Electrically - propelled unmanned airships: a comparative study of their technical and economic feasibility with respect to other flying machines

There is currently interest in airships to replace other flying machines in various operations. The aim of this thesis is to study the technical and economic feasibility of using airships for missions that have so far been carried out by fixed-wing and rotorcraft drones, as well as helicopters. Starting from an analysis of the airship characteristics, the most suitable activities to be performed by these machines were identified. Three missions were considered: inspection of a solar plant, cetacean monitoring and control of a pipeline, carried out by quadcopter UAVs, fixed-wing UAVs and manned helicopters respectively. The corresponding missions, even where performed by an airship, were designed in a way that they would lead to the same expected results, with as similar technical characteristics as possible. Using mission requirements, the sizing of the airships was performed in each case, employing sizing code built in-house. The economic aspect was then analysed. The expense of switching to a new flying machine consists of the acquisition costs of the aircraft and the payload, and the operating costs associated to its mission. For the costs associated to traditional (i. e. non-LTA) flying machines, information was gathered through interviews with companies, online searches and, in the absence of data, through assumptions. For airships, as no specific methodology was available, a method used for calculating the production costs of airplanes was taken and modified to make it applicable. As this is not a validated method, a parametric analysis was performed to analyse the sensitivity in the results, and this was compared to the data collected during the interviews. Operating costs were found in the same way as for the other types of machine. Finally, a comparison was made between the costs incurred in the case of the heavier-than-air machine and the lighter-than-air machine for each considered mission. The results show that airships can replace traditional flying vehicles with an associated decrease in costs, and they have advantages such as increased flight time, in the case of the solar plant inspection, or reduced noise production during cetacean monitoring.

Attualmente c'è interesse nei dirigibili per sostituire altre macchine volanti in varie operazioni. Lo scopo della tesi è studiare la fattibilità tecnica ed economica dell'uso di dirigibili per missioni ad oggi effettuate da droni ad ala fissa e ad ala rotante, nonché da elicotteri. Dall’analisi delle caratteristiche dei dirigibili sono state individuate le attività più adatte ad essere svolte da queste macchine. Sono state definite tre missioni: ispezione di un parco fotovoltaico, monitoraggio di cetacei e controllo di un oleodotto, svolte da UAV quadricotteri, UAV ad ala fissa ed elicotteri con equipaggio. Missioni corrispondenti, anche se effettuate da un dirigibile, sono state progettate in modo che portassero agli stessi risultati attesi, con caratteristiche tecniche quanto più simili possibile. Usando i requisiti di missione, il dimensionamento dei dirigibili è stato eseguito in ciascun caso, utilizzando un codice costruito internamente. Poi è stato analizzato l’aspetto economico. La spesa per il passaggio a una nuova macchina volante è costituita dai costi di acquisizione del velivolo e del carico pagante, nonché dai costi operativi associati alla missione. Per i costi delle macchine volanti tradizionali, i dati sono stati raccolti con interviste ad aziende, ricerche online e, in assenza di informazioni, attraverso ipotesi. Per i dirigibili, non avendo una metodologia specifica, è stato preso un metodo usato per il calcolo dei costi di produzione degli aeroplani modificandolo per renderlo applicabile. Non essendo un metodo validato, è stata eseguita un'analisi parametrica per analizzare la sensibilità dei risultati e questa è stata confrontata con i dati raccolti dalle interviste. I costi operativi sono stati reperiti come per le altre macchine. Si è giunti a un confronto tra i costi sostenuti nel caso della macchina più pesante dell'aria e di quella più leggera per ciascuna missione. I risultati mostrano che i dirigibili possono sostituire i tradizionali velivoli con una riduzione dei costi, e presentano vantaggi come l’aumento del tempo di volo, nel caso dell’ispezione dell’impianto solare, o la diminuzione del rumore durante il monitoraggio di cetacei.