RU2699261C1

RU2699261C1 - Unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: RU2699261C1
Application number: RU2018138959A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Вдовиченко; Александр Юрьевич Козин; Анатолий Петрович Мищенко; Игорь Олегович Монахов; Сергей Павлович Полунин; Евтулган Кимашевич Сыздыков; Сергей Петрович Шарков
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2019-09-04

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: unmanned aerial vehicle comprises an asymmetric body, a radar nose cone, a propulsion system and a flight control system with a flat active phased antenna array, maximum aperture of which is provided due to the angle of inclination of the radiating surface to the longitudinal axis of the housing, which provides its direction towards the upper part of the surface of the nose radiotranspar fairing. Propulsion system and flight control system are configured to operate in turned by 180° by roll position.

EFFECT: invention is aimed at improvement of accuracy of guidance on final section of flight trajectory.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к системам управления беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), с управляющими устройствами, действующими автоматически с использованием излучаемых сигналов, а также к размещению и приспособлению приборов на БПЛА, преимущественно, с несимметричным корпусом, обеспечивающим за счет несимметричности своей формы создание подъемной силы при обтекании потоком воздуха в полете.The invention relates to control systems for unmanned aerial vehicles (UAVs), with control devices that operate automatically using the emitted signals, as well as to the placement and adaptation of devices on UAVs, mainly with an asymmetric body, which ensures, due to the asymmetry of its shape, the creation of lift during flow around air flow in flight.

Известен БПЛА, патент RU №2297950 С1, принятый за прототип, содержащий корпус с носовым радиопрозрачным обтекателем, полезной нагрузкой, двигательной установкой и системой управления полетом по введенным координатам, включающей рулевые элементы и головку самонаведения (ГСН) на конечном участке траектории полета, снабженную антенной, закрепленной под носовым радиопрозрачным обтекателем. Корпус БПЛА оснащен навесным топливным баком, который снабжен аэродинамическим обтекателем, закрепленным снаружи его корпуса с образованием дополнительного объема, в котором размещена аппаратура дополнительного пассивного широкодиапазонного канала ГСН, сообщенная электрической связью с системой управления, корректирующую работу системы управления до конечного участка траектории полета БПЛА. Для формирования подъемной силы, действующий на корпус БПЛА в полете, известный БПЛА может содержать несимметричный корпус, при этом верхняя часть поверхности носового радиопрозрачного обтекателя выполняется выпуклой, а нижняя его часть выполняется уплощенной. Для повышения точности наведения на конечном участке траектории полета БПЛА, путем обеспечения безинерционной работы антенны ГСН, антенна может быть выполнена в виде плоской активной фазированной антенной решетки (АФАР), закрепленной под носовым радиопрозрачным обтекателем с расположением ее излучающей поверхности параллельно поперечной оси беспилотного летательного аппарата и наклоном к его продольной оси в сторону нижней части поверхности носового радиопрозрачного обтекателя (A.M. Батков, А.А. Борисов "Критические технологии в создании авиационной техники нового поколения", сборник "Новости авиакосмической науки и технологии, МАКС 2003", стр. 9, изд. ОАО "Авиасалон", Межрегиональное Общество авиастроителей).Known UAV, patent RU No. 2297950 C1, adopted for the prototype, comprising a body with a nasal radiolucent fairing, payload, propulsion system and flight control system according to the entered coordinates, including steering elements and homing head (GOS) at the end of the flight path, equipped with an antenna fixed under the nose radiolucent fairing. The UAV case is equipped with a hinged fuel tank, which is equipped with an aerodynamic fairing fixed outside its body with the formation of an additional volume, in which the equipment of the additional passive wide-range GSN channel is located, communicated by electrical communication with the control system, which corrects the operation of the control system to the final section of the UAV flight path. For the formation of the lifting force acting on the UAV body in flight, the known UAV may contain an asymmetric body, while the upper part of the surface of the nasal radiolucent fairing is convex, and its lower part is flattened. To improve the accuracy of pointing at the final portion of the UAV flight path, by ensuring the inertialess operation of the GOS antenna, the antenna can be made in the form of a flat active phased antenna array (AFAR), mounted under the nose radiolucent fairing with its emitting surface parallel to the transverse axis of the unmanned aerial vehicle and tilting to its longitudinal axis towards the lower part of the surface of the nasal radiolucent fairing (AM Batkov, AA Borisov "Critical technologies in creating Research Institute of aviation technology of the new generation ", a collection of" News of aerospace science and technology, MAKS 2003 ", p. 9, ed. JSC" Air Show ", Inter-Regional Society of aircraft manufacturers).

