RU2716391C2 - Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing - Google Patents

Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing Download PDF

Info

Publication number
RU2716391C2
RU2716391C2 RU2017143420A RU2017143420A RU2716391C2 RU 2716391 C2 RU2716391 C2 RU 2716391C2 RU 2017143420 A RU2017143420 A RU 2017143420A RU 2017143420 A RU2017143420 A RU 2017143420A RU 2716391 C2 RU2716391 C2 RU 2716391C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wing
fuselage
wings
electric motors
lifting
Prior art date
Application number
RU2017143420A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017143420A3 (en
RU2017143420A (en
Inventor
Михаил Игоревич Каневский
Александр Николаевич Зубарев
Максим Евгеньевич Бояров
Юрий Николаевич Кораблев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли России
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли России filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли России
Priority to RU2017143420A priority Critical patent/RU2716391C2/en
Publication of RU2017143420A publication Critical patent/RU2017143420A/en
Publication of RU2017143420A3 publication Critical patent/RU2017143420A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2716391C2 publication Critical patent/RU2716391C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • B64C27/08Helicopters with two or more rotors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to unmanned aerial vehicles designs. Vertical take-off and landing vertical unmanned aerial vehicle is arranged in tandem aerodynamic scheme and comprises fuselage with fixed forward and rear wings of reverse boom arranged on fuselage with rear wing shifting up and up in height relative to front wing, with pitch of rear wing installation over pitch is more than front wing. Wing consoles are equipped with aerodynamic control devices configured to hang down at angle of 90 degrees, end cones, bent down perpendicular to plane of wing. On wings cantilevers there are four lifting propeller groups arranged symmetrically relative to centre of masses of said apparatus and containing electric motors and external single-blade profiled screws fixed on electric motors in horizontal hinges with possibility of self-orientation of blades along incident flow. Apparatus also comprises propulsive propulsion group made pusher, with its arrangement at end of rear part of fuselage.EFFECT: provides for weight reduction, increased reliability.5 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области летательных аппаратов, в частности, к беспилотным летательным аппаратам (далее БЛА) вертикального взлета и посадки.The invention relates to the field of aircraft, in particular, to unmanned aerial vehicles (hereinafter UAVs) of vertical take-off and landing.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны различные конструкции летательных аппаратов (далее ЛА), обеспечивающие возможность функционирования ЛА в режиме вертикального взлета и посадки.There are various designs of aircraft (hereinafter referred to as aircraft), providing the possibility of the aircraft functioning in the vertical take-off and landing mode.

Известны самолеты вертикального взлета и посадки (далее СВВП), использующие для вертикального взлета дополнительные подъемные двигатели или двигатели с изменяемым вектором тяги. Это дорого, технически очень сложно и имеет невысокую надежность.Known aircraft vertical take-off and landing (hereinafter VTOL), using for vertical take-off additional lifting engines or engines with a variable thrust vector. It is expensive, technically very difficult and has low reliability.

Известно техническое решение винтомоторного самолета с использованием поворотных двигателей с подъемными винтами с изменяемым шагом (US, 2011036955, А1). Такой самолет дополнительно усложнен сложной системой поворота лопастей.A technical solution is known for a propeller-driven aircraft using rotary engines with variable pitch propellers (US, 2011036955, A1). Such an aircraft is additionally complicated by a complex blade rotation system.

Например, известен СВВП V-22 «Osprey» (https://militaryarms.ru/vertolety/bell-v-22-osprey), выполненный по близкой к указанной выше схеме (US, 2011036955, А1), который является конвертопланом, имеет два двигателя, которые могут менять вектор тяги с горизонтального на вертикальный, может взлетать и садиться вертикально, как вертолет, но при этом он способен к длительному горизонтальному полету на высокой скорости, как самолет. «Osprey» выполнен по нормальной аэродинамической схеме, это - высокоплан с двумя газотурбинными двигателями (ГТД) и двухкилевым хвостовым оперением. Фюзеляж конвертоплана - полумонококового типа, с прямоугольным сечением. Боковые обтекатели фюзеляжа служат для уборки основных стоек шасси, размещения дополнительных топливных баков и некоторых систем оборудования конвертоплана. Крыло конвертоплана - кессонного типа с двумя лонжеронами, оно имеет небольшой угол обратной стреловидности. Механизация крыла конвертоплана состоит из четырех элеронов. Крыло расположено на круговой опоре, что позволяет поворачивать его и размещать вдоль фюзеляжа для уменьшения габаритов ЛА. Силовая установка конвертоплана состоит из двух двигателей Rolls-Royce АЕ 1107С, расположенных в поворотных мотогондолах на концах крыла. Двигатели соединяются друг с другом через крыло, что позволяет в случае отказа одного из них совершить управляемое снижение. Винты имеют по три трапециевидных лопасти. Во время вертикального полета управление происходит за счет изменения шага винтов и тяги двигателя. После достижения аппаратом скорости 180-200 км/ч подъемная сила уже обеспечивается аэродинамическими поверхностями, и мотогондолы переводятся в горизонтальное положение.For example, the VTOL V-22 “Osprey” is known (https://militaryarms.ru/vertolety/bell-v-22-osprey), made in accordance with the scheme described above (US, 2011036955, A1), which is a convertiplane, has two engines that can change the thrust vector from horizontal to vertical can take off and land vertically, like a helicopter, but it is capable of long horizontal flight at high speed, like an airplane. "Osprey" is made according to the normal aerodynamic scheme, it is a high-wing with two gas turbine engines (GTE) and a twin-tail tail. The tiltrotor fuselage is a semi-monocoque type, with a rectangular section. The side fairings of the fuselage are used to clean the main landing gear, placement of additional fuel tanks and some systems of equipment tiltrotor. The wing of the tiltrotor is a caisson type with two spars; it has a small angle of reverse sweep. The mechanization of the wing of a tiltrotor consists of four ailerons. The wing is located on a circular support, which allows you to rotate it and place along the fuselage to reduce the dimensions of the aircraft. The power plant of the tiltrotor consists of two Rolls-Royce AE 1107C engines located in rotary engine nacelles at the wing ends. The engines are connected to each other through the wing, which allows in the event of failure of one of them to make a controlled reduction. The screws have three trapezoidal blades. During a vertical flight, control occurs by changing the pitch of the propellers and the engine thrust. After the apparatus reaches a speed of 180-200 km / h, the lifting force is already provided by aerodynamic surfaces, and the engine nacelles are moved to a horizontal position.

Однако балансировка такого СВВП на режиме висения является сложной задачей, требующей применения высокоточных приводов и обеспечения жесткой синхронизации поворотных двигателей. Использование только двух винтомоторных групп требует очень сложной работы автопилота для обеспечения его балансировки как на режиме висения, так и на переходных режимах от висения к полету по маршруту с использованием подъемной силы крыльев. Из-за наличия сложных механизмов поворота тяжелых мотогондол и крыльев такое решение технически очень сложно, имеет невысокую надежность и высокую стоимость.However, balancing such a VTOL aircraft in hovering mode is a difficult task, requiring the use of high-precision drives and providing tight synchronization of rotary engines. The use of only two rotor-motor groups requires a very complex autopilot operation to ensure its balancing both in hover mode and in transition modes from hover to flight along the route using the lift of the wings. Due to the presence of complex turning mechanisms for heavy nacelles and wings, such a solution is technically very difficult, has low reliability and high cost.

