RO129358A0 - Miniaparat de zbor fără pilot - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un miniaparat de zbor fără pilot, care poate executa diverse misiuni preprogramate, putând fi destinat supravegherii unor zone specifice, frontiere, care prezintă risc de trafic ilegal, zone calamitate, în urma unor dezastre naturale şi antropice, infrastructură critică, misiunile pe care le poate îndeplini constând în culegerea de informaţii şi transmisia de imagini video, date despre nivelul emisiilor de gaze, radiaţii, sau culegerea de date şi informaţii despre inamic, în cazul operaţiunilor militare. Miniaparatul conform invenţiei are o construcţie modulară, compusă din nişte aripi (WG), nişte aripioare (WGT), un fuselaj (FSL), un modul (MF) frontal, un modul (MP) posterior, un lonjeron (LJ), o sarcină (SU) utilă, modulele (MF şi MP) frontal, respectiv, posterior conţinând bateriile de acumulatoare pentru propulsie şi pentru alimentarea celorlalte echipamente de la bord, iar în plus, modulul (MP) posterior conţine motorul de propulsie, elementele componente, inclusiv sarcina (SU) utilă, putând fi montate uşor, prin clipsare, fără a utiliza scule delicate, iar demontarea presupune utilizarea unui dispozitiv simplu, tip pană.

Description

Invenția se referă la un mini-aparat de zbor fără pilot destinat sprijinirii unor misiuni specifice, atât cu caracter civil cât și militar: sprijinirea intervențiilor de urgență în cazul dezastrelor naturale și antropice, supravegherea infrastructurii critice, a frontierei de stat și a zonelor protejate și sprijinirea operațiunilor militare.

în prezent, pentru efectuarea misiunilor specifice de recunoaștere și supraveghere sunt utilizate aparate de zbor pilotate (avioane, elicoptere). Aceste aparate prezintă dezavantajul unor costuri ridicate generate de consumul de combustibil, echipaj, mentenanță etc., iar supravegherea unor zone afectate de catastrofe și conflicte armate poate prezenta pericol pentru echipajele aparatelor de zbor pilotate. în plus, creșterea constantă a prețului combustibililor contribuie implicit la creșterea costurilor acestor misiuni. Un alt dezavantaj al aparatelor pilotate îl constituie timpul mare necesar pentru planificarea unei mișuni și faptul ca acestea nu pot fi operate decât din zone special amenajate.

Soluția pentru rezolvarea acestor probleme o reprezintă platformele aeriene fără pilot, care permit executarea misiunilor de supraveghere a zonelor greu accesibile sau de conflict armat cu costuri sensibil mai mici și fără echipaj uman la bord. Mini-aparatele de zbor sunt caracterizate prin faptul ca au o greutate mică și pot fi operate din zone amenajate sumar.

Mini-aparatul de zbor fără pilot care face obiectul invenției are următoarea compunere:

- Platforma aeriană - realizată din materiale compozite care conferă o rezistență sporită la solicitări și are greutate redusă. Propulsia platformei este asigurată de o elice antrenată de un motor electric. Suprafețele de comandă ale aparatului sunt acționate de servomotoare electrice comandate de către un pilot automat instalat la bord. Rolul pilotului automat este de a asigura stabilitatea aparatului și de a corecta deviațiile de la traseu și se bazează pe informațiile furnizate de un sistem de măsurare inerțial integrat cu un sistem GPS. Comunicația se realizează prin intermediul modemurilor radio. Toate echipamentele de la bord sunt alimentate de către o unitate energetică care conține o baterie de acumulatori ușori ai cărei parametri sunt monitorizați permanent. Lansarea platformei aeriene se

<λ2 Ο 1 3 ~ O O B O g - 0 5 -11- 2013 face prin utilizarea unui lansator conceput special pentru acest scop, iar recuperarea se face cu parașută.

- Sarcina utilă - este constituită dintr-un senzor instalat pe un dispozitiv escamotabil girostabilizat plasat pe partea inferioară a platformei aeriene.

în continuare se prezintă un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu figura 1, care prezintă compunerea mini-aparatului de zbor fără pilot. Aparatul are o structură modulară compusă din următoarele elemente: aripi WG, aripioare WGT, fuselaj FSL, modul frontal MF, modul posterior MP, lonjeron LJ, sarcină utilă SU. Fuselajul este prevăzut cu un locaș slecial pentru parașută LP. MF și MP conțin bateriile de acumulatoare pentru propulsie și pentru alimentarea celorlalte echipamente de la bord. în plus, MP conține motorul electric de propulsie. Construcția modulară și interschimbabilitatea elementelor componente permit montarea unui motor de propulsie și în partea frontală în locul modulului echipat numai cu baterii de acumulatoare, pentru creșterea vitezei în cazul unor misiuni specifice. Elementele componente, inclusiv sarcina utilă pot fi montate ușor, prin clipsare, fără a utiliza scule dedicate, iar demontarea presupune utilizarea unui dispozitiv simplu tip pană.

