The Multiple Simultaneous Specification controller design method is an elegant means of designing a single controller to satisfy multiple convex closed loop performance specifications. In this thesis, the method is used to design pitch and roll attitude controllers for a Zagi flying-wing unmanned aerial vehicle from Procerus Technologies. A linear model of the aircraft is developed, in which the lateral and longitudinal motions of the aircraft are decoupled. The controllers are designed for this decoupled state space model. Linear simulations are performed in Simulink, and all performance specifications are satisfied by the closed loop system. Nonlinear, hardware-in-the-loop simulations are carried out using the aircraft, on-board computer, and ground station software. Flight tests are also executed to test the performance of the designed controllers. The closed loop aircraft behaviour is generally as expected, however the desired performance specifications are not strictly met in the nonlinear simulations or in the flight tests.

The Multiple Simultaneous Specification controller design method is an elegant means of designing a single controller to satisfy multiple convex closed loop performance specifications. In this thesis, the method is used to design pitch and roll attitude controllers for a Zagi flying-wing unmanned aerial vehicle from Procerus Technologies. A linear model of the aircraft is developed, in which the lateral and longitudinal motions of the aircraft are decoupled. The controllers are designed for this decoupled state space model. Linear simulations are performed in Simulink, and all performance specifications are satisfied by the closed loop system. Nonlinear, hardware-in-the-loop simulations are carried out using the aircraft, on-board computer, and ground station software. Flight tests are also executed to test the performance of the designed controllers. The closed loop aircraft behaviour is generally as expected, however the desired performance specifications are not strictly met in the nonlinear simulations or in the flight tests.

Šiame darbe nagrinėjamos bepiločio skraidančio sparno aerodinaminės charakteristikos. Pasirinktas sparno profilis EPPLER 328. Pirmiausia išanalizuojami skaitiniai aerodinaminių charakteristikų tyrimo metodai. Atlikus skaičiavimus pagal pasirinktus aspektus, naudojant programą XFLR5 gauti duomenys apibendrinami bei išanalizuojami. Ištirtos keliamosios jėgos koeficientų, pasipriešinimo jėgos koeficientų, aerodinaminės kokybės reikšmės esant atitinkamiems atakos kampams. Naudojantis tyrimo rezultatais padarytas bepilotis skraidančio sparno orlaivis ir atlikti skrydžiai. Visa informacija apibendrinama ir pateikiamos gautų rezultatų išvados. Darbo apimtis – 66 p. teksto be priedų, 39 paveikslai, 6 lentelės, 24 bibliografiniai šaltiniai. / The investigation analyzes unmanned flying wing aerodynamic characteristics. Choosen airfoil EPPLER 328. Firstly, analyzing theoretical calculation methods. All relative data compared and analyzed after calculation with program XFLR5. Analyzed lift force coefficient, drag force coefficient, aerodynamic coefficient under realative angles of attack. Unmanned flying wing was built using the results of compared and analyzed aerodynamic data and test flights were made. All information summarized and produced conclusion. Thesis consists of: 66 p. text without appendixes, 39 pictures, 6 tables, 24 bibliographical entries.

