Helhetssyn utvecklar framtidens drönare

Konstruktionsoptimering och systemtänkande kan förbättra både kommunikationsutrustning, sensorer och andra delar i framtidens obemannade flygande farkoster. Som ett resultat kan sökandet efter försvunna personer med hjälp av drönare också effektiviseras.

Athanasios Papageorgiou, forskare inom konstruktionsoptimering (MDO) Efter disputionen hoppas Atnanasios Papageorgiou fortsätta arbeta som forskare på LiU. Foto: Mikael Sönne

Delar som bildar helhet

Förenklat har flygplan traditionellt konstruerats del för del – landningsställ för sig, vingar för sig, radar för sig och så vidare. Med konstruktionsoptimering – Multidisciplinary Design Optimization (MDO) – ses hela flygplanet som en helhet och varje del konstrueras från början med tanke på det större, gemensamma systemet.

Athanasios Papageorgiou, forskare inom konstruktionsoptimering (MDO)Athanasios Papageorgiou med sin avhandling.

MDO innebär att datamodeller för varje enskild del samkörs tillsammans i ett större automatiserat ramverk. Detta visar sedan hur olika delar påverkar varandra och hur helheten blir, beroende på ingående värden.

I doktorsavhandlingen Design Optimization of Unmanned Aerial Vehicles: A System of Systems approach undersöker Athanasios Papageorgiou hur konstruktionsoptimering kan utvecklas för drönare, obemannade flygplan. Forskningen har gjorts i samarbete med Saab och resulterat i nya modeller för framför allt sensorer, kommunikationssystem och elsystem.

Konstruktion med kompromisser

Avhandlingen tar också upp modeller för så kallad smygteknik (stealth) och hur den påverkar andra egenskaper hos drönaren.

- Alla konstruktioner innebär kompromisser. Prioriterar du till exempel aerodynamik blir det en annan konstruktion än om hållfasthet eller framdrivning är viktigast, säger Athanasios Papageorgiou.

Skiss över hur drönare kan användas tillsammans med helikoptrar och fartyg.Skiss över hur drönare kan komplettera helikoptrar och fartyg.

- Mitt jobb är inte att avgöra vilken design som är bäst. Däremot utvecklar jag verktygen för dem som tar sådana beslut. Deras beslutsunderlag blir helt enkelt bättre.

I avhandlingens andra del går Athanasios Papageorgiou ett steg längre och undersöker så kallade System av system (System of Systems, SoS) för drönare. Då betraktas inte bara den enskilda farkosten som en helhet, utan den ses också som en del i ett större system med andra fristående enheter.

Kompletterar varandra

Ett konkret exempel är när drönare används tillsammans med helikoptrar och båtar i räddnings- och sökinsatser. Delarna kompletterar varandra och skapar en effektiv helhet – drönare är effektiva för att upptäcka människor i nöd, men inte bra på att undsätta nödställda. Då är fartyg och helikoptrar mer effektiva.

SoS tar också hänsyn till att användningsområdet för obemannade luftfarkoster ofta inte är statiskt utan kan förändras över tid.


- Både MDO och SoS används inom flygindustrin i dag. De kan användas självständigt, men de kan också kombineras för att få mer kunskap om komplexa produkter, säger Athanasios Papageorgiou.

Sökområde med drönare

Arbetet gav även upphov till ett helt annat resultat. Simuleringar visade att sökandet efter försvunna personer kan effektiviseras med hjälp av drönare.

- Ja, vi har sett hur tre drönare kan förbättra sökandet inom ett visst område. Det var en positiv effekt som vi inte hade räknat med, säger Athanasios Papageorgiou.

Avhandlingen är en sammanläggningsavhandling som omfattar sju artiklar. Två teoretiska litteraturstudier och fyra praktiska fallstudier ingår i underlaget.

Bild av konstruktionsarbetet bakom ett flygplan.Olika prioriteringar ger olika resultat i konstruktionsarbetet. Illustration från en populärvetenskaplig presentation av avhandlingen.

Kontakt
Visa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiU
Visa/dölj innehåll