Assessment and Optimization of Integrated Unmanned Aerial Vehicles with Different Renewable Energy Sources. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis by Gubran Abdulrahman.pdf Restricted to Repository staff only until 2 January 2025. Download (6MB)

Arabic Abstract

تجتذب مصادر الطاقة المتجددة اهتمامًا كبيرًا هذه الأيام لتقليل غازات الاحتباس الحراري (الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري) وتأمين الطاقة اللازمة للأنشطة الصناعية والبشرية. أظهرت الدراسات البحثية إمكانية كبيرة لاستخدام الطاقة المتجددة في مركبات الطيران والفضاء بما في ذلك الطائرات المسيرة بدون طيار (UAVs). تهدف هذه الأطروحة إلى تقييم وتحسين مصادر الطاقة المتجددة والنظيفة المختلفة لاستخدامها في تشغيل الطائرات بدون طيار. تشمل هذه المصادر خلايا الوقود والبطاريات والخلايا الشمسية الكهروضوئية. تمت دراسة نظام خلايا الوقود في الطائرات بدون طيار الصغيرة ذات الأجنحة الثابتة. يقتصر نظام دفع الخلايا الشمسية على الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة ، خاصة تلك التي تمتلك أجنحة طويلة .تركز الدراسة على عوامل التصميم الرئيسية والأداء للطائرات بدون طيار مثل كفاءة الطاقة والقدرة ومدة الطيران. بالإضافة إلى ذلك ، دمج مصدرين أو أكثر من مصادر الطاقة مثل خلايا الوقود والبطاريات ؛ أو خلايا الوقود والخلايا الكهروضوئية ؛ أو خلايا الوقود والبطاريات والخلايا الكهروضوئية معا. تم مناقشة وتقصي كل نظام طاقة رياضيًا ليتم دمجه في الطائرات بدون طيار لتقدير الأداء المطلوب. تقترح هذه الدراسة مصادر طاقة محسّنة لأحجام مختلفة من الطائرات بدون طيار. أشارت النتائج إلى أن مصدر طاقة خلية الوقود يمكن أن يحقق وقت طيران أعلى من البطاريات. يمكن أن تكون خلايا الوقود الخيار الأفضل للطائرات بدون طيار الصغيرة ذات الأجنحة الثابتة ، ولديها أداء أفضل من البطاريات إذا تم استخدامها في الطائرات بدون طيار منخفضة المدى. استخدام البطاريات يعطي أقل وقت طيران ، وهو أكثر ملاءمة للطائرات بدون طيار الصغيرة والصغيرة جدًا. بالنسبة لأداء الخلايا الشمسية ، فهي مناسبة فقط للطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة ، ويمكن أن تزيد في وقت الطيران ضعف ما لدى البطاريات. يمكن أن تدوم الطاقة الشمسية الهجينة أكثر من 48 ساعة ، وتتلقى طاقة غير محدودة من الشمس. إلا أن الأنظمة الهجينة ثقيلة وضخمة الحجم.

English Abstract

Renewable energy sources have been attracting great attention these days to minimize greenhouse gases (produced from fossil fuel burning) and secure the needed power for industrial and human activities. The literature showed a great potential to use renewable energy in aerospace vehicles, including unmanned aerial vehicles (UAVs). This thesis aims to evaluate and optimize different renewable and clean power sources for driving UAVs. These sources include fuel cells, batteries, and photovoltaic (PV) solar cells. Only fixed-wing UAVs type is investigated and evaluated. The fuel cell system is implemented into small fixed-wing UAV. The solar cell propulsion system is limited only to fixed wing UAVs, especially those with long wingspan. The study will focus on UAVs' main design and performance factors, such as power efficiency, endurance, and size. In addition, the integration of two or more power sources, such as fuel cells and batteries; fuel cells and PV cells; and fuel cells, batteries, and PV cells will be assessed. Each powering system is mathematically investigated to be integrated into UAVs to estimate the desired performance. This study suggests optimized powering sources for different sizes of UAVs. The results indicated that the fuel cell power source could achieve higher endurance time than the batteries. Fuel cells can be the best option for small fixed-wing UAVs. The battery power source has the lowest endurance time, and they are more suitable for mini and very small drones. For the solar cell power cell, it is only suitable for fixed-wing UAVs, and it can have double flight endurance than batteries. Hybrid solar can last more than 48 hours, and they receive unlimited energy from the sun. Hybrid systems are heavy and bulky.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Chemical Engineering Aerospace Electrical Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Aerospace Engineering
Committee Advisor:	Qasem, Naef A.A.
Committee Members:	Abdallah, Ayman M. and Habib, Mohamed A.
Depositing User:	Gubran A.Q. ABDULRAHMAN
Date Deposited:	03 Jan 2023 08:52
Last Modified:	03 Jan 2023 08:52
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142295