Комбинированный беспилотный летательный аппарат

Комбинированный беспилотный летательный аппарат относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик, заключающихся в эффективном использовании внутреннего объема крыла БЛА и в повышении запаса статистической устойчивости. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет размещения любого специального оборудования во внутреннем объеме его крыла 1. Поставленная задача достигается тем, что комбинированный беспилотный летательный аппарат содержит свободнонесущее крыло, аэродинамические органы управления, двигательную установку и полезную нагрузку. При этом двигательная установка состоит из двух подъемных двигателей, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его, и маршевого двигателя, расположенного в задней его части, при этом подъемные двигатели жестко закреплены к крылу аппарата, а оси валов этих двигателей проходят через центр масс аппарата, причем полезная нагрузка равномерно занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла. Использование предлагаемого комбинированного беспилотного летательного аппарата позволяет разместить любое специальное оборудование во внутреннем объеме крыла БЛА, реализовать четыре режима работы БЛА, а также обеспечить режимы взлета, посадки БЛА на любую твердую поверхность и режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.). 1 илл.

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.

В последнее время возрос интерес к использованию беспилотных летательных аппаратов (БЛА) для решения множества задач, выполнение которых пилотируемыми летательными аппаратами в силу различных причин нецелесообразно.

К основным направления использования БЛА относятся:

- Дистанционный мониторинг окружающей среды с автоматическим взятием проб элементов окружающей среды из труднодоступных мест с визуальным контролем проводимых замеров и мест отбора проб, а также доставка их к месту проведения анализа.

- Высокая оперативность и эффективность поисково-спасательных операций (состояние объектов и масштабы разрушений, опасные зоны и пожары, аварий, стихийных бедствий, техногенных катастроф и выявления в них пострадавших).

- Мониторинг морских и речных магистралей и водоемов (выявления на них браконьерства), экологический мониторинг и контроль объектов и трасс производства, добычи и транспортировки электрической энергии, природного газа, сырой нефти и продуктов ее переработки, опасных химических и других веществ.

- Непрерывное и скрытое ведение разведки (военной, радиационной, химической, биологической) в реальном масштабе времени и визуальная передача данных на монитор оператора.

- Предотвращение попыток осуществления террористических актов на АЭС, ГЭС, ТЭЦ, радиационных, химических и биологических и других опасных объектах (последствия которых могут быть сопоставимы с применением оружия массового поражения), а также выявлении и предотвращении попыток хищения природного газа, сырой нефти, нефтепродуктов.

- Патрулирование (сухопутных и водных) границ, военных, административных, экономических объектов, крупных промышленных предприятий с опасным производство, мониторинг стратегических (железнодорожных и автомобильных) транспортных магистралей, наблюдение за мобильными объектами и группами населения, контроль и обеспечение безопасности при массовых мероприятиях (на стадионах, площадях, саммитах, олимпиадах и др.) с применением (по целеуказанию или непосредственно с БЛА) нелетальных средств сдерживания.

- Непосредственное участие в борьбе с террористами, а также участие в боевых действиях и военных конфликтах.

- Скрытое патрулирование и охрана территории важных военных объектов, захват цели и/или целеуказания, сбор данных организация связи и передача данных, запуск ложных целей, сопровождение военных и опасных грузов, а также наведение ракет, управляемых БЧ и реактивных снарядов на конечном участке траектории полета.

- Геологические исследования, дистанционное наблюдение за вулканической или сейсмической деятельностью.

- Оповещение о возникновении и развитии аварий, стихийного бедствия или опасных ситуаций в контролируемых зонах, выявление оперативной обстановки и наличия жертв в криминогенных местах (зоны, закрытые для доступа, места, где совершаются преступления), а также из в мест химического заражения и др.

Наибольшее распространение нашли конструкции БЛА самолетной и вертолетной схем. Перспективной также является схема «винт в кольце».

Недостатками большинства БЛА самолетных схем (например, патент №2181333 от 20.04.2002 «Беспилотный многорежимный высокоманевренный летательный аппарат», МПК B64D 27/20, B64D 33/02) являются:

- необходимость наличия взлетно-посадочной полосы;

- отсутствие режима висения.