Существенными признаками предлагаемого БПЛА, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: беспилотный летательный аппарат, содержащий несимметричный корпус с носовым радиопрозрачным обтекателем, верхняя и нижняя части поверхности которого образуют его ширину, при этом верхняя часть выполнена выпуклой, а нижняя часть уплощенной, полезной нагрузкой, двигательной установкой и системой управления полетом, включающей рулевые элементы и головку самонаведения, снабженную активной фазированной антенной решеткой, закрепленной под носовым радиопрозрачным обтекателем с расположением ее излучающей поверхности параллельно поперечной оси корпуса и наклоном к его продольной оси.The essential features of the proposed UAV, which coincides with the features of the prototype, are as follows: an unmanned aerial vehicle containing an asymmetric hull with a nasal radiolucent fairing, the upper and lower parts of the surface of which form its width, while the upper part is convex and the lower part is flattened, payload, propulsion system and flight control system, including steering elements and homing, equipped with an active phased antenna array, fixed od nose radome located with its radiating surface parallel to the transverse axis of the housing and an inclination to its longitudinal axis.

В известном БПЛА закрепление АФАР с наклоном излучающей поверхности к продольной оси БПЛА сопряжен с ее расположением в зоне выпуклой верхней части поверхности носового радиопрозрачного обтекателя меньшей ширины, что приводит к уменьшению суммарной площади (апертуры) АФАР и точности наведения БПЛА на конечном участке траектории полета.In the known UAV, the fastening of the AFAR with the inclination of the radiating surface to the longitudinal axis of the UAV is associated with its location in the area of the convex upper part of the surface of the nose radiolucent transparent fairing of smaller width, which leads to a decrease in the total area (aperture) of the AFAR and the accuracy of the guidance of the UAV in the final section of the flight path.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, является обеспечение возможности увеличения апертуры АФАР, для повышения точности наведения на конечном участке траектории полета БПЛА.The technical result, the achievement of which the proposed device is aimed at, is providing the possibility of increasing the aperture of the AFAR to improve the accuracy of guidance on the final section of the UAV flight path.

Для решения достижения указанного технического результата, в беспилотном летательном аппарате, содержащем несимметричный корпус с носовым радиопрозрачным обтекателем, верхняя и нижняя части поверхности которого образуют его ширину, при этом верхняя часть выполнена выпуклой, а нижняя часть уплощенной, полезной нагрузкой, двигательной установкой и системой управления полетом, включающей рулевые элементы и головку самонаведения, снабженную активной фазированной антенной решеткой, закрепленной под носовым радиопрозрачным обтекателем с расположением ее излучающей поверхности параллельно поперечной оси корпуса и наклоном к его продольной оси, угол наклона излучающей поверхности активной фазированной антенной решетки к продольной оси корпуса обеспечивает ее направление в сторону верхней части поверхности носового радиопрозрачного обтекателя, система управления полетом выполнена с возможностью поворота беспилотного летательного аппарата по крену на 180° и управления полетом в повернутом по крену положении, а двигательная установка выполнена с возможностью работы в повернутом по крену положении.To solve the achievement of the specified technical result, in an unmanned aerial vehicle containing an asymmetric body with a nasal radio-transparent fairing, the upper and lower parts of the surface of which form its width, while the upper part is convex and the lower part is flattened, payload, propulsion system and control system flight, including steering elements and a homing head, equipped with an active phased antenna array, mounted under the nose radiolucent fairing with its emitting surface parallel to the transverse axis of the hull and inclined to its longitudinal axis, the angle of inclination of the emitting surface of the active phased array antenna to the longitudinal axis of the casing ensures its direction toward the upper part of the surface of the nose radio-transparent fairing, the flight control system is configured to rotate an unmanned aerial vehicle 180 ° roll and flight control in a rotated roll position, and the propulsion system is designed to work rotated on a roll position.