Известно непилотируемое воздушное средство с использованием одних и тех же двигателей для взлета, посадки и полета по маршруту (US, 2011042508, А1). Средство приспособлено для взлета с крыльями, установленными в вертикальном положении, в отличие от их положения в горизонтальном полете, в котором они горизонтальны. Указанное воздушное средство содержит:Known unmanned aerial vehicle using the same engines for takeoff, landing and flight en route (US, 2011042508, A1). The tool is adapted for take-off with wings mounted in a vertical position, in contrast to their position in horizontal flight, in which they are horizontal. The specified air tool contains:

- три или более элемента, производящие тягу, дифференцированно размещенные в отношении к направлению тяги указанных элементов, когда указанный фюзеляж находится в вертикальном или горизонтальном положении при полете;- three or more thrust producing elements differentially placed with respect to the thrust direction of said elements when said fuselage is in a vertical or horizontal position during flight;

- одно или более крыльев, например, два крыла по схеме биплана, с размещенными на концах каждого из указанных крыльев двумя элементами, продуцирующими тягу;- one or more wings, for example, two wings according to the biplane scheme, with two thrust producing elements located at the ends of each of these wings;

- систему контроля полета, адаптированную к управлению положением указанного воздушного средства, когда взлет вертикален, путем варьирования тяги трех или более элементов создания тяги, и адаптированную для контроля положения средства в горизонтальном полете путем варьирования тяги трех или более элементов, производящих тягу. При этом указанные три или более элементов, продуцирующих тягу, установлены фиксированными, не вращающимися относительно указанных одних или более крыльев, и воздушное средство приспособлено для вертикального взлета с выступающими ребрами крыльев, направленными вверх.- a flight control system adapted to control the position of the specified air vehicle when the take-off is vertical by varying the thrust of three or more thrust generating elements, and adapted to control the position of the vehicle in horizontal flight by varying the thrust of three or more thrust generating elements. Moreover, these three or more elements producing thrust are fixed, not rotating relative to the indicated one or more wings, and the air means is adapted for vertical take-off with protruding edges of the wings directed upward.

Однако использование только двух винтомоторных групп требует очень сложной работы автопилота для обеспечения его балансировки как на режиме висения, так и на переходных режимах от висения к горизонтальному полету, не гарантирует безопасности переходных режимов функционирования.However, the use of only two rotor-motor groups requires a very complex autopilot operation to ensure its balance both in hovering mode and in transitional modes from hovering to horizontal flight; it does not guarantee the safety of transient operating modes.

Известно техническое решение беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой (US, 7874513, В1), содержащего фюзеляж со стабилизатором в его задней части и с двумя неподвижными крыльями, в котором использованы четыре вентилятора, при этом:A technical solution is known for an unmanned aerial vehicle with vertical take-off and landing (US, 7874513, B1), containing a fuselage with a stabilizer in its rear and with two fixed wings, in which four fans are used, while:

- первые вентиляторы, управляемые первым двухтактным двигателем приводного вала, размещенным в передней части фюзеляжа, установлены на двух концах первого крыла и приспособленные для их поворота в крыле вперед при крейсерском полете, вверх при вертикальном взлете и назад и вверх при вертикальной посадке;- the first fans, driven by the first two-stroke drive shaft engine located in front of the fuselage, are installed at the two ends of the first wing and adapted to rotate them forward in the wing during cruise flight, up during vertical take-off and back and up during vertical landing;

- второе крыло размещено за первым крылом и содержит элементы управления, включающие закрылки, передние кромки и элероны;- the second wing is located behind the first wing and contains controls, including flaps, leading edges and ailerons;

- вторые вентиляторы, управляемые вторым двухтактным двигателем приводного вала, размещенным в задней части фюзеляжа, установлены с двух сторон фюзеляжа в его задней части.- second fans controlled by a second two-stroke engine of the drive shaft located in the rear of the fuselage are installed on both sides of the fuselage in its rear.

Однако указанное выше воздушное средство имеет очень высокое лобовое сопротивление, сложно в исполнении и управлении из-за наличия в нем большого количества механических узлов с необходимостью их синхронного взаимодействия, больших затрат топлива при низком уровне надежности, что значительно усложняет задачу его применения.However, the aforementioned air tool has a very high drag, it is difficult to execute and control due to the presence of a large number of mechanical components in it with the need for their synchronous interaction, high fuel consumption at a low level of reliability, which greatly complicates the task of its application.

Известно воздушное средство с мультиконфигурируемыми винтокрылыми роторами (US, 9257581, В2), приспособленное для вертикального взлета и горизонтального полета, содержащее: фюзеляж; три или более элемента, производящие тягу и отдельно размещенные для создания тяги в трех направлениях, пока фюзеляж в вертикальном полете; одну или более пар крыльев, и систему контроля полета, адаптированную для управления положением указанного воздушного средства в течение вертикального взлета путем изменения тяги трех или более элементов тяги. При этом указанные одна или более пар крыльев содержат: первое левое крыло, содержащее первый левый винтокрылый ротор винтомоторной группы; первое правое крыло, содержащее первый правый винтокрылый ротор винтомоторной группы; указанные винтокрылые роторы питаются от электродвигателей, установленных в концевых обтекателях указанных крыльев; указанные электродвигатели содержат ротор и статор, и каждый винтокрылый ротор винтомоторной группы содержит первую лопасть и вторую лопасть; указанный первый левый винтокрылый ротор винтомоторной группы и указанный первый правый винтокрылый ротор винтомоторной группы приспособлены для разворачивания от конфигурации в горизонтальном полете, в котором указанные роторы винтомоторных групп составляют тандем в крыльях, до конфигурации при вертикальном взлете, в котором указанные роторы винтомоторные группы конфигурированы как двухлопастные пропеллеры, и указанные первая и вторая лопасть имеют ребра вверх в течение вертикального полета и каждое ребро указанных лопастей развернуто вперед при крейсерском полете, роторы указанных электродвигателей вращаются вокруг указанного статора этих двигателей вокруг первой оси, указанная лопасть разворачивается от указанного положения крейсерского полета до конфигурации вертикального взлета путем поворота вокруг второй оси внутри ротора. При этом статоры указанных электродвигателей закреплены на указанных крыльях, и роторы указанных электродвигателей закреплены на указанных винтокрылых роторах.Known air tool with multi-configurable rotorcraft rotors (US, 9257581, B2), adapted for vertical take-off and horizontal flight, comprising: a fuselage; three or more elements producing thrust and separately placed to create thrust in three directions while the fuselage is in vertical flight; one or more pairs of wings, and a flight control system adapted to control the position of said air means during vertical take-off by changing the thrust of three or more thrust elements. Moreover, these one or more pairs of wings contain: the first left wing containing the first left rotor of the rotor of the propeller group; the first right wing containing the first right rotorcraft rotor of the propeller group; these rotorcraft are powered by electric motors installed in the end fairings of these wings; said electric motors comprise a rotor and a stator, and each rotorcraft rotor of a rotor engine group comprises a first blade and a second blade; said first left wing rotor of a rotor engine group and said first right wing rotor of a rotor engine group are adapted to be deployed from a horizontal flight configuration in which said rotor group rotors make a tandem in wings to a vertical take-off configuration in which said rotor group rotor is configured as two-blade propellers, and said first and second blades have ribs up during vertical flight and each rib of said blades develops turned forward during a cruise flight, the rotors of these electric motors rotate around the specified stator of these engines around the first axis, the specified blade is rotated from the specified position of the cruise flight to the vertical take-off configuration by turning around the second axis inside the rotor. Moreover, the stators of said electric motors are fixed on said wings, and the rotors of said electric motors are fixed on said rotorcraft rotors.

При этом вторая лопасть разворачивается от ее положения в крейсерском полете к положению при вертикальном взлете путем поворота вокруг третьей оси в роторе. При этом средство дополнительно содержит: вертикальный стабилизатор, закрепленный на указанном фюзеляже; двигатель, закрепленный на вертикальном стабилизаторе, причем указанный двигатель приспособлен для поворота из первой наружной конфигурации, обеспечивающей подъемную силу тяги, во вторую наружную конфигурацию, обеспечивающую тягу вниз. При этом указанные статоры электромоторов соединены с указанными крыльями с помощью составных соединений для вращения указанных электродвигателей вокруг оси тангажа указанного средства.In this case, the second blade rotates from its position in cruising flight to the position during vertical take-off by turning around the third axis in the rotor. In this case, the tool further comprises: a vertical stabilizer mounted on the specified fuselage; an engine mounted on a vertical stabilizer, wherein said engine is adapted to rotate from a first external configuration providing lifting force to a second external configuration providing downward movement. Moreover, these stators of electric motors are connected to these wings using composite connections for rotating said motors around the pitch axis of said means.

