Preliminary design of an electrically propelled LTA UAV for low-atmosphere operation

The aim of this work is to carry out the preliminary design for a small, unmanned airship designed for operating at low altitude. The first part of this work consists in a review of the state of the art of airships technology. From the researchs available it is clear how airships have a great advantage in those application that requires high quality data and long time spent in the air. We soon realized that for small airships UAVs operating at low altitudes there were not much in terms of industrial production, but a quite solid base of research attesting the possibility of using them with great advantages for specific mission profile. In the second part of this text we made an analysis of the various mission profiles that really makes an airship shine, comparing the airship performances with that of conventional UAVs (fixed wing, helicopters and multirotors). From this analysis the dimensioning mission has been chosen. This mission in particular have been accomplished by a multicopter so there is also the possibility of confronting the performance with this class of UAVs. In the third part of the report, the preliminary design is carried out through an iterative process and a confrontation of performance with the multicopter used for the original mission is carried out.

Lo scopo di questo lavoro è quello di realizzare un dimensionamento preliminare di un piccolo dirigibile senza pilota destinato ad operare a bassa quota. La prima parte della tesi consiste in una ricerca bibliografica con lo scopo di delineare lo stato dell’arte dei dirigibili. Dalle ricerche analizzate risulta che l’utilizzo di dirigibili sia decisamente vantaggioso per quelle applicazioni che richiedono dati di alta qualità e lunga permanenza in volo. Risulta anche che per dirigibili UAV di piccole dimensioni operanti a bassa quota non ci sia molto a livello di produzione industriale, ma una base di ricerca scientifica decisamente solida che attesta la possibilità di utilizzarli con grossi vantaggi per alcuni profili di missione. La seconda parte del testo è un’analisi di vari profili di missione in cui i dirigibili risultano eccellenti, comparando le loro performance con quelle di altre tipologie di UAV. A partire da questa analisi è stata scelta una missione dimensionante. Questa particolare missione è stata realmente compiuta da un multicottero, pertanto è stato possibile confrontare le prestazioni con questa categoria di UAVs. Nella terza parte della tesi, viene svolto il vero e proprio dimensionamento preliminare, realizzato attraverso un processo iterativo; successivamente viene presentato un confronto delle prestazioni con il multicottero utilizzato nella missione originale.