Беспилотный летательный аппарат с двумя поворотными двигателями

Беспилотный летательный аппарат с двумя поворотными двигателями относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик, заключающихся в эффективном управлении БЛА при одновременном увеличении скорости его полета. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет увеличения быстродействия и уменьшения потерь тяги при управлении БЛА. Поставленная задача достигается тем, что комбинированный беспилотный летательный аппарат содержит свободнонесущее крыло, двигательную установку и полезную нагрузку. При этом аппарат имеет два поворотных двигателя, расположенные симметрично относительно оси аппарата и вне его, при этом каждый поворотный двигатель состоит из винта, соединительных скоб и цилиндрического корпуса, который через вал, установленный в цилиндрическую втулку, жестко закрепленную к свободнонесущему крылу аппарата, соединяется с приводом двигателя, при этом каждый двигатель имеет независимый управляемый привод. Основными преимуществами комбинированного беспилотного летательного аппарата являются отсутствие потерь тяги в процессе управления полетом БЛА, что повышает эффективность управлении БЛА; быстродействие управления полетом БЛА определяется только характеристиками привода двигателей; более высокая скорость полета БЛА, определяемая только характеристиками двигателей; возможность размещения любого специального оборудования во внутреннем объеме крыла 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.). 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 наличие потерь тяги при использовании аэродинамических органов управления полетом БЛА, т.к. они представляют собой сплошные щитки, представляющие собой большое аэродинамическое сопротивление. Использование газодинамических органов управления являются эффективными только при больших скоростях полета.

Задачей полезной модели является улучшение технических характеристик, заключающихся в эффективном управлении БЛА при одновременном увеличении скорости его полета

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет увеличения быстродействия и уменьшения потерь тяги при управлении БЛА.

Поставленная задача достигается тем, что комбинированный беспилотный летательный аппарат содержит свободнонесущее крыло, двигательную установку и полезную нагрузку. При этом аппарат имеет два поворотных двигателя, расположенные симметрично относительно оси аппарата и вне его, при этом каждый поворотный двигатель состоит из винта, соединительных скоб и цилиндрического корпуса, который через вал, установленный в цилиндрическую втулку, жестко закрепленную к свободнонесущему крылу аппарата, соединяется с приводом двигателя, при этом каждый двигатель имеет независимый управляемый привод.

На фиг.1 изображен вид БЛА сверху, а на фиг.2 изображен вид БЛА сбоку при расположении плоскости винтов поворотных двигателя параллельно оси БЛА, на фиг.3 изображен вид БЛА сверху, а на фиг.4 изображен вид БЛА сбоку при расположении плоскости винтов поворотных двигателя перпендикулярно оси БЛА,

где: 1 - свободнонесущее крыло;

2 - двигатели;

3 - стабилизатор;

4 - носовой обтекатель;

5 - винт;

6 - соединительные скобы;

7 - цилиндрический корпус двигателя;

8 - вал;

9 - цилиндрическая втулка;

10 - стержни крепления стабилизатора;

11 - колеса.

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

Свободнонесущее крыло 1 предназначено для размещения и крепления всех составных частей аппарата. В передней части аппарата установлен носовой обтекатель 4, 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 обеспечивающей минимальное аэродинамическое сопротивление. 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 поворотных двигателей 2, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его. Каждый поворотный двигатель состоит из винта 5, соединительных скоб 6 и цилиндрического корпуса 7, который через вал 8, установленный в цилиндрическую втулку 9, жестко закрепленную к свободнонесущему крылу аппарата, соединяется с приводом двигателя. При этом каждый двигатель 2 имеет независимый управляемый привод. Каждый поворотный двигатель 2 выполняет функции как маршевого, так и подъемного двигателей.

Стабилизатор 3 предназначен для смещения центра давления в сторону от центра масс, что обеспечивает запас статической устойчивости. Поскольку центр масс летательного аппарата расположен впереди центра давления крыла 1, 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 3, выполнен в виде пластины, крепящейся с помощью соединительных стержней 10 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 11. 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. При этом плоскости винтов 5 располагаются параллельно оси БЛА (фиг.1-2). Запуск поворотных двигателей 2 при старте осуществляется автоматически или по команде оператора. При запуске БЛА поворотные двигатели 2 начинают свою работу одновременно. Как только суммарная тяга, создаваемая поворотными двигателями 2 превысит стартовый вес БЛА, он отрывается от поверхности и начинает совершать подъем до набора нужной высоты. Так как оси валов поворотных двигателей 2 проходят через центр масс БЛА, то в процессе его подъема аппарат является статически устойчивым. На данном режиме поворотные двигатели 2 выполняют роль подъемного двигателя. Следует отметить, что для запуска БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы.

Режим - «Висение». При необходимости БЛА зависает в воздухе над заданной точкой (фиг.1-2). Для этого поворотные двигатели 2 работают таким образом, чтобы БЛА расположился над заданной точкой поверхности. При этом суммарная тяга, создаваемая поворотными двигателями 2, должна равняться стартовому весу БЛА.

Режим - «Полет». Для реализации данного режимам необходимо подать команду от системы управления на поворот двигателей 2 на 90°. При этом плоскости винтов 5 располагаются перпендикулярно оси БЛА (фиг.3-4). Такое положение двигателей 2 позволяет достичь высокую скорость полета БЛА,

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.

Управление полетом БЛА как по направлению (углы тангажа, рыскания и вращения), так и по модулю (изменение скорости полета) осуществляется синхронным поворотом двигателей 2, поворотом только одного из них или соответствующим изменением числа оборотов этих двигателей (одного из двигателей).

Разработанный БЛА экономичен. Это достигается его формой, которая уменьшает

его аэродинамическое сопротивление. Стабилизатор 3 совместно со свободнонесущим крылом 1 позволяет БЛА планировать.

Режим - «Приземление». Приземление БЛА осуществляется по мере уменьшения числа оборотов обоих поворотных двигателей 2 (фиг.1-2). При этом БЛА плавно приземляется. Следует отметить, что для приземления БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы.

Основными преимуществами комбинированного беспилотного летательного аппарата являются:

- отсутствие потерь тяги в процессе управления полетом БЛА, что повышает эффективность управлении БЛА;

- быстродействие управления полетом БЛА определяется только характеристиками привода двигателей;

- более высокая скорость полета БЛА, определяемая только характеристиками двигателей;

- возможность размещения любого специального оборудования во внутреннем объеме крыла 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.).

Беспилотный летательный аппарат с двумя поворотными двигателями, включающий свободнонесущее крыло и двигатель, отличающийся тем, что аппарат имеет два поворотных двигателя, расположенные симметрично относительно оси аппарата и вне его, при этом каждый поворотный двигатель состоит из винта, соединительных скоб и цилиндрического корпуса, который через вал, установленный в цилиндрическую втулку, жестко закрепленную к свободнонесущему крылу аппарата, соединяется с приводом двигателя, при этом каждый двигатель имеет независимый управляемый привод.