Однако описанное средство (US, 9257581, В2) сложно в исполнении и управлении из-за наличия в нем большого количества механических узлов с необходимостью их синхронного взаимодействия, что значительно усложняет задачу его применения.However, the described tool (US, 9257581, B2) is difficult to execute and manage due to the presence of a large number of mechanical nodes in it with the need for their synchronous interaction, which greatly complicates the task of its application.

Длительность полета такого воздушного средства определяется емкостью бортовых аккумуляторных батарей.The duration of the flight of such an air vehicle is determined by the capacity of the onboard batteries.

После изменения положения лопастей винтокрылых роторов и даже при ориентации их по потоку при положительных углах атаки воздушного средства на них будут возникать кабрирующие моменты, пропорциональные квадрату путевой скорости и углу атаки, и на определенных скоростях полета потребуется определенная эффективность рулей высоты для компенсации этого момента.After changing the position of the rotor-wing rotor blades and even when they are oriented in the flow at positive angles of attack of the air means, they will experience convincing moments proportional to the square of the ground speed and the angle of attack, and at certain flight speeds, a certain efficiency of the elevators will be required to compensate for this moment.

Кроме того, три винтомоторные группы плохо поддаются балансировке в канале рыскания при управлении и стабилизации пространственного положения оборотами винтомоторных групп, особенно на переходных режимах, при запуске таких пропеллеров возникают большие моменты и тряска, с которой могут не справиться органы управления.In addition, three rotor-motor groups are difficult to balance in the yaw channel when controlling and stabilizing the spatial position by rotations of the rotor-motor groups, especially in transition modes, when such propellers are launched, large moments and shaking occur, which the controls may not be able to handle.

Известен беспилотный квадрокоптер (US, D798961, S), содержащий фюзеляж с закрепленными на нем на концах консолей, образующих крестообразную конструкцию, четырьмя винтомоторными группами, размещенными в консолях в вертикальном положении и имеющих наружные двухлопастные винты. В связи с тем, что у такого квадрокоптера нет крыльев и он летит только за счет подъемной сила винтов, резко снижается время полета в сравнении с самолетом при одинаковом потреблении топливаKnown unmanned quadrocopter (US, D798961, S), containing the fuselage mounted on it at the ends of the consoles, forming a cross-shaped design, four propeller groups placed in the consoles in a vertical position and having external two-bladed screws. Due to the fact that such a quadrocopter has no wings and it flies only due to the lifting force of the propellers, the flight time is sharply reduced compared to an airplane with the same fuel consumption

Известен беспилотный летательный аппарат UAV JUMP-20, совмещающий конструкции самолета и квадрокоптера и запускаемый с катапульты (http://zonwar.ru/news4/news_715_Jump-20.html), по схеме реализации подъемных сил близкий к настоящему изобретению. На его неподвижных крыльях расположены две дополнительные балки, каждая с двумя подъемными винтомоторными группами (далее ВМГ), содержащими электромоторы и винты с двумя наружными лопастями, с помощью которых он может вертикально взлетать и садиться. Аппарат оснащен маршевым бензиновым двигателем, установленным в передней части фюзеляжа, способным разгонять его до 133 км/ч. Система Jump имеет минимальное поперечное сечение для снижения лобового сопротивления. Для управления системой Jump требуется дополнительное программное обеспечение, которое обеспечивает переход между вертикальным и горизонтальным полетом.The UAV JUMP-20 unmanned aerial vehicle is known, combining aircraft and quadrocopter designs and launched from a catapult (http://zonwar.ru/news4/news_715_Jump-20.html), which is close to the present invention according to the scheme of implementation of the lifting forces. On its fixed wings, there are two additional beams, each with two lifting propeller groups (hereinafter referred to as VMG), containing electric motors and screws with two external blades, with which it can take off and land vertically. The device is equipped with a marching gasoline engine mounted in front of the fuselage, capable of accelerating it to 133 km / h. The Jump system has a minimal cross section to reduce drag. To control the Jump system, additional software is required that provides the transition between vertical and horizontal flight.

После вертикального взлета подъемные винты постепенно останавливаются, а в действие приводится маршевая винтомоторная группа, которая обеспечивает полет по маршруту с использованием подъемной силы крыла. Длительность полета такого воздушного средства определяется емкостью бортовых аккумуляторных батарей.After a vertical take-off, the hoisting propellers gradually stop, and the propeller-propelled marching group is driven, which ensures flight along the route using the wing lift. The duration of the flight of such an air vehicle is determined by the capacity of the onboard batteries.

К недостаткам такой схемы можно отнести наличие неудобообтекаемых балок крепления подъемных винтомоторных групп, самих моторов и винтов. При маленьких размерах (при размахе до 2 м и взлетном весе до 10 кг) и относительно небольших полетных скоростях (до 80-100 км/ч) это не вносит в полет больших возмущений. Но при взлетном весе более 300 кг потребуются подъемные винты большого диаметра (около 2,5 м), которые в режиме горизонтального полета будут приводить к появлению больших знакопеременных сил на вращающихся винтах: тряске с частотой вращения винта и амплитудой, пропорциональной квадрату путевой скорости БЛА, что может привести к разрушению либо винта, либо конструкции самого БЛА.The disadvantages of such a scheme include the presence of inconvenient flow beams for mounting lifting propeller groups, the motors themselves and the screws. With small sizes (with a range of up to 2 m and take-off weight of up to 10 kg) and relatively low flight speeds (up to 80-100 km / h), this does not introduce large disturbances into the flight. But with a take-off weight of more than 300 kg, large-diameter lifting screws (about 2.5 m) will be required, which in horizontal flight mode will lead to the appearance of large alternating forces on the rotating screws: shaking with the rotational speed of the screw and an amplitude proportional to the square of the UAV ground speed, which can lead to the destruction of either the screw or the design of the UAV itself.

После остановки подъемных винтов и даже при ориентации их вдоль по потоку при положительных углах атаки на них будут возникать кабрирующие моменты, пропорциональные квадрату путевой скорости и углу атаки. Так как подъемных винтов минимум четыре, то на определенных скоростях полета может не хватить эффективности руля высоты для компенсации этих моментов.After stopping the lifting screws, and even when they are oriented along the stream at positive angles of attack, they will produce converging moments proportional to the square of the ground speed and the angle of attack. Since there are at least four lifting screws, at certain flight speeds the elevator efficiency may not be sufficient to compensate for these points.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Целью настоящего изобретения являлось создание БЛА, содержащего минимум подвижных механических узлов при обеспечении его вертикального взлета и посадки с наименьшими затратами мощности при достаточной надежности и безопасности.The aim of the present invention was the creation of a UAV containing a minimum of movable mechanical components while ensuring its vertical take-off and landing with the least power consumption with sufficient reliability and safety.