Отличительными признаками предлагаемого БПЛА является то, что угол наклона излучающей поверхности активной фазированной антенной решетки к продольной оси корпуса обеспечивает ее направление в сторону верхней части поверхности носового радиопрозрачного обтекателя, система управления полетом выполнена с возможностью поворота беспилотного летательного аппарата по крену на 180° и управления полетом в повернутом по крену положении, а двигательная установка выполнена с возможностью работы в повернутом по крену положении.Distinctive features of the proposed UAV is that the angle of inclination of the emitting surface of the active phased antenna array to the longitudinal axis of the hull ensures its direction towards the upper part of the surface of the nose radiolucent fairing, the flight control system is configured to rotate the unmanned aerial vehicle through a roll of 180 ° and control flight in a rotated roll position, and the propulsion system is configured to work in a rotated roll position.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается возможность увеличения апертуры АФАР, для повышения точности наведения на конечном участке траектории полета БПЛА.Due to the presence of these distinctive features in conjunction with the known, it is possible to increase the aperture of the AFAR, to improve the accuracy of guidance on the final section of the UAV flight path.

Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, использующих БПЛА, как для повышения точности подлета к цели маршрута, так и для повышения точности возврата к месту старта, например, в метеорологии для измерений и доставки измерительных зондов, в МЧС для разведки зоны чрезвычайной ситуации или доставки полезной нагрузки в зону повышенной опасности.The proposed technical solution can be applied in various sectors of the economy using UAVs, both to increase the accuracy of approaching the route’s target and to increase the accuracy of returning to the starting point, for example, in meteorology for measuring and delivering measuring probes, in the Ministry of Emergencies for reconnaissance an emergency or delivering payload to an area of increased danger.

Техническое решение поясняется чертежами, фиг. 1-3.The technical solution is illustrated by drawings, FIG. 1-3.

На фиг. 1 представлено вид сбоку БПЛА в полете до конечного участка траектории полета.In FIG. 1 shows a side view of a UAV in flight to the final portion of the flight path.

На фиг. 2 представлен вид спереди БПЛА в полете до конечного участка траектории полета.In FIG. 2 is a front view of a UAV in flight to an end portion of a flight path.

На фиг. 3 представлен вид сбоку БПЛА в полете на конечном участке траектории полета.In FIG. 3 shows a side view of a UAV in flight at the end of the flight path.

Представленный на чертежах БПЛА содержит несимметричный корпус 1 с носовым радиопрозрачным обтекателем 2, верхняя 3 и нижняя 4 части поверхности которого образуют его ширину, при этом верхняя часть 3 выполнена выпуклой, а нижняя часть 4 уплощенной, полезной нагрузкой 5, двигательной установкой 6 и системой 7 управления полетом, включающей рулевые элементы 8 и головку 9 самонаведения, снабженную АФАР 10, закрепленной под носовым радиопрозрачным обтекателем 2 с расположением ее излучающей поверхности 11 параллельно поперечной оси корпуса 1 и наклоном к его продольной оси. Угол α наклона излучающей поверхности 11 АФАР 10 к продольной оси корпуса 1 обеспечивает ее направление в сторону верхней части 3 поверхности носового радиопрозрачного обтекателя 2, система 7 управления полетом выполнена с возможностью поворота беспилотного летательного аппарата по крену на 180° и управления полетом в повернутом по крену положении, а двигательная установка 6 выполнена с возможностью работы в повернутом по крену положении. Головка 9 самонаведения, посредством АФАР 10, обеспечивает сканирование земной поверхности 12 на конечном участке траектории полета БПЛА.Presented on the drawings, the UAV contains an asymmetric housing 1 with a nasal radiolucent fairing 2, the upper 3 and lower 4 of the surface of which form its width, while the upper part 3 is convex and the lower part 4 is flattened, payload 5, propulsion system 6 and system 7 flight control, including steering elements 8 and homing head 9, equipped with AFAR 10, mounted under the nose radio-transparent fairing 2 with the location of its radiating surface 11 parallel to the transverse axis of the housing 1 and inclined nom to its longitudinal axis. The angle α of inclination of the radiating surface 11 AFAR 10 to the longitudinal axis of the housing 1 provides its direction towards the upper part 3 of the surface of the nasal radiolucent fairing 2, the flight control system 7 is configured to rotate the unmanned aerial vehicle along the bank by 180 ° and control the flight in a rotated roll position, and the propulsion system 6 is configured to work in a roll-turned position. The homing head 9, by means of AFAR 10, provides a scan of the earth's surface 12 in the final section of the UAV flight path.