Данные недостатки устранены в вертолетной схеме, например патент №2021165 от 15.10.1994. «Способ управления дистанционно-пилотируемым аппаратом и система управления для его реализации», МПК В64С 29/00, В64С 15/00. Однако для большинства из них характерны следующие недостатки:

- при большой удельной нагрузке поток от винта будет так силен, что не позволит работать под несущим винтом;

- большой расход топлива;

- небольшая скорость перемещения в горизонтальном направлении.

Частично данные недостатки устранены в схеме «винт в кольце». Однако для данного типа БЛА характерным недостатком является большое аэродинамическое сопротивление из-за размещения большого количества специального оборудования, что приводит к снижению скорости полета БЛА. Например, «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки» по патенту №2089458 от 10.09.1997, МПК В64С 29/00.

Наиболее близким по принципу действия и технической сущности к заявляемому устройству является «Беспилотный летательный аппарат» по патенту №2288140 от 27.11.2006, МПК В64С 39/00. Он содержит свободнонесущее крыло, снабженное аэродинамическими

органами управления, вертикальное оперение, мотогондолу и один двигатель с воздушным винтом. Двигатель установлен в мотогондоле. Беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло".

Одним из недостатков данного двигателя является неэффективное использование внутреннего объема крыла БЛА из-за размещения в нем подъемного двигателя, а также размещение его вне центра масс аппарата, что приводит к его неустойчивому положению при взлете, когда стабилизатор еще неэффективен. Кроме того, не всякое специальное оборудование можно разместить в районе подъемного двигателя. Например, проблематично размещение устройств для отбора проб воздуха и т.д..

Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик, заключающихся в эффективном использовании внутреннего объема крыла БЛА и в повышении запаса статистической устойчивости.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет размещения любого специального оборудования во внутреннем объеме его крыла 1.

Поставленная задача достигается тем, что комбинированный беспилотный летательный аппарат содержит свободнонесущее крыло, аэродинамические органы управления, двигательную установку и полезную нагрузку. При этом двигательная установка состоит из двух подъемных двигателей, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его, и маршевого двигателя, расположенного в задней его части, при этом подъемные двигатели жестко закреплены к крылу аппарата, а оси валов этих двигателей проходят через центр масс аппарата, причем полезная нагрузка равномерно занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла.

На фиг.1 изображен вид БЛА сверху, а на фиг.2 изображен вид БЛА сбоку,

Где: 1 - свободнонесущее крыло;

2 - подъемный двигатель;

3 - маршевый двигатель;

4 - стабилизатор;

5 - носовой обтекатель;

6 - аэродинамические органы управления;

7 - подъемный винт;

8 - скег;

9 - цилиндрический корпус подъемного двигателя;

10 - стержни крепления подъемного двигателя;

11 - стержни крепления стабилизатора;

12 - колеса.

Комбинированный беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло". Он состоит из следующих основных элементов: крыла 1, подъемного двигателя 2, тягового двигателя 3 и стабилизатора 4.

Свободнонесущее крыло 1 предназначено для размещения и крепления всех составных частей аппарата. В передней части аппарата установлен носовой обтекатель 5, внутри которого размещаются элементы функционально связанных между собой электронной аппаратуры наблюдения, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, пилотажно-навигационной системы и др.

Передняя часть крыла 1 имеет форму обеспечивающий минимальное аэродинамическое сопротивление, а на задней его части установлены органы управления 6. Внутри крыла закрепляется только специальное оборудование, которое в зависимости от назначения БЛА может быть различным. Например, для экологических целей оборудование может быть представлено пробоотборниками, газоанализаторами и т.д.

Двигательная установка состоит из двух подъемных двигателей 2, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его, и маршевого двигателя 3, расположенного в задней его части. Подъемные двигатели 2 жестко закреплены к крылу 1 БЛА, а оси валов этих двигателей проходят через центр масс аппарата, при этом вся полезная нагрузка полностью занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла 1. Каждый подъемный двигатель 2 состоит из винта 7, закрепленного с помощью скега 8 к цилиндрическому корпусу 9, который с помощью стержней 10 крепления подъемного двигателя жестко соединен с корпусом БЛА.

Маршевый двигатель 3 предназначен для создания тяги, необходимой для перемещения БЛА в горизонтальной плоскости. Он крепиться в задней части крыла 1.