При создании изобретения была поставлена техническая задача достижения простоты конструкции, обеспечивающей наименьшее лобовое сопротивление и возможность управления БЛА в режиме вертикального взлета и посадки и в других режимах полета с помощью управления положением аэродинамических средств управления обтеканием неподвижных крыльев при расположении элементов, создающих подъемную силу, симметричном относительно центра масс БЛА и изменения режима работы двигателей без изменения их положения в составе БЛА. Ожидаемым техническим эффектом являлось упрощение конструкции БЛА, снижение веса и стоимости, повышение надежности.When creating the invention, the technical task was set to achieve simplicity of design, providing the least drag and the ability to control UAVs in the vertical take-off and landing mode and in other flight modes by controlling the position of the aerodynamic controls for flow around the fixed wings with the arrangement of the elements creating a lifting force symmetrical with respect to UAV center of mass and changes in engine operation without changing their position in the UAV. The expected technical effect was the simplification of the design of the UAV, reducing weight and cost, increasing reliability.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Поставленная задача была решена созданием беспилотного летательного аппарата, содержащего фюзеляж, выполненный в форме обтекаемой гондолы с крыльями, несущими подъемные винтомоторные группы, содержащие электромоторы и винты с наружными лопастями, стабилизатор, маршевую винтомоторную группу, отличающегося тем, что:The problem was solved by creating an unmanned aerial vehicle containing the fuselage, made in the form of a streamlined nacelle with wings carrying lifting propeller groups containing electric motors and screws with external blades, a stabilizer, mid-flight propeller group, characterized in that:

- аппарат выполнен по аэродинамической схеме «тандем» и содержит:- the apparatus is made according to the aerodynamic scheme "tandem" and contains:

- переднее и заднее крылья, имеющие правые и левые консоли, размещенные на фюзеляже со смещением заднего крыла по высоте вверх и назад относительно переднего крыла, с углом установки заднего крыла по тангажу больше угла установки переднего крыла по тангажу, при этом:- front and rear wings having right and left consoles located on the fuselage with the rear wing shifted up and back in relation to the front wing, with the pitch angle of the rear wing greater than the pitch angle of the front wing, with:

- каждая из указанных консолей в концевой части снабжена органами аэродинамического управления, включающими элероны и рули высоты, расположенные в зоне обдува указанных консолей и выполненные с возможностью их зависания при отклонении вниз на 90 град.;- each of these consoles in the end part is equipped with aerodynamic control bodies, including ailerons and elevators located in the zone of blowing these consoles and made with the possibility of their freezing when deviated downward by 90 degrees .;

- каждая из указанных консолей снабжена концевыми обтекателями крыла, отогнутыми вниз перпендикулярно плоскости крыла, в которых размещены неподвижные стойки шасси, имеющие длину, достаточную для размещения аппарата на местности в приподнятом горизонтальном положении;- each of these consoles is equipped with end wing fairings, bent down perpendicular to the wing plane, in which fixed landing gear are placed, having a length sufficient to place the device on the ground in a raised horizontal position;

- систему электронного управления положением указанных органов аэродинамического управления от автопилота;- an electronic control system for the position of these aerodynamic control units from autopilot;

- по меньшей мере, четыре подъемные винтомоторные группы, размещенные на концах указанных правой и левой консолей переднего и заднего крыльев, содержащие бесколлекторные электромоторы, снабженные электронными контроллерами управления и частично утопленные в консоли, и верхние наружные винты на выступающих частях электромоторов, закрытых указанными концевыми обтекателями крыльев;- at least four lifting screw-motor groups located at the ends of the right and left front and rear wing consoles, containing brushless electric motors, equipped with electronic control controllers and partially recessed in the console, and upper outer screws on the protruding parts of the electric motors, closed by said end fairings wings

- маршевую винтомоторную группу, выполненную толкающей с размещением ее в конце задней части фюзеляжа и снабженную гиростабилизированной оптико-электронной системой, размещенной в носовой части указанной маршевой винтомоторной группы и содержащую бесколлекторный электромотор, снабженный электронными контроллерами управления, и наружный многолопастной винт;- a marching propeller group made by pushing it at the end of the rear part of the fuselage and equipped with a gyrostabilized optoelectronic system located in the bow of the said marching propeller group and containing a brushless electric motor equipped with electronic controllers and an external multi-blade screw;

- стабилизатор с вертикальным V-образным оперением;- stabilizer with vertical V-shaped plumage;

- гибридную силовую установку, включающую двигатель внутреннего сгорания с генератором, электрически связанным с указанными электромоторами указанных винтомоторных групп;- a hybrid power plant, including an internal combustion engine with a generator electrically connected to said electric motors of said propeller groups;

- буферную аккумуляторную батарею;- buffer battery;

- систему электронного управления режимами работы электромоторов подъемных и маршевой винтомоторных групп от автопилота, обеспечивающую возможность балансировки аппарата на режиме висения с помощью изменения скорости вращения указанных однолопастных винтов постоянного шага подъемных винтомоторных групп и возможность перевода аппарата из режима вертикального взлета в режим полета по маршруту и затем в режим вертикальной посадки путем, соответственно, отключения указанных подъемных винтомоторных групп с одновременным включением маршевой винтомоторной группы и затем включения указанных подъемных винтомоторных групп с одновременным отключением маршевой винтомоторной группы,- a system of electronic control of the operating modes of electric motors of lifting and marching propeller groups from an autopilot, providing the possibility of balancing the device on hovering by changing the speed of rotation of these single-blade propellers of constant pitch of lifting screw motors and the ability to transfer the device from vertical take-off mode to flight mode along the route and then in the vertical landing mode by, respectively, turning off the specified lifting propeller groups with simultaneous inclusion of m rshevoy-rotor group and then activate said lifting propeller groups with simultaneous switching off the cruise-rotor group

при этом:wherein:

- указанные консоли переднего и заднего крыльев выполнены с обратной стреловидностью, обеспечивающей в режиме вертикального взлета и посадки положение центра масс в точке приложения суммарной подъемной силы от всех указанных винтомоторных групп, а при полете по маршруту обеспечивающей положение центра масс впереди точки приложения суммарной подъемной силы от крыльев и фюзеляжа по направлению полета на 5-15% от длины средней аэродинамической хорды крыльев;- the indicated consoles of the front and rear wings are made with reverse sweep, which ensures the position of the center of mass at the point of application of the total lifting force from all of the indicated rotor groups in the vertical take-off and landing mode, and when flying along the route, provides the position of the center of mass in front of the point of application of the total lifting force of wings and fuselage in the direction of flight by 5-15% of the length of the average aerodynamic chord of the wings;

- указанные подъемные винтомоторные группы снабжены наружными однолопастными винтами постоянного шага, профилированными по их длине и закрепленными на валах электромоторов с помощью горизонтальных шарниров с возможностью самоориентирования указанных лопастей по набегающему потоку при отключении электромотора после перехода аппарата из режима вертикального взлета в режим висения или полета на марше.- said hoisting rotor-motor groups are equipped with external single-pitch constant pitch propellers profiled along their length and fixed on the shafts of electric motors using horizontal hinges with the possibility of self-orientation of these blades along the incoming flow when the electric motor is switched off after the device has switched from vertical take-off mode to hover mode or flight on a march .

При этом согласно изобретению целесообразно в указанных подъемных и маршевых винтомоторных группах использовать бесколлекторные электромоторы, одинаковые по мощности и конструкции, а указанные консоли крыльев выполнять одинаковыми и съемными.Moreover, according to the invention, it is advisable to use brushless electric motors of the same power and design in the said lifting and marching propeller groups, and to make the indicated wing consoles the same and removable.

Кроме того, согласно изобретению целесообразно использовать буферную аккумуляторную батарею, обеспечивающую электропитание аппарата, достаточное для снижения и посадки аппарата в случае отказа гибридной силовой установки, например, в течении 10 мин.In addition, according to the invention, it is advisable to use a buffer battery that provides power to the device, sufficient to reduce and land the device in case of failure of the hybrid power plant, for example, within 10 minutes

При этом согласно изобретению целесообразно полезную нагрузку размещать в легкосъемных, не выступающих за обводы фюзеляжа отсеках, расположенных вблизи центра масс БЛА.Moreover, according to the invention, it is advisable to place the payload in easily removable, not protruding over the fuselage contours compartments located near the center of mass of the UAV.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем изобретение поясняется примерами осуществления беспилотного летательного аппарата согласно изобретению и прилагаемыми чертежами, на которых:The invention is further illustrated by examples of the implementation of an unmanned aerial vehicle according to the invention and the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 - БЛА согласно изобретению, схематично, вид в изометрии;FIG. 1 - UAV according to the invention, schematically, isometric view;

Фиг. 2 - БЛА согласно изобретению, схематично, вид сверху;FIG. 2 - UAV according to the invention, schematically, a top view;

Фиг. 3 - БЛА согласно изобретению, схематично, вид сбоку;FIG. 3 - UAV according to the invention, schematically, a side view;

Фиг. 4 - БЛА согласно изобретению, схематично, вид спереди;FIG. 4 - UAV according to the invention, schematically, a front view;

Фиг. 5 - БЛА согласно изобретению, схематично, вид сзади.FIG. 5 - UAV according to the invention, schematically, a rear view.