Schema bloc a mini-aparatului de zbor, în legătură cu figura 2, este organizată în jurul unei magistrale standard pentru vehicule, de tip CAN (Controller Area Network) și are următoarea compunere:

1. Unitatea de control a misiunii - UCM are rolul de a coordona misiunea aparatului de zbor, de a-i stabili traseul și de a declanșa acțiuni specifice misiunii (schimbarea formei sau configurației de zbor), fotografiere, filmare, lansarea unei încărcături, urmărirea unui obiectiv etc. UCM este compusă din două module: Sistemul de Management al Misiunii SMM și Sistemul de Navigație SN. SMM ia decizii privind evoluția aparatului în funcție de tipul misiunii sau de comenzile de la sol (modificarea misiunii în timpul zborului) iar SN execută acțiunile stabilite în planul de zbor.

2. Unitatea de control al zborului - UCZ este compusă din două module:

Sistemul de stabilizare a zborului - SSZ și Sistemul radio control- RC. SSZ are rolul de a asigura stabilitatea aparatului și un răspuns rapid în cazul unor perturbații care pot devia aparatul de la traseu sau la scoaterea acestuia din anvelopa de zbor, iar

RC permite pilotarea manuală a aparatului de către un operator aflat la sol.

(V2 O 1 3 ~ 0 O Θ 0 9 - o 5 -11- 2013

3. Sistemul electronic de senzori - EFIS are rolul de a furniza informații necesare zborului autonom al aparatului. Datele furnizate de către EFIS sunt utilizate de UCZ și UCM. EFIS este alcătuit din următoarele subsisteme:

- subsistemul senzori de zbor - SZ, compus din tub Pitot pentru măsurarea vitezei, altimetru barometricși compas magnetic;

- unitatea de măsurare inerțială - IMU, măsoară poziția aparatului prin intermediul unui grup de accelerometre și a unor giroscoape;

- receptorul sistemului de poziționare globală prin satelit - GPS asigură rezerva parametrilor măsurați de IMU;

- modulul filtru Kalman - KL asigură filtrarea Kalman pentru fiecare parametru măsurat.

4. Unitatea de control a servomotoarelor - UCS este formată din grupul de servomotoare și modulul de management al acestora. UCS are rolul de a asigura comanda servomotoarelor electrice și de a furniza o reacție asupra stării acestora. Parametrii de stare ai fiecărui servomotor oferă informații asupra disponibilității acestora. în cazul în care este detectat un defect, modulul de management ia decizia de decuplare a alimetării servomotorului defect și semnalizează defectul către US.

5. Unitatea de comunicație radio - UCR. Comunicația sol - aparat de zbor se realizează prin modemuri radio.

UCR asigură:

- transmiterea la sol a datelor de telemetrie;

- transmiterea la sol a imaginilor;

- recepționarea comenzilor de la sol.

6. Sarcina utilă - SU este componenta care conține un senzor adaptat misiunii de zbor. Senzorul poate fi o cameră video cu vedere pe timp de zi sau de noapte sau aparat foto. Sarcina utilă are o configurație retractabilă compusă dintr-un sistem de escamotare a senzorului - SES și un sistem de culisare a trapelor SCT.

SES în legătură cu figura 3 are rolul de a executa o mișcare de translație spre exterior a senzorului în zona de intrados a fuselajului pentru a mări câmpul vizual al acesteia și de retragere a acesteia. SCT are rolul de a retrage cele două trape spre interior atunci când se dorește escamotarea senzorului. Trapele au rol atât aerodinamic pentru a crește finețea în zbor în momentul când senzorul mini-aparatul de zbor dar și de protejare în momentul aterizării.

Ο 1 3 - Ο Ο 8 Ο 9 - Ο 5 -π- 2013

SES în legătură cu figurile 4,6,7 și 8 are în compunere două tije filetate A, a căror rotație induce o mișcare de translație celor două piulițe B. Senzorul este fixat de piulițe prin intermediul unui panou C. Fiecare șurub este fixat la capete prin doi rulmenți încastrați într-un suport D. Cei patru suporți sunt fixați în două panouri laterale E. Tijele filetate A sunt acționate de câte o roată dințată F cuplată la axul câte unui motor electric H prin intermediul roții dințate G.

Cele două trape I au o formă semicirculară care respectă curburile fuselajului mini-aparatului de zbor fără pilot. Fiecare trapă este fixată în doi montanți J. Direcția de culisare a trapelor cât și limitele maxime de cursă sunt dictate de către canalele K frezate în panourile laterale E. Acționarea trapelor se face de către două motoare electrice L care prin intermediul angrenajului de roți dințate conice M, rotesc bara de torsiune N. La fiecare capăt al barei, în legătură cu figura 5, se află o roată dințată O care antrenează o curea dințată P, prin a cărei acționare se execută culisarea trapelor. Cureaua dințată este întinsă între scripetele superior O și scripetele inferior R culisând prin canalele K din panourile laterale E.

