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Modeling and identification of a small fixed-wing UAV using estimated aerodynamic angles

Løw-Hansen, Bogdan und Hann, Richard und Gryte, Kristoffer und Johansen, Tor Arne und Deiler, Christoph (2025) Modeling and identification of a small fixed-wing UAV using estimated aerodynamic angles. CEAS Aeronautical Journal. Springer. doi: 10.1007/s13272-025-00816-3. ISSN 1869-5582.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Kurzfassung

This paper presents an experimental study on developing and validating a simulation-ready aerodynamic model for the Skywalker X8 unmanned aerial vehicle (UAV) using a hybrid output error method (OEM). Building on previous efforts, we introduce an updated 6-degree-of-freedom (DOF) nonlinear aerodynamic model and its linearized form. The key features of this work include the model's identification in the stability frame, achieved using estimated angle of attack and sideslip angle, and the use of a propulsion system model to obtained the motor speed data. The stability frame parameterization allows for direct comparisons with a larger set of UAV models and computational fluid dynamics (CFD) results, often presented in terms of lift and drag analysis. Key advancements include a residual distribution analysis that was successfully applied to identify and correct weaknesses in the initial drag and side force models. Additionally, the paper addresses the unique combination of challenges faced during this study and describes strategies for managing strong winds during experiments, use of a propulsion system model to obtain motor speed data, and utilization of estimated aerodynamic angles. The resulting model is validated against a separate set of maneuvers comprising 10-s-long sequences that include estimated body states, force and moment coefficients, and estimated air data states, for both lateral and longitudinal maneuvers.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212985/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Publication within a cooperation between DLR and NTNU on UAV icing
Titel:Modeling and identification of a small fixed-wing UAV using estimated aerodynamic angles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Løw-Hansen, BogdanNorwegian University of Science and TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hann, RichardNorwegian University of Science and TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gryte, KristofferNorwegian University of Science and TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johansen, Tor ArneNorwegian University of Science and TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Deiler, Christophchristoph.deiler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7143-2631NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 Februar 2025
Erschienen in:CEAS Aeronautical Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1007/s13272-025-00816-3
Verlag:Springer
ISSN:1869-5582
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Small fixed-wing UAV, System identification, Stability frame coefficients
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - keine Zuordnung
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Flugsystemtechnik > Flugdynamik und Simulation
Institut für Flugsystemtechnik
Hinterlegt von: Deiler, Dr. Christoph
Hinterlegt am:04 Mär 2025 14:13
Letzte Änderung:14 Mär 2025 12:10

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