При этом приведенные примеры осуществления БЛА согласно изобретению не являются исчерпывающими, не выходят за рамки формулы изобретения и не ограничивают возможности реализации изобретения.Moreover, the examples of UAVs according to the invention are not exhaustive, do not go beyond the scope of the claims, and do not limit the possibility of implementing the invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На Фиг. 1-5 показаны примеры осуществления БЛА согласно изобретению, выполненных по аэродинамической схеме «тандем» и содержащих фюзеляж 1, выполненный в форме обтекаемой гондолы с передним 2 и задним 3 крыльями, которые несут, по меньшей мере, четыре подъемные винтомоторные группы 4, содержащие электромоторы 5 и винты 6 с наружными лопастями, стабилизатор 7 и маршевую винтомоторную группу 8.In FIG. Figures 1-5 show exemplary UAVs according to the invention made according to the tandem aerodynamic configuration and comprising a fuselage 1 made in the form of a streamlined nacelle with front 2 and rear 3 wings, which carry at least four lifting propeller groups 4 containing electric motors 5 and screws 6 with external blades, stabilizer 7 and mid-flight propeller group 8.

При этом, согласно изобретению, переднее крыло 2 имеет правую 9 и левую 10 консоли, а заднее крыло 3 имеет правую 11 и левую 12 консоли, размещенные на фюзеляже 1 со смещением заднего крыла 3 по высоте вверх и назад относительно переднего крыла 2, с углом установки заднего крыла 3 по тангажу больше угла установки переднего крыла 2 по тангажу (Фиг. 1, 3), что обеспечивает снижение вредного влияния спутного следа от переднего крыла 2 на заднее крыло 3.Moreover, according to the invention, the front wing 2 has a right 9 and left 10 console, and the rear wing 3 has a right 11 and left 12 console located on the fuselage 1 with the rear wing 3 shifted up and back in relation to the front wing 2, with an angle installation of the rear wing 3 in pitch greater than the angle of installation of the front wing 2 in pitch (Fig. 1, 3), which reduces the harmful effects of the tangled track from the front wing 2 on the rear wing 3.

Согласно изобретению, указанные консоли 9, 10, 11, 12 переднего 2 и заднего 3 крыльев выполнены с обратной стреловидностью, обеспечивающей в режиме вертикального взлета и посадки положение центра А масс в точке приложения суммарной подъемной силы от всех указанных подъемных винтомоторных групп 4, а при полете по маршруту обеспечивающей положение центра А масс впереди точки приложения суммарной подъемной силы от крыльев 2, 3 и фюзеляжа 1 по направлению полета на 5-15% от длины средней аэродинамической хорды крыльев 2 и 3 (Фиг. 1, 2), что обеспечивает совпадение потребного расположения центра масс БЛА на режиме висения и в режиме полета и, соответственно, обеспечивает запас статической устойчивости БЛА.According to the invention, said consoles 9, 10, 11, 12 of the front 2 and rear 3 wings are made with reverse sweep, which ensures, in the vertical take-off and landing mode, the position of the center of mass A at the point of application of the total lifting force from all these lifting screw-motor groups 4, and when flight along the route ensuring the position of the center of mass A in front of the point of application of the total lift from wings 2, 3 and the fuselage 1 in the direction of flight by 5-15% of the length of the average aerodynamic chord of wings 2 and 3 (Fig. 1, 2), which ensures the drop in the required location of the UAV center of mass in hovering mode and in flight mode and, accordingly, provides a margin of static stability for the UAV.

Каждая из указанных консолей 9, 10 переднего крыла 2 и каждая из указанных консолей 11, 12 заднего крыла 3 в своей концевой части снабжены органами 13 аэродинамического управления (Фиг. 1, 2), включающими элероны и рули высоты, расположенные в зоне обдува указанных консолей воздушными потоками и выполненные с возможностью их зависания при отклонении вниз на 90 град., что обеспечивает уменьшение вредного лобового сопротивления консолей крыльев минимум в два раза при их вертикальной обдувке на режиме вертикального взлета и посадки и приводит к увеличению КПД подъемных винтомоторных групп.Each of these consoles 9, 10 of the front wing 2 and each of these consoles 11, 12 of the rear wing 3 in their end part are equipped with aerodynamic control bodies 13 (Fig. 1, 2), including ailerons and elevators located in the zone of blowing these consoles air flows and made with the possibility of their hovering when deflected downward by 90 degrees, which ensures a reduction in the harmful frontal resistance of the wing consoles at least two times when they are vertically blown in the vertical take-off and landing mode and leads to an increase the efficiency of lifting propeller groups.

Кроме того, каждая из указанных консолей 9, 10 переднего крыла 2 и каждая из указанных консолей 11, 12 заднего крыла 3 снабжены, соответственно, концевыми обтекателями 14 и 15 крыльев 2 и 3, отогнутыми вниз перпендикулярно плоскости крыла 2 и 3 (Фиг. 1, 3, 4), в которых размещены, соответственно, неподвижные стойки 16 и 17 шасси, имеющие длину, достаточную для размещения аппарата на местности в приподнятом горизонтальном положении (Фиг. 3, 4).In addition, each of these consoles 9, 10 of the front wing 2 and each of these consoles 11, 12 of the rear wing 3 are equipped, respectively, with end fairings 14 and 15 of wings 2 and 3, bent down perpendicular to the plane of the wing 2 and 3 (Fig. 1 , 3, 4), in which, respectively, fixed racks 16 and 17 of the chassis are located, having a length sufficient to place the device on the ground in a raised horizontal position (Fig. 3, 4).

Подъемные винтомоторные группы 4 содержат бесколлекторные электромоторы 5, снабженные электронными контроллерами управления и частично утопленные, соответственно, в консолях 9, 10 переднего крыла 2 и консолях 11, 12 заднего крыла 3, при этом выступающие вверх части электромоторов 5 закрыты указанными концевыми обтекателями 14 и 15 крыльев 2 и 3 (Фиг. 3), что позволяет уменьшить лобовое сопротивление БЛА.Hoisting propeller groups 4 contain brushless electric motors 5, equipped with electronic controllers and partially recessed, respectively, in the consoles 9, 10 of the front wing 2 and the consoles 11, 12 of the rear wing 3, while the upwardly protruding parts of the electric motors 5 are closed by said end fairings 14 and 15 wings 2 and 3 (Fig. 3), which reduces the drag of the UAV.

Указанные подъемные винтомоторные группы 4 снабжены наружными однолопастными винтами 6 постоянного шага (Фиг. 1, 3), профилированными по их длине и закрепленными на валах электромоторов 5 с помощью горизонтальных шарниров 18 (Фиг. 1) с возможностью самоориентирования указанных лопастей винтов 6 по набегающему потоку при отключении электромоторов 5 после перехода аппарата из режима вертикального взлета в режим висения или полета на марше, что в значительной степени приводит также к снижению лобового сопротивления БЛА. Использование горизонтальных шарниров 18 позволяет лопастям самоориентироваться по потоку при изменении угла атаки БЛА, что снимает дополнительное лобовое сопротивление и кабрирующий момент и позволяет решить все проблемы предотвращения тряски подъемных винтомоторных групп 4 при их горизонтальном перемещении в полете и проблемы с продольной балансировкой БЛА при полете на марше.These hoisting screw-motor groups 4 are provided with external single-blade constant-pitch screws 6 (Figs. 1, 3), profiled along their length and fixed to the shafts of electric motors 5 using horizontal hinges 18 (Fig. 1) with the possibility of self-orientation of these blades of screws 6 in a free flow when the electric motors 5 are turned off after the apparatus has switched from the vertical take-off mode to the hover mode or flight on the march, which to a large extent also leads to a decrease in the drag of the UAV. The use of horizontal hinges 18 allows the blades to self-orient with the flow when changing the angle of attack of the UAV, which removes the additional drag and cabriole moment and allows to solve all the problems of preventing shaking of the lifting propeller groups 4 during their horizontal movement in flight and problems with the longitudinal balancing of the UAV when flying on a march .

Маршевая винтомоторная группа 8 выполнена толкающей с размещением ее в конце задней части фюзеляжа 1 и снабжена гиростабилизированной оптико-электронной системой (на чертежах не показана), размещенной в носовой части указанной маршевой винтомоторной группы 8 для предотвращения попадания маршевой группы 8 в зону видимости гиростабилизированной оптико-электронной системы.The marching rotor-motor group 8 is made pushing with its placement at the end of the rear part of the fuselage 1 and is equipped with a gyro-stabilized optoelectronic system (not shown in the drawings) located in the bow of the said marching rotor-motor group 8 to prevent the marching group 8 from falling into the visibility range of the gyrostabilized opto- electronic system.

Для снижения вредного лобового сопротивления от выступающей части гиростабилизированной оптико-электронной системы, а также для предотвращения ее повреждения в ходе взлета и посадки целесообразно выполнять ее убирающейся в фюзеляж 1. При этом потребная высота и масса стоек 16 и 17 шасси уменьшаются.To reduce harmful drag from the protruding part of the gyrostabilized optoelectronic system, as well as to prevent damage during take-off and landing, it is advisable to carry it retractable into the fuselage 1. In this case, the required height and mass of the struts 16 and 17 of the chassis are reduced.

Маршевая винтомоторная группа 8 содержит бесколлекторный электромотор 5, снабженный электронными контроллерами управления (не показаны), и наружный многолопастной винт 19.Marching propeller group 8 contains a brushless electric motor 5, equipped with electronic controllers (not shown), and an external multi-blade screw 19.

БЛА согласно изобретению содержит гибридную силовую установку 20 (Фиг. 1), включающую двигатель внутреннего сгорания с генератором, электрически связанным с указанными электромоторами 5 указанных винтомоторных групп 4 и 8.The UAV according to the invention contains a hybrid power plant 20 (Fig. 1), including an internal combustion engine with a generator electrically connected to said electric motors 5 of said propeller groups 4 and 8.

При этом согласно изобретению целесообразно в качестве электромоторов 5 указанных подъемных 4 и маршевой 8 винтомоторных групп использовать бесколлекторные электромоторы 5, одинаковые по мощности и конструкции, а указанные консоли 9,10 крыла 2 и консоли 11,12 крыла 3, соответственно, выполнять одинаковыми и съемными, что обеспечивает максимальную унификацию конструкции БЛА и удешевление БЛА при серийном производстве и позволяет существенно уменьшить габариты БЛА при его транспортировке наземным транспортом.Moreover, according to the invention, it is advisable to use brushless electric motors 5, identical in power and design, as electric motors 5 of said lifting 4 and marching 8 rotor groups, and said console 9,10 of wing 2 and console 11,12 of wing 3, respectively, to be made identical and removable that provides the maximum unification of the UAV design and cheaper UAVs in mass production and can significantly reduce the dimensions of the UAV during its transportation by ground transport.

БЛА согласно изобретению содержит стабилизатор 7 с вертикальным V-образным оперением (Фиг. 1-5), которое совместно с вертикальными концевыми обтекателями 14 и 15 крыльев 2 и 3 обеспечивает требуемую устойчивость БЛА в полете.UAV according to the invention contains a stabilizer 7 with a vertical V-shaped plumage (Fig. 1-5), which together with the vertical end fairings 14 and 15 of wings 2 and 3 provides the required stability of the UAV in flight.

БЛА согласно изобретению содержит систему электронного управления положением указанных органов аэродинамического управления по командам от автопилота (не показана), которая может быть выполнена известным специалистам по авионике образом и, с учетом размещения указанных органов 13 аэродинамического управления в областях консолей, подвергающихся постоянному наиболее сильному воздействию воздушных масс, обеспечивает быстрое изменение положения элеронов и рулей высоты и необходимую маневренность БЛА.The UAV according to the invention contains a system for electronic control of the position of these aerodynamic control units by commands from an autopilot (not shown), which can be performed in a manner known to avionics specialists and, taking into account the placement of said aerodynamic control bodies 13 in the areas of the consoles subjected to the most constant constant air masses, provides a quick change in the position of the ailerons and elevators and the necessary maneuverability of the UAV.

БЛА согласно изобретению содержит буферную аккумуляторную батарею (на чертежах не показана), обеспечивающую в случае отказа гибридной силовой установки 20 электропитание БЛА, достаточное для его снижения и вертикальной посадки, например, в течение 10 мин.The UAV according to the invention contains a buffer battery (not shown in the drawings) that provides, in the event of a hybrid power plant 20 failure, supplying the UAV with sufficient power to reduce and vertical landing, for example, for 10 minutes

БЛА согласно изобретению содержит также систему 21 электронного управления режимами работы электромоторов 5 (Фиг. 1) подъемных 4 и маршевой 8 винтомоторных групп от автопилота, обеспечивающую возможность балансировки БЛА на режиме висения с помощью изменения скорости вращения указанных однолопастных винтов 6 постоянного шага в подъемных винтомоторных группах 4 и возможность перевода БЛА из режима вертикального взлета в режим полета по маршруту и затем в режим вертикальной посадки путем, соответственно, отключения указанных электромоторов 5 подъемных винтомоторных групп 4 с одновременным включением электромотора 5 маршевой винтомоторной группы 8 и затем включения указанных подъемных винтомоторных групп 4 с регулированием скорости вращения однолопастных винтов 6 и с одновременным отключением маршевой винтомоторной группы 8.The UAV according to the invention also includes a system 21 for electronic control of the operating modes of electric motors 5 (Fig. 1) of the lifting 4 and marching 8 rotor groups from the autopilot, which makes it possible to balance the UAV in the hover mode by changing the rotational speed of these single-blade propellers 6 constant pitch in the lifting rotor groups 4 and the possibility of transferring the UAV from the vertical take-off mode to the flight mode along the route and then to the vertical landing mode by, respectively, turning off the indicated electric motors 5 lifting propeller groups 4 with the simultaneous inclusion of the electric motor 5 of the marching propeller group 8 and then turning on the specified lifting propeller groups 4 with speed control of the single-blade propellers 6 and simultaneously disabling the marching propeller group 8.

БЛА может содержать датчик 22 касания, при касании которого с местностью автопилот может подавать команду на изменение режима работы электромоторов 5 подъемных винтомоторных групп 4 с уменьшением оборотов лопастей винтов 6.The UAV may include a touch sensor 22, when touching the terrain, the autopilot can give a command to change the operating mode of electric motors 5 of the lifting propeller groups 4 with a decrease in the speed of the rotor blades 6.

С целью ускорения подготовки БЛА согласно изобретению к повторному вылету, а также для обеспечения легкости замены различных типов полезных нагрузок или перевозимых грузов целесообразно выполнять фюзеляж 1 с возможностью размещения на нем полезной нагрузки в легкосъемных, не выступающих за обводы фюзеляжа 1 отсеках, расположенных вблизи центра масс БЛА.In order to accelerate the preparation of UAVs according to the invention for re-launch, as well as to ensure ease of replacing various types of payloads or transported goods, it is advisable to carry out the fuselage 1 with the possibility of placing a payload on it in easily removable, not protruding fuselage contours 1 compartments located near the center of mass UAV.

БЛА, выполненный описанным выше образом и размещенный на местности с опорой на стойки, подготавливали к вертикальному взлету путем проверки способности системы электронного управления положением указанных органов 13 аэродинамического управления по визуально различимому изменению их положения при включении автопилота, и проверки системы 21 электронного управления режимами работы электромоторов 5 по визуально различимому изменению положения лопастей винтов 6 по команде от автопилота.The UAV, made in the manner described above and placed on the ground with support on racks, was prepared for vertical take-off by checking the ability of the electronic control system of the position of these aerodynamic control bodies 13 to visually distinguish their position when the autopilot was turned on, and checking the electronic control system 21 of the electric motors 5 by a visually distinguishable change in the position of the propeller blades 6 on command from the autopilot.

При включении электромоторов 5 подъемных винтомоторных групп 4 винты 6 начинают вращаться, обеспечивая увеличение вертикальной подъемной силы под крыльями 2 и 3 и фюзеляжем 1. БЛА осуществляет вертикальный взлет. При достижении необходимой высоты зависания БЛА по команде автопилота постепенно выключаются электромоторы 5 подъемных винтомоторных групп 4 с уменьшением скорости вращения винтов 6, и одновременно включается электромотор 5 маршевой винтомоторной группы 8. БЛА из режима висения переходит в режим горизонтального полета. После перехода БЛА из режима висения в режим полета подъемные винтомоторные группы прекращают вращение лопастей винтов 6, лопасти, профилированные соответственно требуемым характеристикам БЛА, самоориентируются по потоку, уменьшая лобовое сопротивление БЛА.When you turn on the electric motors 5 lifting propeller groups 4, the screws 6 begin to rotate, providing an increase in vertical lifting force under wings 2 and 3 and the fuselage 1. The UAV performs a vertical take-off. Upon reaching the required UAV hovering height, at the command of the autopilot, the electric motors 5 of the lifting propeller groups 4 are gradually turned off with a decrease in the rotational speed of the screws 6, and at the same time, the electric motor 5 of the main propeller group 8 is turned on. The UAV switches from hovering mode to the horizontal flight mode. After the UAV transitions from hovering mode to flight mode, lifting propeller groups stop the rotation of the propeller blades 6, the blades, profiled according to the required UAV characteristics, are self-oriented along the flow, reducing the drag of the UAV.

Для изменения режима полета БЛА с полета по маршруту на вертикальную посадку по команде автопилота производятся аналогичные обратные изменения в системе электронного управления положением указанных органов 13 аэродинамического управления и в системе электронного управления режимами работы электромоторов 5, включаются электромоторы 5 подъемных винтомоторных групп 4 и постепенно растет подъемная сила под крыльями и фюзеляжем, обеспечивая висение БЛА над местом посадки. После касания стойками 16 и 17 шасси местности под фюзеляжем 1 постепенно уменьшается скорость вращения лопастей винтов 6, маршевая винтомоторная группа 8 отключается.To change the UAV flight mode from flight along a vertical landing route, the autopilot commands make the same reverse changes in the electronic control system for the position of the indicated aerodynamic control bodies 13 and in the electronic control system for the electric motors 5 operating modes, turn on the electric motors 5 of the lifting rotor-propeller groups 4 and the lifting power under the wings and fuselage, ensuring the UAV hovering over the landing site. After the racks 16 and 17 touch the terrain under the fuselage 1, the rotational speed of the rotor blades 6 gradually decreases, the marching rotor-motor group 8 is turned off.

Таким образом, как показано выше, созданный согласно настоящему изобретению БЛА вертикального взлета и посадки характеризуется простотой конструкции, легкостью и удобством в управлении, в эксплуатации и транспортировании, малой стоимостью в сравнении с известными конструкциями БЛА вертикального взлета и посадки, возможностью использования известных технологических приемов и оборудования, что делает его привлекательным для промышленного производства и целевого использования.Thus, as shown above, the vertical take-off and landing UAV created according to the present invention is characterized by simplicity of design, ease and convenience in operation, operation and transportation, low cost in comparison with the known UAV designs of vertical take-off and landing, the possibility of using known technological methods and equipment, which makes it attractive for industrial production and targeted use.

Claims (19)

1. Беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж, выполненный в форме обтекаемой гондолы с крыльями, несущими подъемные винтомоторные группы, содержащие электромоторы и винты с наружными лопастями, стабилизатор, маршевую винтомоторную группу, отличающийся тем, что:1. An unmanned aerial vehicle containing the fuselage, made in the form of a streamlined nacelle with wings carrying lifting propeller groups containing electric motors and screws with external blades, a stabilizer, mid-flight propeller group, characterized in that: - аппарат выполнен по аэродинамической схеме «тандем» и содержит:- the apparatus is made according to the aerodynamic scheme "tandem" and contains: - переднее и заднее крылья, имеющие правые и левые консоли, размещенные на фюзеляже со смещением заднего крыла по высоте вверх и назад относительно переднего крыла, с углом установки заднего крыла по тангажу больше угла установки переднего крыла по тангажу, при этом:- front and rear wings having right and left consoles located on the fuselage with the rear wing shifted up and back in relation to the front wing, with the pitch angle of the rear wing greater than the pitch angle of the front wing, with: - каждая из указанных консолей в концевой части снабжена органами аэродинамического управления, включающими элероны и рули высоты, расположенные в зоне обдува указанных консолей и выполненные с возможностью их зависания при отклонении вниз на 90 град;- each of these consoles in the end part is equipped with aerodynamic control bodies, including ailerons and elevators located in the zone of blowing these consoles and made with the possibility of their freezing when deviated downward by 90 degrees; - каждая из указанных консолей снабжена концевыми обтекателями крыла, отогнутыми вниз перпендикулярно плоскости крыла, в которых размещены неподвижные стойки шасси, имеющие длину, достаточную для размещения аппарата на местности в приподнятом горизонтальном положении;- each of these consoles is equipped with end wing fairings, bent down perpendicular to the wing plane, in which fixed landing gear are placed, having a length sufficient to place the device on the ground in a raised horizontal position; - систему электронного управления положением указанных органов аэродинамического управления от автопилота;- an electronic control system for the position of these aerodynamic control units from autopilot; - по меньшей мере, четыре подъемные винтомоторные группы, размещенные на концах указанных правой и левой консолей переднего и заднего крыльев, содержащие бесколлекторные электромоторы, снабженные электронными контроллерами управления и частично утопленные в консоли, и верхние наружные винты на выступающих частях электромоторов, закрытых указанными концевыми обтекателями крыльев;- at least four lifting screw-motor groups located at the ends of the right and left front and rear wing consoles, containing brushless electric motors, equipped with electronic control controllers and partially recessed in the console, and upper outer screws on the protruding parts of the electric motors, closed by said end fairings wings - маршевую винтомоторную группу, выполненную толкающей с размещением ее в конце задней части фюзеляжа и снабженную гиростабилизированной оптико-электронной системой, размещенной в носовой части указанной маршевой винтомоторной группы, и содержащую бесколлекторный электромотор, снабженный электронными контроллерами управления, и наружный многолопастной винт;- a marching propeller group made by pushing it at the end of the rear of the fuselage and equipped with a gyrostabilized optoelectronic system located in the bow of the said marching propeller group, and containing a brushless electric motor equipped with electronic controllers and an external multi-blade screw; - стабилизатор с вертикальным V-образным оперением;- stabilizer with vertical V-shaped plumage; - гибридную силовую установку, включающую двигатель внутреннего сгорания с генератором, электрически связанным с указанными электромоторами указанных винтомоторных групп;- a hybrid power plant, including an internal combustion engine with a generator electrically connected to said electric motors of said propeller groups; - буферную аккумуляторную батарею;- buffer battery; - систему электронного управления режимами работы электромоторов подъемных и маршевой винтомоторных групп от автопилота, обеспечивающую возможность балансировки аппарата на режиме висения с помощью изменения скорости вращения указанных однолопастных винтов постоянного шага подъемных винтомоторных групп и возможность перевода аппарата из режима вертикального взлета в режим полета по маршруту и затем в режим вертикальной посадки путем, соответственно, отключения указанных подъемных винтомоторных групп с одновременным включением маршевой винтомоторной группы и затем включения указанных подъемных винтомоторных групп с одновременным отключением маршевой винтомоторной группы,- a system of electronic control of the operating modes of electric motors of lifting and marching propeller groups from an autopilot, providing the possibility of balancing the device on hovering by changing the speed of rotation of these single-blade propellers of constant pitch of lifting screw motors and the ability to transfer the device from vertical take-off mode to flight mode along the route and then in the vertical landing mode by, respectively, turning off the specified lifting propeller groups with simultaneous inclusion of m rshevoy-rotor group and then activate said lifting propeller groups with simultaneous switching off the cruise-rotor group - при этом:- wherein: - указанные консоли переднего и заднего крыльев выполнены с обратной стреловидностью, обеспечивающей в режиме вертикального взлета и посадки положение центра масс в точке приложения суммарной подъемной силы от всех указанных винтомоторных групп, а при полете по маршруту обеспечивающей положение центра масс впереди точки приложения суммарной подъемной силы от крыльев и фюзеляжа по направлению полета на 5-15% от длины средней аэродинамической хорды крыльев;- the indicated consoles of the front and rear wings are made with reverse sweep, which ensures the position of the center of mass at the point of application of the total lifting force from all of the indicated rotor groups in the vertical take-off and landing mode, and when flying along the route, provides the position of the center of mass in front of the point of application of the total lifting force of wings and fuselage in the direction of flight by 5-15% of the length of the average aerodynamic chord of the wings; - указанные подъемные винтомоторные группы снабжены наружными однолопастными винтами постоянного шага, профилированными по их длине и закрепленными на валах электромоторов с помощью горизонтальных шарниров с возможностью самоориентирования указанных лопастей по набегающему потоку при отключении электромотора после перехода аппарата из режима вертикального взлета в режим висения или полета на марше.- said hoisting rotor-motor groups are equipped with external single-pitch constant pitch propellers profiled along their length and fixed on the shafts of electric motors using horizontal hinges with the possibility of self-orientation of these blades along the incoming flow when the electric motor is switched off after the device has switched from vertical take-off mode to hover mode or flight on a march . 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в указанных подъемных и маршевых винтомоторных группах содержит бесколлекторные электромоторы, одинаковые по мощности и конструкции.2. The apparatus according to claim 1, characterized in that in said lifting and marching propeller groups contains brushless electric motors of the same power and design. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что содержит буферную аккумуляторную батарею, обеспечивающую электропитание аппарата, достаточное для снижения и посадки аппарата в случае отказа гибридной силовой установки.3. The apparatus according to p. 1, characterized in that it contains a buffer battery providing power to the apparatus, sufficient to reduce and land the apparatus in the event of a hybrid power plant failure. 4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что указанные консоли крыльев выполнены одинаковыми и съемными.4. The apparatus according to claim 1, characterized in that said wing consoles are made identical and removable. 5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что фюзеляж приспособлен для размещения полезной нагрузки в легкосъемных, не выступающих за обводы фюзеляжа отсеках, расположенных вблизи центра масс БЛА.5. The apparatus according to claim 1, characterized in that the fuselage is adapted to accommodate payloads in easily removable compartments not protruding beyond the contours of the fuselage located near the center of mass of the UAV.
RU2017143420A 2017-12-12 2017-12-12 Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing RU2716391C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143420A RU2716391C2 (en) 2017-12-12 2017-12-12 Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143420A RU2716391C2 (en) 2017-12-12 2017-12-12 Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017143420A RU2017143420A (en) 2019-06-13
RU2017143420A3 RU2017143420A3 (en) 2019-12-09
RU2716391C2 true RU2716391C2 (en) 2020-03-11

Family

ID=66947335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143420A RU2716391C2 (en) 2017-12-12 2017-12-12 Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2716391C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770513C2 (en) * 2021-06-09 2022-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ФЛАЙТЕР" Aircraft
RU2776523C1 (en) * 2021-10-27 2022-07-21 Андрей Владимирович Фортушнов Method for controlling flight of aircraft with fixed wing with possibility of performing vertical takeoff and landing

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111846194A (en) * 2020-08-20 2020-10-30 叶殊钨 Manned helicopter with multiple rotor wings
CN112278252A (en) * 2020-10-27 2021-01-29 江西玉祥智能装备制造有限公司 Unmanned aerial vehicle with foldable arm
CN116186904B (en) * 2023-04-14 2023-07-21 北京舯迦科技有限公司 Mechanical overall aerodynamic layout method with lifting surface moving in fluid

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA51545A (en) * 2002-05-21 2002-11-15 Валерій Данилович Бєлий Aviation complex of distant diagnostics
RU152807U1 (en) * 2014-12-25 2015-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (ФГУП "ГосНИИПП) AIRCRAFT
US9334049B1 (en) * 2014-12-03 2016-05-10 Amazon Technologies, Inc. Single blade rotor system for use in a vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft
US20160207625A1 (en) * 2013-08-29 2016-07-21 Airbus Defence and Space GmbH Aircraft Capable of Vertical Take-Off
CN106927036A (en) * 2017-02-28 2017-07-07 中航维拓(天津)科技有限公司 A kind of dynamic four rotor wing unmanned aerial vehicles at a high speed of folding combined type oil

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA51545A (en) * 2002-05-21 2002-11-15 Валерій Данилович Бєлий Aviation complex of distant diagnostics
US20160207625A1 (en) * 2013-08-29 2016-07-21 Airbus Defence and Space GmbH Aircraft Capable of Vertical Take-Off
US9334049B1 (en) * 2014-12-03 2016-05-10 Amazon Technologies, Inc. Single blade rotor system for use in a vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft
RU152807U1 (en) * 2014-12-25 2015-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (ФГУП "ГосНИИПП) AIRCRAFT
CN106927036A (en) * 2017-02-28 2017-07-07 中航维拓(天津)科技有限公司 A kind of dynamic four rotor wing unmanned aerial vehicles at a high speed of folding combined type oil

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2770513C2 (en) * 2021-06-09 2022-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "ФЛАЙТЕР" Aircraft
WO2022260555A1 (en) * 2021-06-09 2022-12-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Флайтус" Aircraft
RU2776523C1 (en) * 2021-10-27 2022-07-21 Андрей Владимирович Фортушнов Method for controlling flight of aircraft with fixed wing with possibility of performing vertical takeoff and landing
RU2786123C1 (en) * 2022-08-09 2022-12-19 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method for operation of hybrid power plant of aircraft
RU225258U1 (en) * 2023-03-28 2024-04-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle "InfraScan"

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017143420A3 (en) 2019-12-09
RU2017143420A (en) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10717522B2 (en) Vertical takeoff and landing (VTOL) air vehicle
US10538321B2 (en) Tri-rotor aircraft capable of vertical takeoff and landing and transitioning to forward flight
RU2670356C2 (en) Aircraft capable of vertical take-off
US11142309B2 (en) Convertible airplane with exposable rotors
US20200108919A1 (en) Quiet Redundant Rotorcraft
US10287011B2 (en) Air vehicle
US20190071174A1 (en) Vertical take off and landing aircraft with four tilting wings and electric motors
US20210024208A1 (en) Vertical Takeoff and Landing Aircraft with Tiltable Rotors
US11345470B2 (en) Vertical takeoff and landing light aircraft
RU2716391C2 (en) Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing
RU141669U1 (en) VERTICAL TAKEOFF AND LANDING FLIGHT
CN202728574U (en) Composite aircraft with fixed wing and electric multiple propellers combined and with helicopter function
RU2638221C2 (en) Vertical take-off and landing aircraft and method to control its flight
RU2456208C1 (en) Converter plane
CN114945510A (en) Thrust reversing type airplane
RU215197U1 (en) UNMANNED HIGH-SPEED ROTOR WING
CN117341965A (en) Axis thrust tilting aircraft
CN110733637A (en) three-axis tilt rotor aircraft
IL227275A (en) Air vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201213