Mid-fidelity aerodynamic analysis and design of a fixed-wing eVTOL for the martian atmosphere

A mid-fidelity aerodynamic model is adopted for the assessment of the preliminary design of a fixed-wing eVTOL UAV operating in the Martian atmosphere. The present work targets the design of specific rotors and the evaluation of the UAV performance during hover, transition, and cruise phases, with a thorough examination of the aerodynamic loads. The propulsive system has been optimized to meet the operational requirements of a 20 kg drone capable of traveling up to 70 km on Mars. Additionally, the stability of the drone has been assessed, as well as the potential impact of aeroelastic phenomena on the wing structure in Martian atmospheric conditions. The results indicate that developing a drone for operations on Mars represents a significant challenge, particularly regarding batteries and structural materials. Nevertheless, this goal is achievable in the coming decades with continuous technological advancements. The development of such drones is essential for the success of future exploratory missions, opening new opportunities for scientific breakthroughs.

Questa tesi si colloca nel contesto del crescente interesse verso l'esplorazione di Marte, proponendo un approccio a media fedeltà per il design preliminare di un eVTOL UAV ad ala fissa, progettato per operare nell'atmosfera marziana. Continuando il lavoro di due tesi precedenti, sono stati progettati rotori specifici e analizzate le fasi di hover, transizione e crociera, accompagnate da un'analisi approfondita dei carichi aerodinamici. È stata necessaria l'ottimizzazione del sistema propulsivo per soddisfare i requisiti operativi di un drone del peso di circa 20 kg, capace di coprire distanze fino a 70 km su Marte. Successivamente, è stata valutata la stabilità del drone e l'impatto di possibili fenomeni aeroelastici sulla struttura dell'ala in condizioni atmosferiche marziane. I risultati ottenuti evidenziano che lo sviluppo di un drone per l'operatività su Marte rappresenta una sfida significativa, richiedendo l'adozione di batterie e materiali all'avanguardia. Tuttavia, con i continui progressi tecnologici, questo obiettivo appare sempre più realizzabile nei prossimi decenni. La costruzione di tali droni è essenziale per il successo delle future missioni esplorative, aprendo nuove opportunità per scoperte scientifiche rilevanti.