БПЛА работает следующим образом. Угол α (фиг. 1) наклона излучающей поверхности 11 АФАР 10 к продольной оси корпуса 1 обеспечивает ее направление в сторону верхней части 3 поверхности носового радиопрозрачного обтекателя 2, при этом нижняя часть АФАР 10 располагается вблизи уплощенной нижней части 4 поверхности носового радиопрозрачного обтекателя 2, образующей его ширину, то есть в районе его ширины, а верхняя часть АФАР 10 располагается вблизи верхней части 3 поверхности носового радиопрозрачного обтекателя 2, в районе ее задней части с наибольшим радиусом R (фиг. 2) кривизны. Благодаря этому, апертура (суммарная площадь) АФАР 10 существенно (на ~ 30%) увеличена, в отличие от прототипа с наклоном излучающей поверхности 11 АФАР 10 к продольной оси корпуса 1, обеспечивающим ее направление в сторону нижней части 4 (на чертежах не показано). Перед полетом БПЛА в систему 7 управления полетом вводятся координаты цели. Подлет БПЛА к цели осуществляется в нормальном положении, фиг. 1, при этом система 7 управления полетом управляет рулевыми элементами 8, согласно заложенной в нее логике управления, например, с измерением полетных перегрузок по осям координат и вычисления по ним положения БПЛА относительно цели (инерциальная система управления). Перед выполнением конечного участка траектории полета система 7 управления полетом, управляя рулевыми элементами 8, обеспечивает поворот БПЛА по крену на 180° (фиг. 3) и включает головку 9 самонаведения, которая посредством излучающей поверхности 11 АФАР 10 обеспечивает электронное (безинерционное) сканирование участков земной поверхности 12 в районе расположения цели, уточняет положение БПЛА относительно цели и, благодаря возможностям управления рулевыми элементами 8 в повернутом по крену положении и работы двигательной установки 6, увеличенной апертуре АФАР 10, обеспечивает уточненную траекторию полета БПЛА на конечном участке.UAV works as follows. The angle α (Fig. 1) of the inclination of the radiating surface 11 of the AFAR 10 to the longitudinal axis of the housing 1 provides its direction towards the upper part 3 of the surface of the nose radiolucent fairing 2, while the lower part of the AFAR 10 is located near the flattened lower part 4 of the surface of the radial nose fairing 2, forming its width, that is, in the region of its width, and the upper part of the AFAR 10 is located near the upper part 3 of the surface of the nose radiolucent fairing 2, in the region of its rear part with the greatest radius of curvature R (Fig. 2). Due to this, the aperture (total area) of the AFAR 10 is significantly (~ 30%) increased, in contrast to the prototype with the inclination of the emitting surface 11 of the AFAR 10 to the longitudinal axis of the housing 1, providing its direction towards the bottom 4 (not shown in the drawings) . Before the flight of the UAV, the coordinates of the target are entered into the flight control system 7. The UAV approach to the target is carried out in the normal position, FIG. 1, while the flight control system 7 controls the steering elements 8, according to the control logic embedded in it, for example, with measuring flight overloads along the coordinate axes and calculating from them the UAV position relative to the target (inertial control system). Before performing the final portion of the flight path, the flight control system 7, controlling the steering elements 8, ensures a rotation of the UAV along the bank by 180 ° (Fig. 3) and includes a homing head 9, which by means of the emitting surface 11 AFAR 10 provides electronic (inertia-free) scanning of the earth surface 12 in the vicinity of the target, clarifies the position of the UAV relative to the target and, thanks to the ability to control the steering elements 8 in a rotated roll position and the operation of the propulsion system 6, increases hydrochloric AFAR aperture 10 provides a refined UAV flight trajectory in the terminal phase.

Claims

An unmanned aerial vehicle containing an asymmetric hull with a radial transparent nose, the upper and lower parts of the surface of which form its width, while the upper part is convex and the lower part is flattened, payload, propulsion system and flight control system, including steering elements and homing head equipped with an active phased antenna array, mounted under the nose radiolucent fairing with the location of its radiating surface parallel to the transverse the hull axis and tilting to its longitudinal axis, characterized in that the angle of inclination of the emitting surface of the active phased array antenna to the longitudinal axis of the hull provides its direction towards the upper part of the surface of the nose radiolucent fairing, the flight control system is configured to rotate the unmanned aerial vehicle along the roll 180 ° and flight control in a roll-turned position, and the propulsion system is configured to work in a roll-turned position.