerung durch kontinuierliche Sensorinformationen und Satellitenverbindungen. Der Methodenabschnitt beschreibt die Verwendung von AKF / EKF-basierten Algorithmen zur Zustandseinschätzung und die Anwendung der PID-Kontrolle zur Erhaltung der Formationsgeometrie. Die Studie vergleicht die Leistung von 1N- und 10N-Triebwerken und zeigt, dass das 1N-Triebwerk mit der AKF-Schätzung die kosteneffektivste Methode ist. Die Ergebnisse und der Diskussionsteil präsentieren detaillierte Diagramme und Analysen des Kraftstoffverbrauchs und der Kontrollgenauigkeit, die die praktischen Auswirkungen der Forschung unterstreichen. Die Schlussfolgerung fasst die Ergebnisse zusammen und betont die Eignung des 1N-Triebwerks mit AKF für Satellitenformationsflüge.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

7. Adaptive Kalman Filter-Based Sensor Fault Detection, Isolation, and Accommodation for B-747 Aircraft

   Akan Guven, Chingiz Hajiyev

   Das Kapitel befasst sich mit dem Einsatz von Kalman-Filtertechniken zur Erkennung und Isolierung von Sensorfehlern in der Boeing 747. Es beginnt mit der Analyse verschiedener Methoden in der Literatur, einschließlich des Einsatzes von Innovationssequenzmitteln zur Fehlererkennung und -isolierung. Im Abschnitt über die Methodik werden die Bewegungsgleichungen und der Kalman-Filter zur Abschätzung der seitlichen Zustände des Flugzeugs skizziert. Der statistische Test zur Fehlererkennung wird mit Hilfe der Innovationssequenz des Kalman-Filters ausgearbeitet, um Fehler zu erkennen. Es wird ein Sensor-Fehlerisolationsalgorithmus vorgestellt, der den fehlerhaften Sensor anhand statistischer Analysen identifiziert. Der adaptive Kalman-Filter wird als Lösung eingeführt, um die Zustandseinschätzung trotz Sensorfehlern zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf kontinuierlichen Bias-Fehlern und Störungen bei der Messung von Rauschzuwächsen liegt. Der Ergebnis- und Diskussionsbereich zeigt die Effektivität des adaptiven Kalman-Filters bei der Berücksichtigung von Ein- und Zweifachsensorfehlern, wobei Vergleiche mit dem optimalen linearen Kalman-Filter angestellt werden. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Integration von Fehlererkennungs-, Isolations- und Akkommodationsalgorithmen zur zuverlässigen Zustandseinschätzung in den Boeing 747-Flugzeugen.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

8. STEM Opportunities in Flight Testing Sunlight Reflector Ultralights

   Narayanan Komerath, Ravi Deepak, Adarsh Deepak

   Dieses Kapitel befasst sich mit der innovativen Glitzergürtel-Architektur, bei der ultraleichte Reflektordrohnen in großer Höhe Sonnenlicht in den Weltraum reflektieren, um der globalen Erwärmung entgegenzuwirken. Die Architektur, bestehend aus Schwärmen von solarbetriebenen ultraleichten Reflektorplatten, ist so konzipiert, dass sie sich zwischen einer Tageskreuzfahrt mit 30,48 km und einem nächtlichen Gleitflug über 18,3 km bewegen kann. Jedes Flying-Leaf-Fahrzeug in einem Schwarm besteht aus 11 Blättern, die von 11 Flying-Leaflet-Trägerfahrzeugen getragen werden. Das Kapitel behandelt die technischen Herausforderungen und konstruktiven Überlegungen für diese Fahrzeuge, darunter aeroelastische Stabilität, verteilte Nutzlasten und autonomer Betrieb. Außerdem werden die MINT-Chancen hervorgehoben, die sich aus der Entwicklung und Erprobung dieser Fahrzeuge ergeben, wobei der Schwerpunkt auf Ultraleichtflugzeugen mit geringer Geschwindigkeit und laminarem Flow liegt. Das Kapitel untersucht zudem das Potenzial für eine Beteiligung der Öffentlichkeit durch Mikrokredite für Sonnenreflexion und die Gründung eines Glitter Belt Consortiums. Ziel des Konsortiums ist es, die weltweite Zusammenarbeit bei der Entwicklung und dem Einsatz dieser Technologie zur Eindämmung der globalen Erwärmung zu fördern. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion des ersten Flugtests und des meteorologischen Plans für aerodynamische Reflektoren in großer Höhe und des Potenzials für die Höhenastronomie mit großen Teleskopen.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