Arbetet syftar till att ta fram en hållbar infästning för virveldämpare till SSRS drönare av modell flygande vinge. Drönaren är specifikt framtagen för att användas till maritima sök och räddningsuppdrag och för att bidra till att utöka den svenska kustens säkerhet. Arbetet studerar ett landningsscenario för drönaren och utifrån detta tas en ny infästning fram. Infästningen av virveldämparen skall vara lätt att hantera för personalen, kräva minimalt med reparation och hålla för 50 landningar. Infästningen skall kunna utlösa och separera virveldämparen från vingen om det under landningen uppstår så stora krafter att dessa komponenter riskerar att ta skada. Arbetet följer DRM-struktur och syftar till att ta fram en prototyp med hjälp av en uttömmande idégenerering utförd med metoderna Speedstorming, Brainstorming och SCAMPER. Konceptsållningen sker med hjälp av anpassade poängsättningsmetoder och Pugh-analys. Det resulterande konceptet bestämmer vilka dimensioner som krävs för att kunna utföra hållfasthetsberäkningar på den valda infästningen, därefter skapas en prototyp vilken används för att utföra hållfasthetstester. De utförda beräkningarna och testerna gav olika resultat och den därav dragna slutsatsen medförde att materialegenskaper rörande elastisk deformation och variabler på hållfasthetstestet ej har beaktas. Testerna visade att den framtagna prototypen av expanderad polypropen hanterade de förutsedda krafterna väl även om testerna inte kunde utföras under helt verklighetstrogna landningsförhållanden. Slutresultatet av projektarbetet är att den framtagna infästningen av virveldämparen har, utifrån tillgängliga testningsmetoder, påvisat önskade egenskaper och att utförligare tester behöver genomföras för att avgöra om den uppfyller samtliga produktkrav. / This work is aimed at producing durable attachments for winglets on a drone, model flying wing, owned by the SSRS. The drone is specifically developed to be used for maritime search and rescue missions and to contribute to increasing the security along the Swedish coast and major inland lakes. During this work only one landing scenario by the drone was studied while creating the attachments, which required to be easy to handle, minimal to no repair work and a durability for 50 landings. The attachments also need to be able to release in case of excessive force during landing which risks jeopardizing the integrity of the wing or winglet. The work followed the DRM-structure and aimed to create a prototype through an exhaustive idea generation technique in three steps using the methods Speedstorming, Brainstorming and SCAMPER. All of these methods go through voting, Pugh analysis and concept screening. After one concept had been singled out its dimensions were decided on and used in calculations to determine its strength. From this information a physical winglet attachment prototype made of expanded polypropylene was created and used in strength and durability tests. Calculations and tests were found to have varying results and the conclusion was made that the material properties regarding elastic deformation and test variables most likely had not fully been taken into account. The tests failed to generate a realistic landing scenario given the requirements but still gave a positive result concerning the prototype's ability to absorb shock loads at landing. This work has resulted in a preliminary winglet attachment prototype which through testing has shown satisfying shock absorbing abilities, and that further testing is required to decide whether the attachment can meet all of the set product requirements.

Este trabalho apresenta uma breve revisão histórica sobre asas voadoras, aeronaves sem uma cauda ou empenagem convencional. São apresentadas algumas características aerodinâmicas importantes para esse tipo de projeto e quais são os conceitos fundamentais que devem ser abordados pelo projetista. Na sequência é apresentado o software OpenFOAM, usado para simular o escoamento e obter forças e momentos aerodinâmicos, que são então comparados com dados experimentais de túnel de vento. / This work presents a brief historical review on flying wings, tailless aircraft without a conventional empennage. Some important aerodynamic characteristics are presented for this type of project and which are the fundamental concepts that must be approached by the designer. Following is the OpenFOAM software introduced, used to simulate the flow and obtain the aerodynamic forces and moments, which are then compared with experimental wind tunnel data.

This thesis presents the design of an autopilot capable of flying small unmanned aerial vehicles with wingspans less then 21 inches. The autopilot is extremely small and lightweight allowing it to fit in aircraft of this size. The autopilot features an advanced, highly autonomous flight control system with auto-launch and auto-landing algorithms. These features allow the autopilot to be operated by a wide spectrum of skilled and unskilled users. Innovative control techniques implemented in software, coupled with light weight, robust, and inexpensive hardware components were used in the design of the autopilot.