Стабилизатор 4 предназначен для смещения центра давления в сторону от центра масс, что обеспечивает запас статической устойчивости. Поскольку центр масс летательного аппарата расположен впереди аэродинамического фокуса крыла, то увеличение угла атаки, например, вследствие порыва ветра, вызовет увеличение подъемной силы. При этом на летательном аппарате возникнет дополнительный момент относительно центра масс, вызывающий пикирование. В результате пикирования происходит уменьшение угла атаки и восстановление заданного направления полета. Стабилизатор 4, выполнен в виде пластины, крепящейся с помощью соединительных стержней 11 к крылу 1 под небольшим углом, который необходим для создания подъемной силы, обеспечивающий планирующий полет БЛА.

БЛА в исходном состоянии может устанавливаться или поступательно перемещаться

по твердой поверхности с помощью колес 12. На исходной позиции проводится развертывание наземного пункта дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом. Кроме того, проводится предполетная подготовка БЛА.

БЛА может работать в следующих режимах: запуск, полет, висение и приземление.

Режим - «Запуск». Запуск БЛА может проводиться как с мобильной, так и со стационарной стартовой установки. Запуск двигателя при старте осуществляется автоматически или по команде оператора. При запуске БЛА подъемные двигатели 2 начинают свою работу (маршевый двигатель находится в отключенном состоянии). Как только суммарная тяга, создаваемая подъемными двигатели 2 превысит стартовый вес БЛА, он отрывается от поверхности и начинает совершать подъем до набора нужной высоты. Так как оси валов подъемных двигателей 2 проходят через центр масс БЛА, то в процессе его подъема аппарат является статически устойчивым. Следует отметить, что для запуска БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы. По команде системы управления подъемные двигатели 2 отключаются и включается тяговый двигатель.

Режим - «Висение». При необходимости БЛА зависает в воздухе над заданной точкой. Для этого маршевый двигатель 3 работает таким образом, чтобы БЛА расположился над заданной точкой поверхности. Затем он выключается, а подъемные двигатели 2 включаются. При этом суммарная тяга, создаваемая подъемными двигатели 2, должна равняться стартовому весу БЛА.

Режим - «Полет». Полет БЛА может происходить в соответствии с полетным заданием как по заданной программе, так и по радиокомандам, передаваемым оператором с наземного пункта дистанционного управления. Наземный пункт дистанционного управления вырабатывает команды, передаваемые по радиоканалу на бортовое радиоэлектронное оборудование, установленное на БЛА. Эти команды управляют полетом летательного аппарата с помощью пилотажно-навигационной системы, а также дистанционным обзором местности и передачей видео и телеметрической информации через приемопередающую антенну и приемопередающий блок на наземный пункт дистанционного управления.

Разработанный БЛА экономичен. Это достигается его формой, которая уменьшает его аэродинамическое сопротивление. Стабилизатор 4 совместно со свободнонесущим крылом 1 позволяет БЛА планировать. Для поворота БЛА подается команда от системы управления на аэродинамические органы управления 6. Изменение скорости полета осуществляется изменением числа оборотов вала маршевого двигателя 3. В случае уменьшении скорости полета БЛА или осуществления реверса тяги необходимо или уменьшить число оборотов вала двигателя или осуществить его вращение в обратную сторону с заданной угловой скоростью. При необходимости набора заданной высоты включается

подъемный двигатель 2.

Режим - «Приземление». Приземление БЛА осуществляется при остановке маршевого двигателя 3 и включении подъемных двигателей 2. При этом БЛА плавно приземляется. Следует отметить, что для приземления БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы.

Основными преимуществами комбинированного беспилотного летательного аппарата являются:

- возможность размещения любого специального оборудования во внутреннем объеме крыла БЛА;

- возможность реализации четырех режимов работы БЛА;

- возможность взлета и посадки БЛА на любую твердую поверхность, а также обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.).

Комбинированный беспилотный летательный аппарат, состоящий из свободнонесущего крыла, аэродинамических органов управления, двигательной установки и полезной нагрузки, отличающийся тем, что двигательная установка состоит из двух подъемных двигателей, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его, и маршевого двигателя, расположенного в задней его части, при этом подъемные двигатели жестко закреплены к крылу аппарата, а оси валов этих двигателей проходят через центр масс аппарата, причем полезная нагрузка равномерно занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла.