PL232733B1 - Bezzałogowy pojazd latający - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest bezzałogowy pojazd latający o zmiennej geometrii skrzydeł i napędów.

Znane są wielowirnikowe bezzałogowe pojazdy latające (quadcoptery, hexacoptery) w postaci kadłuba wyposażonego w układ wirników napędzanych silnikami, nie posiadające żadnych powierzchni nośnych. Pojazdy te są łatwe w pilotażu, ale posiadają istotne niedogodności związane z udźwigiem, prędkością i czasem bezobsługowej pracy. Główną niedogodnością tych pojazdów jest duże zapotrzebowanie na moc związane z tym, że brak jest powierzchni nośnych i jedynym źródłem siły nośnej są śmigła napędzane przez silniki. Ta niedogodność ma również wpływ na maksymalny udźwig oraz na brak możliwości bezpiecznego lądowania w przypadku awarii układu napędowego lub uszkodzenia akumulatorów czy braku paliwa. Pojazdy te nie posiadają również zbyt dużych prędkości przelotowych oraz zasięgu w porównaniu do bezzałogowych samolotów.

Znane są także bezzałogowe samoloty, ale samolot aby mógł wystartować i wylądować potrzebuje pasa startowego lub płaskiej równej powierzchni, co w konsekwencji może skutecznie ograniczyć możliwość wykonywania lotu w gęsto zabudowanym lub zalesionym terenie. W celu umożliwienia startu bezzałogowego samolotu na krótkim odcinku stosuje się wyrzutnie, jednak komplikuje to cały proces i wymaga dodatkowej infrastruktury naziemnej. W porównaniu z wielowirnikowcem bezzałogowy samolot wykazuje znacznie mniejszą mobilność, zwrotność oraz brak możliwości zawisu, co również uniemożliwia zastosowanie bezzałogowego samolotu do działań w gęsto zabudowanym terenie.

Znane są również hybrydy bezzałogowych pojazdów wielowirnikowych i bezzałogowych samolotów, w których starano się wyeliminować wady obu tych pojazdów. Najbardziej rozpowszechnioną hybrydą wyżej wspomnianych pojazdów bezzałogowych jest amerykański statek powietrzny V-22 Osprey, którego kadłub jest wyposażony w nieruchome skrzydła oraz ogon ze statecznikiem. Na końcach skrzydeł znajdują się gondole z silnikami napędzającymi wirniki. Gondole są zamocowane z możliwością niezależnego jedna od drugiej obrotu w osi poprzecznej statku.

Zbudowany został także bezzałogowy pojazd latający, którego kadłub jest wyposażony w nieruchome skrzydła oraz dwubelkowy ogon. Po obu stronach kadłuba, na ramionach przymocowanych do kadłuba, przed skrzydłami, równolegle do skrzydeł, są zamocowane gondole, z których każda zawiera wirnik wraz z silnikiem do jego napędu. Do kadłuba pojazdu, od strony ogona jest zamocowany dodatkowy wirnik wraz z silnikiem napędowym, usytuowane między belkami ogonowymi i statecznikiem. Do skrętu lub obrotu pojazdu konieczne jest sterowanie obrotem gondoli z silnikami.

Znany jest także bezzałogowy pojazd latający, którego kadłub jest wyposażony w nieruchome skrzydła. Pojazd ten jest wyposażony w cztery wirniki z silnikami napędowymi, usytuowane na ramionach przymocowanych do kadłuba po obu jego stronach. Ramiona wirników są zamocowane z możliwością składania wzdłuż kadłuba podczas lotu poziomego pojazdu. Nadto pojazd posiada dwa dodatkowe wirniki z silnikami napędowymi, przeznaczone do nadawania prędkości postępowej pojazdowi, usytuowane od strony ogona po obu stronach kadłuba, przymocowane do kadłuba. Pojazd ten może być niestabilny przy silnym wietrze, zaś dodatkowe wirniki podnoszą masę pojazdu oraz komplikują przejście między poszczególnymi fazami lotu.

Znany jest także projekt bezzałogowego statku powietrznego HADA (Helicpter Adaptive Aircraft), którego kadłub jest wyposażony skrzydła zamocowane do kadłuba z możliwością składania wzdłuż kadłuba oraz chowania pod kadłub, oraz w ogon ze statecznikiem. Do kadłuba, od góry jest przymocowany składany główny wirnik napędzany silnikiem umieszczonym w kadłubie. Nadto na ogonie jest umieszczony drugi wirnik napędzany silnikiem także umieszczonym w kadłubie. Pojazd ten startuje analogicznie jak klasyczny helikopter, przy czym przy starcie skrzydła są złożone i pracuje wirnik główny. Przy przejściu do lotu poziomego następuje rozłożenie skrzydeł i zatrzymanie wirnika głównego, a rozpędzanie pojazdu odbywa się przy użyciu wirnika umieszczonego na ogonie. W po-jeździe tym, ze względu na użycie dwóch niezależnych napędów, skomplikowane jest przejście między poszczególnymi fazami jego lotu.

Znany jest także system napędowy samolotów w postaci układu dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł, napędzanych za pomocą jednego silnika.

Bezzałogowy pojazd latający, zawierający kadłub ze skrzydłami złączonymi z nim z możliwością ich składania wzdłuż kadłuba oraz ogon ze statecznikiem poziomym i pionowym, wyposażony w układ napędowy w postaci dwóch modułów napędowych bocznych umieszczonych na wysięgnikach przymocowanych do kadłuba po obu jego stronach oraz modułu napędowego zamocowanego w części ogonowej kadłuba, z wykorzystaniem napędu w postaci układu dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł, według wynalazku charakteryzuje się tym, że skrzydła pojazdu są złączone z kadłubem za pomocą przegubów o dwóch osiach obrotu - pionowej i poziomej, umożliwiających zarówno złożenie skrzydeł równolegle do kadłuba, jak i ich nachylenie w kierunku kadłuba. Jako układ napędowy pojazd zawiera trzy układy dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł złączonych z odrę b-nymi silnikami napędowymi, z których w dwóch układach napędowych stanowiących moduły napędowe boczne śmigła są osadzone na zewnętrznych końcach współosiowych osi złączonych drugimi końcami z silnikami napędowymi przymocowanymi jeden nad drugim do końca wysięgnika. Drugi koniec każdego z wysięgników modułów napędowych bocznych jest złączony z kadłubem za pomocą złącza obrotowego oraz jest złączony z serwomechanizmem o zakresie ruchu co najmniej 180° do sterowania obrotem wysięgnika, umieszczonym w kadłubie. Śmigła modułu napędowego ogonowego są osadzone na zewnętrznych końcach współosiowych osi złączonych drugimi końcami z silnikami napędowymi przymocowanymi jeden nad drugim do części ogonowej kadłuba.

Pojazd według wynalazku charakteryzuje się prostą i lekką konstrukcją, szybszą reakcją oraz uproszczonym sterowaniem w porównaniu ze znanymi pojazdami bezzałogowymi. Obrót wysięgników zamocowanych obrotowo do kadłuba w momencie przejścia z fazy startu do lotu poziomego, z zawisu do lotu poziomego, z lotu poziomego do lądowania lub zawisu powoduje, iż każdy z bocznych układów przeciwbieżnych śmigieł znosi moment obrotowy całego pojazdu generowany przez układy śmigieł i do sterowania pojazdem nie są konieczne powierzchnie sterowe. Złożenie skrzydeł pojazdu w momencie startu i lądowania, które powoduje skupienie masy pojazdu bliżej środka ciężkości i zwiększa stabilność pojazdu, stwarza możliwość pionowego startu i lądowania bez narażenia pojazdu na przechylenie pod wpływem silnego wiatru. Rozłożenie skrzydeł podczas lotu poziomego zwiększa siłę nośną pojazdu, która częściowo lub całkowicie odciąża układ napędowy, co powoduje, że silniki napędowe śmigieł mogą pracować z mniejszą mocą przy tym samym udźwigu. Prowadzi to do wydłużenia czasu lotu i zwiększenia zasięgu lotu. Obrót kadłuba w lewo lub w prawo następuje w wyniku zwolnienia pracy silników obracających śmigła modułów napędowych bocznych w tę samą stronę i tym samym braku zrównoważenia momentów obrotowych układów śmigieł bocznych. Nadto zastosowany układ napędowy umożliwia lot pojazdu z zachowaniem pełnej sterowności przy pracującym tylko jednym silniku z każdego modułu napędowego bocznego.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pojazd w widoku z góry, fig. 2 moduł napędowy boczny w widoku perspektywicznym, fig. 3a-3c położenie układu śmigieł modułu napędowego bocznego w różnych fazach obrotu wysięgnika, w widoku perspektywicznym.