9. Modelling and Simulation of Vertical Landing Dynamics of an Aircraft Based on a Model System

   Selim Sivrioglu

   Das Kapitel befasst sich mit der Modellierung und Simulation der vertikalen Landedynamik von STOVL-Flugzeugen (Short Take-Off and Vertical Landing), wobei der Schwerpunkt auf der Landestruktur der F-35B liegt. Es schlägt ein Modellsystem vor, das auf den Jet-Streams und dem Lift-Ventilator der F-35B beruht, und modelliert die Liftkräfte als lineare und nichtlineare Funktionen der Zeit. Die Dynamik wird mithilfe dynamischer Gleichungen analysiert, und es werden Simulationen durchgeführt, um die Landezeiten und Kräfte zwischen den linearen und nichtlinearen Aufzugkraftmodellen zu vergleichen. Die Ergebnisse verdeutlichen den Einfluss der anfänglichen Auftriebskraft auf die Landeperformance und die Unterschiede bei Beschleunigung und Steilwinkelvariationen. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über die praktischen Auswirkungen des Modellsystems und mögliche zukünftige Arbeiten zur Rückkopplungssteuerung von Aufzugskräften.

   KI-Generiert

   Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

   Originaltext anzeigen

10. Examination of Supercapacitors in Terms of Sustainability in Aviation

    S. Cansu Gorgulu, Isil Yazar, T. Hikmet Karakoc

    Das Kapitel befasst sich mit der Entwicklung von Luftfahrtantriebssystemen und betont den Wandel hin zu elektrischen und hybriden elektrischen Antrieben aufgrund von Umweltbedenken. Darin werden die Grenzen der aktuellen Batterietechnologie diskutiert und Superkondensatoren als vielversprechende Energiespeicherlösung vorgestellt. Der Text untersucht die Vorteile von Superkondensatoren wie hohe spezifische Leistung, schnelle Entladung und Umweltfreundlichkeit, wodurch sie sich für Anwendungen in der Luftfahrt eignen. Das Kapitel vergleicht Superkondensatoren mit anderen Energiespeichertechnologien und hebt ihr Potenzial zur Emissionsreduzierung und Förderung der Nachhaltigkeit in der Luftfahrtindustrie hervor.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

11. Improving the Risk Matrix

    Sam Yoo, Dro Gregorian, Andrew Kopeikin, Nancy Leveson

    Das Kapitel führt eine innovative Risikomatrix-Methodik ein, die die Beschränkungen traditioneller Risikomatrizen überwindet. Durch den Einsatz der systemtheoretischen Prozessanalyse (STPA) identifiziert sie systematisch Gefahren und bewertet die Wirksamkeit der Eindämmung. Dieser Ansatz definiert Risiken in Bezug auf Kausalszenarien neu und bietet eine detailliertere und genauere Risikobewertung. Die Methodik wird anhand einer Fallstudie über das Systemdesign eines Future Rotary-Wing Aircraft (FRWA) demonstriert, in der die Durchführbarkeit und das Potenzial zur signifikanten Verbesserung der Risikomanagementpraxis branchenübergreifend hervorgehoben werden.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

12. The Artificial Immune System Paradigm for Generalized Unmanned Aerial System Monitoring and Control

    Ryan McLaughlin, Mario Perhinschi

    Das Kapitel stellt das Paradigma des künstlichen Immunsystems (AIS) als vielversprechendes Instrument vor, um den sicheren und effizienten Betrieb autonomer unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) unter normalen und abnormalen Bedingungen sicherzustellen. Inspiriert durch das biologische Immunsystem, wurde das AIS entwickelt, um abnormale Bedingungen (ACs) in Echtzeit zu erkennen, zu identifizieren, zu bewerten und zu berücksichtigen. Die Methodik umfasst die Definition kritischer dynamischer Variablen, das Clustern von Daten zur Darstellung nominaler und abnormaler Bedingungen und den Einsatz positiver und negativer Selektionsprozesse, um zwischen normalen und abnormalen Operationen zu unterscheiden. Das Kapitel behandelt auch die Bewertungs- und Akkommodationsschritte und zieht Parallelen zur Fähigkeit der BIZ, Antigeninvasionen zu lokalisieren und zu bewerten. Vorläufige Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des AIS, Fehler mit hoher Genauigkeit und niedriger Fehlalarmarate zu erkennen und zu identifizieren, und unterstreichen sein Potenzial als umfassendes Überwachungs- und Kontrollsystem für unbemannte Flugkörper.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

13. Nonlinear Six-Degree-of-Freedom Flight Modelling and Trimming of a Single-Propeller Airplane

    Kasim Biber

    Das Kapitel untersucht die entscheidende Rolle der Flugdynamikmodellierung für den Missionserfolg von Flugzeugen und betont die Bedeutung zuverlässiger und präziser Darstellungen der Flugdynamik. Es untersucht die Methodik zur Entwicklung nichtlinearer Flugzeugbewegungsgleichungen für Flüge mit einem Freiheitsgrad von sechs Grad und bezieht sowohl analytische als auch experimentelle Methoden ein. Das Kapitel beleuchtet die Verwendung von Windkanaldaten und MATLAB-Programmierung für die numerische Integration und zeigt die zeithistorischen Variationen von Zustandsvariablen für einen getrimmten Flug. Die detaillierte Analyse eines beispielhaften Einpropellerflugzeugs mit Doppelpack-Triebwerk demonstriert die praktische Anwendung dieser Methoden und macht es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute im Bereich der Luft- und Raumfahrt.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

14. Transonic Airfoil Development for an Unmanned Air System

    Kasim Biber

    Das Kapitel befasst sich mit der Entwicklung eines 16% dicken Transchallflügels für ein unbemanntes Luftsystem, das entwickelt wurde, um die Ausdauer zu maximieren und hohe Überschallgeschwindigkeiten zu erreichen. Dabei werden die Berechnungswerkzeuge MSES und LINDOP eingesetzt, um die Geometrie und die aerodynamische Leistung des Profils zu optimieren. Die Forschungsergebnisse heben die Herausforderungen hervor, die die Reduzierung des Luftwiderstands, die Ausweitung des Laminarflusses und die strukturelle Integrität mit sich bringen. Das resultierende Profil weist eine verbesserte kritische Mach-Anzahl und Widerstandsdivergenz auf, was es zu einem bedeutenden Beitrag auf dem Gebiet des Transchallflügeldesigns macht.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

15. Optimization of Energy Efficiency According to Freud’s Disk Theory Depending on Propel Pitch Angles

    Ukbe Ucar, Zehra Ural Bayrak, Burak Tanyeri

    Das Kapitel befasst sich mit der Optimierung der Energieeffizienz von Drohnen-Propellersystemen, wobei Freuds Scheibentheorie zum Einsatz kommt und der Schwerpunkt auf den Auswirkungen von Propellerverstellwinkeln liegt. Es führt einen mathematischen Modellierungsansatz ein, um die idealen Propellerabmessungen zu bestimmen und so ein zuverlässiges, effizientes und stabiles Drohnendesign zu gewährleisten. Die Studie vergleicht die vorgeschlagene Methode mit bestehenden Simulationsalgorithmen und realen Propellersystemen und hebt signifikante Verbesserungen bei Energieeffizienz und Schub hervor. Die Analyse zeigt, dass der Pitchwinkel eine entscheidende Rolle bei der Systemleistung spielt, wobei die Fluggeschwindigkeit einen geringeren Einfluss hat. Das Kapitel schließt mit der Betonung des Potenzials zukünftiger Fortschritte im Propellerdesign, was es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute macht, die die Leistung und Effizienz von Drohnen verbessern wollen.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

16. Concept Design and Analysis for a Fixed-Wing Unmanned Aerial Vehicle to Perform Surveillance and Mapping Missions

    Osman Kumuk, Mustafa Ilbas

    Das Kapitel präsentiert eine detaillierte Studie über die Konzeption und Analyse eines unbemannten Starrflügelflugzeugs (UAV) für Überwachungs- und Kartierungsmissionen. Es beginnt mit einem Überblick über die jüngsten Forschungsergebnisse im Bereich des UAV-Designs, wobei die wichtigsten Erkenntnisse über optimale Flugparameter hervorgehoben werden. Die Methodik umfasst die Auswahl der Kandidaten für die Profile auf der Grundlage ihrer aerodynamischen Eigenschaften und ihrer Eignung für die Konstruktionsanforderungen der Drohne. Das Kapitel vertieft sich dann in die Berechnung der Strömungsdynamik (Computational Fluid Dynamics, CFD) dieser Tragflächen und bietet Einblicke in Aufzugskoeffizienten, Widerstandskoeffizienten und Pitching-Moment-Koeffizienten. Das entworfene Drohnenmodell wird verschiedenen Simulationen unterzogen, einschließlich Luftgeschwindigkeit und Druckverteilung über dem Flügel, um seine Leistung zu bewerten. Das Kapitel endet mit einem erfolgreichen Testflug der Drohne, der ihre aerodynamische Stabilität und Kontrolle demonstriert. Diese umfassende Analyse bietet wertvolle Einblicke in das Design und die Optimierung von Drohnen für spezifische Missionsanforderungen.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

17. Flow Patterns in Double Planar Synthetic Jets

    Eva Muñoz, Soledad Le Clainche

    Das Kapitel befasst sich mit den Strömungsmustern doppelt planarer synthetischer Jets und zeigt ihr Potenzial als alternative Antriebsmechanismen und Strömungssteuerungssysteme in der Luft- und Raumfahrt auf. Durch den Einsatz numerischer Simulationen und datengestützter Methoden wie HODMD deckt die Studie die wichtigsten physikalischen Mechanismen auf, die die Strömungsbewegung antreiben. Die Forschung konzentriert sich auf den Einfluss von Reynolds und Strouhal-Zahlen auf Strömungssysteme und zeigt Symmetriebrüche bei höheren Reynolds-Zahlen. Die Identifizierung dieser Strömungsmuster ebnet den Weg für die Steuerung des Strömungsverlaufs und maximiert so die Effizienz synthetischer Jets in verschiedenen Anwendungen, wie etwa der Verbesserung der Effizienz von Flugzeugen.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen

18. Coordinated Path-Following for Multi-Agent Fixed-Wing Aircraft

    Hugo S. Costa, Stephen Warwick, Paulo Oliveira, Afzal Suleman

    In diesem Kapitel wird die entscheidende Herausforderung der koordinierten Einhaltung von Flugpfaden für starrflügelige Multiagenten-Flugzeuge untersucht, wobei der Einsatz von Teams aus unbemannten Flugzeugen zur Verbesserung der Systemkapazitäten und der Flexibilität im Vordergrund steht. Es werden zwei unterschiedliche, dem Weg folgende Steuerungsalgorithmen eingeführt - ein linearer Ansatz und ein vektorfeldgebundener, dem Weg folgender Controller -, die jeweils so konzipiert sind, dass sie die Haltung des Fahrzeugs steuern und ihre Geschwindigkeiten entsprechend vorgegebener Koordinationskarten synchronisieren. Vorläufige Simulationen zeigen die Effektivität der Algorithmen, wobei der linearisierte Algorithmus Spitzen bei Geschwindigkeitsbefehlen aufgrund von Unterbrechungen bei der Segmentumschaltung zeigt, während der Vektorfeld-Ansatz reibungslosere Befehlseingaben bietet. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über die laufende Implementierung mit einem Bordcomputer und dem Gazebo-Simulator, wobei die praktischen Anwendungen und das zukünftige Potenzial dieser koordinierten Strategien hervorgehoben werden.

    KI-Generiert

    Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.

    Originaltext anzeigen