The work summarized in this report aims to investigate how a drone airplane design can be optimized to create a safer and more efficient sea rescue by providing staff with an early picture, performing search missions and aiding communication through visual contact. A flying wing is in theory one of the most efficient designs for a fixed wing aircraft, at the same time as it also offers high structural efficiency for its given size. In this report, an overview of aerodynamics, stability and flying quality for a flying wing is discussed and analysed. XFLR5 was used for this project, and a comparison between the analytical results and wind tunnel test data for a prototype was conducted. A strong correlation was found between the theoretical analyses and the wind tunnel data. A simple control solution using only one set of elevons has been proposed and simulated, resulting in Level 1 dynamic stability for all modes except Dutch-roll (where the drone’s damping is 𝜁𝑑𝑟=0.07 and the requirement for Level 1 is 𝜁𝑑𝑟=0.08). For the range of angle of attack used, the autopilot system will have to trim the drone in flight to achieve stability. As the drone only has one set of control surfaces there will be a loss of efficiency in this scenario, meaning that 𝐶𝐿/𝐶𝐷 = 15.7 for loiter speed of 15 𝑚/𝑠 and 7.9 for full speed at 35 𝑚/𝑠. In regular flight, with a total mass <1 𝑘𝑔, the drone is able to fly at full speed for 214 𝑘𝑚 or loiter for 6.3 ℎ with a battery package of 130 𝑊ℎ. As such, the objective of this project was achieved, and the proposed design met the given requirements. / betet som sammanfattas i denna rapport syftar till att undersöka huruvida ett drönar-flygplan bäst kan utformas för att skapa en säkrare och effektivare sjöräddning genom att ge räddningspersonalen en tidig överblick, utföra sökuppdrag och bistå till kommunikation genom visuell kontakt. En flygande vinge är i teorin en av de mest effektiva konstruktionerna för ett flygplan, likaså erbjuder den en hög strukturell effektivitet för en given storlek. I denna rapport diskuteras och genomförs en översikt över aerodynamik, stabilitet och flygkvalitet hos en flygande vinge. XFLR5 användes för detta projekt, och en jämförelse mellan analysresultaten och ett vindtunneltest med en prototyp genomfördes. I allmänhet är överenskommelsen mellan de teoretiska analyserna och vindtunneldatan god. En enkel lösning som enbart består av en uppsättning kontrollytor har föreslagits och simulerats, vilket resulterar i en Nivå 1 dynamisk stabilitet för alla lägen utom Dutch-roll, där drönarens dämpning är 𝜁𝑑𝑟 = 0.07 och kravet för Nivå 1 är 𝜁𝑑𝑟 = 0.08. Autopilotsystemet behöver trimma drönaren under flygning för att uppnå nödvändig stabilitet för det spann av attackvinklar som används, med endast en uppsättning kontrollytor, vilket minskar effektiviteten för BWB-drönaren till 𝐶𝐿/𝐶𝐷=15.7 för cirkuleringshastigheten på 15 𝑚/𝑠 och 7.9 för full hastighet vid 35 𝑚/𝑠. Drönaren kan flyga i full hastighet i 214 𝑘𝑚 eller cirkulera runt olycksplatsen under 6.3 timmar med ett batteripaket på 130 𝑊ℎ, med en vikt som är lägre än 1 𝑘𝑔. Målen med detta projekt uppnåddes och drönaren utformades enligt kraven.

The Swedish Sea Rescue Society (SSRS) is exploring how small, remotely launched drones can help in making the rescue work safer and more efficient. The planned drone to be used for such purposes is a 1 kg, 1 m wide, foam constructed, flying wing drone. Aviation regulatory authorities are however struggling with the problem posed by balancing the benefits of unmanned aerial vehicles (UASs) with the safety risk posed to manned aircraft, people and structures on the ground. A risk assessment framework called Specific Operations Risk Assessment (SORA) states specifications on risks that a certain operation can generate. An impact study was requested from SSRS as the purpose of this master thesis, to make sure the drones will not cause danger to other aircraft in the same airspace. SSRS needs to know how dangerous their drone is according to the regulations and how they can improve the design. A literature study was made to determine the critical scenarios for the UAVs area of application. A mathematical collision model was developed where the properties of the flying wing were considered to determine the energies involved. The results provide limits for when a small flying wing poses danger in its area of operation. The results also shows the effects of having a crumple zone included in the construction. A crumple zone only makes a difference when colliding at lower speeds. For the future, a combined model for the UAV to be used with the collision object would provide more accurate results since they affect each other in the collision. / Sjöräddningssällskapet (SSRS) undersöker hur små, fjärrstyrda drönare kan göra deras räddningsarbete säkrare och effektivare. Den planerade drönaren som ska användas för sådana ändamål är en 1 kg, 1 m bred, skumkonstruerad, drönare av typen flygande vinge. Luftfartsmyndigheterna strävar efter att balansera fördelarna med obemannade flygfordon (UAS) med säkerhetsrisken för bemannade flygplan, människor och byggnader. En riskbedömningsram som benämns Specific Operations Risk Assessment (SORA) anger specifikationer för risker som en viss tillämning kan generera. En konsekvensstudie vid kollision med drönare begärdes från SSRS som syfte med detta examensarbete. Detta för att säkerställa att drönarna inte kommer att orsaka fara för andra flygfarkoster i samma luftrum som deras UAV ska användas. SSRS behöver veta hur riskfylld deras drönare är enligt riskspecifikationerna och hur de kan förbättra sin design. En litteraturstudie gjordes för att bestämma de kritiska scenarierna för deras drönares tillämpningsområde. En matematisk kollisionsmodell har utveklats som tar hänsyn till drönarens material och konstruktion och hur det påverkar de involverade energierna. Resultaten sätter gränser för när en liten fjärrstyrd drönare kan utgöra fara i sitt användningsområde. Resultaten visar också effekten av att ha en deformationszon på drönaren. En deformationzon visar sig, bara göra skillnad i kollisioner vid låga hastigheter. För framtiden skulle en kombinerad modell för den UAV som ska användas med kollisionsobjektet ge mer exakta resultat, eftersom de påverkar varandra i kollisionen.