Bezzałogowy pojazd latający zawiera kadłub 1 ze skrzydłami 2 oraz z ogonem 3 ze statecznikiem poziomym i pionowym w układzie V. Skrzydła 2 pojazdu są złączone z kadłubem 1 za pomocą za pomocą przegubów o dwóch osiach obrotu - pionowej i poziomej, umożliwiających złożenie skrzydeł 2 równolegle do kadłuba 1 i ich nachylenie w kierunku kadłuba 1. Pojazd jest wyposażony w układ napędowy w postaci dwóch modułów napędowych bocznych 4 umieszczonych na wysięgnikach 5 przymocowanych do kadłuba 1 po obu jego stronach oraz modułu napędowego 6 zamocowanego do części ogonowej kadłuba 1. Moduły napędowe boczne 4 stanowią układy dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł 7, z których każde jest złączone z odrębnym silnikiem napędowym 8. Śmigła 7 każdego z modułów napędowych bocznych 4 są osadzone na zewnętrznych końcach współosiowych osi 9 złączonych drugimi końcami z silnikami napędowymi 8 przymocowanymi jeden nad drugim do końca wysięgnika 5. Drugi koniec każdego z wysięgników 5 modułów napędowych bocznych 4 jest złączony obrotowo, za pomocą złącza obrotowego 10, z kadłubem 1 oraz z serwomechanizmem 11 o zakresie ruchu co najmniej 180°, przeznaczonym do sterowania obrotem wysięgnika 5. Moduł napędowy ogonowy 6 stanowi także układ dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł, z których każde jest złączone z odrębnym silnikiem napędowym. Śmigła modułu napędowego ogonowego 6 są osadzone na zewnętrznych końcach współosiowych osi złączonych drugimi końcami z silnikami napędowymi przymocowanymi jeden nad drugim do części ogonowej 3 kadłuba 1.

Konstrukcja pojazdu zapewnia różne możliwości startu. W zależności od zastosowania oraz masy ładunku pojazd może wystartować pionowo, może wykonać skrócony start lub wystartować „klasycznie” jak samolot. W przypadku pionowego startu śmigła modułów napędowych bocznych 4 ustawiają się równolegle do podłoża (fig. 3a), a skrzydła 2 są złożone równolegle do kadłuba 1. Następuje wówczas zwiększenie mocy silników napędowych modułów bocznych 4 i modułu ogonowego 6 oraz poderwa nie się pojazdu w powietrze. Po wykonanym starcie pojazd przechodzi w fazę lotu poziomego. Następuje stopniowa zmiana kąta ustawienia śmigieł modułów napędowych bocznych 4 i równocześnie rozłożenie skrzydeł 2. Podczas tej fazy pojazd ma dwie możliwości wykonywania lotu. Pierwsza to ustawienie śmigieł modułów napędowych bocznych 4 prostopadle do podłoża (wzdłuż kadłuba 1) i wykonanie lotu tak samo jak klasyczny samolot (fig. 3c). Druga możliwość to niepełny obrót śmigieł modułów napędowych bocznych 4 (fig. 3b). W przypadku skróconego startu, przed startem następuje ustawienie śmigieł modułów napędowych bocznych 4 pod pewnym kątem w stosunku do podłoża (fig. 3b), co powoduje rozłożenie siły na ruch pionowy oraz poziomy, gdzie część siły nośnej przejmują rozłożone przy tym starcie skrzydła 2. W przypadku startu „klasycznego” pojazd startuje jak każdy inny samolot - ma rozłożone skrzydła i śmigła modułów napędowych bocznych 4 są ustawione tak, że osie śmigieł są ustawione poziomo w stosunku do ziemi (fig. 3c).

Podczas lotu istnieje możliwość zawisu pojazdu, procedura zawisu polega na wyhamowaniu pojazdu poprzez obrócenie śmigieł modułów napędowych bocznych 4 o zadany kąt przeciwnie do kierunku lotu (fig. 3b). Wraz ze zmniejszaniem prędkości poziomej następuje również stopniowe składanie skrzydeł 2. Pojazd w takim stanie może poruszać się jak wielowirnikowiec. Ponowne przejście do lotu poziomego polega na wykonaniu tych czynności w odwrotnej kolejności. Również lądowanie można wykonać na kilka sposobów - tak jak samolot, skrócone lądowanie lub pionowe lądowanie. Lądowanie takie jak samolot polega na zmniejszeniu prędkości oraz stopniowym obniżaniu lotu do momentu przyziemienia, a następnie wyhamowaniu poprzez obrócenie śmigieł modułów napędowych bocznych (4) przeciwnie do kierunku poruszania się.

Skrócone lądowanie polega na zmniejszeniu prędkości oraz zmianie kąta ustawienia śmigieł modułów napędowych bocznych 4 lak, aby dodatkowo wytwarzały siłę w kierunku pionowym. Następnie przebieg lądowania wygląda tak jak przy klasycznym lądowaniu. Lądowanie pionowe polega na wyhamowaniu pojazdu do zera za pomocą śmigieł modułów napędowych bocznych 4 oraz na składaniu skrzydeł 2 wraz ze zmniejszaniem prędkości. W momencie gdy pojazd się zatrzyma następuje zmniejszenie ciągu oraz powolne opadanie do momentu przyziemienia.

Claims (2)

1. Zastrzeżenie patentowe
2. 1. Bezzałogowy pojazd latający, zawierający kadłub ze skrzydłami złączonymi z nim z możliwością ich składania wzdłuż kadłuba oraz ogon ze statecznikiem poziomym i pionowym, wyposażony w układ napędowy w postaci dwóch modułów napędowych bocznych umieszczonych na wysięgnikach przymocowanych do kadłuba po obu jego stronach oraz modułu napędowego zamocowanego w części ogonowej kadłuba, z wykorzystaniem napędu w postaci układu dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł, znamienny tym, że skrzydła (2) pojazdu są złączone z kadłubem (1) za pomocą przegubów o dwóch osiach, obrotu - pionowej i poziomej, umożliwiających zarówno złożenie skrzydeł (2) równolegle do kadłuba (1) jak i ich nachylenie w kierunku kadłuba (1), jako układ napędowy pojazd zawiera trzy układy dwóch przeciwbieżnych, współosiowych śmigieł złączonych z, odrębnymi silnikami napędowymi, z których w dwóch u kładach napędowych (4) stanowiących moduły napędowe boczne śmigła (7) są osadzone na zewnętrznych końcach współosiowych osi (9) złączonych drugimi końcami z silnikami napędowymi (8) przymocowanymi jeden nad drugim do końca wysięgnika (5), zaś drugi koniec każdego z wysięgników (5) modułów napędowych bocznych (4) jest złączony z kadłubem (1) za pomocą złącza obrotowego (10) oraz jest złączony z serwomechanizmem (11) o zakresie ruchu co najmniej 180° do, sterowania obrotem wysięgnika (5), umieszczonym w kadłubie, śmigła - modułu napędowego ogonowego (6) są także osadzone na zewnętrznych końcach współosiowych osi złączonych drugimi końcami z silnikami napędowymi przymocowanymi jeden nad drugim do części ogonowej (3) kadłuba (1).