Escamotarea și retragerea senzorului în interiorul mini-aparatului de zbor fără pilot presupune parcurgerea următoarelor etape:

Etapa 1. Deschiderea trapelor. Pentru deschiderea trapelor I se acționează motoarele electrice L până când pintenul S de pe montanții J ajunge la senzorul optic T de pe un cablaj imprimat CB.

Etapa 2. Escamotarea senzorului. După culisarea trapelor I, începe escamotarea senzorului prin intermediul celor două motoare electrice H, care sunt acționate sincronizat până când piulița B se împănează în suportul D.

Etapa 3. Retragerea senzorului. Pentru ridicarea senzorului se acționează motoarele H până când pintenul de escamotare U ajunge în partea superioară la senzorul optic V plasat pe cablajul imprimat CB.

Etapa 4. închiderea trapelor. Pentru a închide trapele se acționează motoarele L până când montanții J ajung la capătul cursei. în momentul în care montanții ajung la capătul cursei, sistemul de comandă sesizează creșterea curentului prin motoarele de acționare și le decuplează.

Conectoarele electrice CT asigură interschimbabilitatea sarcinii utile în conformitate cu misiunea mini-aparatului de zbor fără pilot.

SU, în legătură cu figura 2, are un sistem de girostabilizare GYRO, comenzi PTZ (Pan/Tilt/Zoom) și conține un receptor GPS propriu care furnizează

^-2 0 1 3 - 0 0 8 0 9 -0 5 -11- 2013 coordonatele geografice ale senzorului. SU conține și funcționalități de stocare (REC) a imaginilor video în cazul pierderii legăturii radio cu solul.

7. Unitatea de alimentare - UA asigură alimentarea cu energie electrică a sistemelor de la bordului aparatului și este compusă din:

- bateria de acumulatori - BAT;

- grupul de senzori - VAT este compus din senzori de curent, tensiune și temperatură care furnizează informații despre starea și funcționarea UA.

8. Unitatea de monitorizare a sistemului de propulsie - UMSP este compusă din senzori care furnizează informații despre:

- nivelul de încărcare al bateriei de acumulatori - NI;

- vibrații - SV;

- turație motor - TACH;

- temperatura motorului - TEMP;

9. Unitatea de propulsie -UP este configurată în funcție de tipul misiunii. Astfel aparatul de zbor poate fi echipat cu unul sau cu două motoare electrice ME (în fața și în spatele aparatului). UP conține un regulator de turație al motoarelor - RT.

10. Unitatea de siguranță - US asigură funcția de monitorizare a parametrilor furnizați de celelalte unități și de interpretare a mesajelor de eroare. în funcție de arborele decizional afectat de eroarea raportată, US ia decizii legate de siguranța zborului. Astfel US poate dispune continuarea misiunii, întoarcerea la punctul de lansare sau la zona desemnată de recuperare sau direct recuperarea forțată cu parașută. Comenzile specifice US pot fi transmise și direct de la sol de către operator. US are în compunere un modul de management - MGM, o parașută PAR, un întrerupător electric pentru motoarele electrice - IE și un zăvor magnetic pentru declanșarea parașutei - ZM.

Claims (3)

1. Revendicări

   1. Mini-aparat de zbor fără pilot, caracterizat prin aceea că are o structură modulară compusă din următoarele elemente: aripi W, aripioare WGT, fuselaj FSL, modul frontal MF, modul posterior MP, lonjeron LJ, sarcină utilă SU.
2. 2. Mirii-aparat de zbor fără pilot, caracterizat prin aceea că are o arhitectură organizată în jurul unei magistrale de tip CAN și este alcătuit din:

   - Unitatea de control a misiunii - UCM, compusă la rândul său din două module: sistemul de management al misiunii SMM și sistemul de navigație SN.

   - Unitatea de control a zborului - UCZ, compusă la rândul său din două module: sistemul de stabilizare a zborului - SSZ și sistemul radio control- RC;

   - Sistemul electronic de senzori - EFIS alcătuit din următoarele subsisteme: subsistemul senzori de zbor - SZ, unitatea de măsurare inerțială - IMU, receptorul sistemului de poziționare globală prin satelit - GPS și modulul filtru Kalman - KL;

   - Unitatea de control a servomotoarelor - UCS;

   - Unitatea de comunicație radio - UCR;

   - Sarcina utilă - SU;

   - Unitatea de alimentare - UA, compusă din bateria de acumulatori- BAT, și grupul de senzori - VAT;

   - Unitatea de monitorizare a sistemului de propulsie - UMSP compusă din senzori care furnizează informații despre nivelul de încărcare al bateriei de acumulatori - NI, vibrații - SV, turație motor - TACH, temperatura motorului - TEMP;

   - Unitatea de propulsie - PU, configurată în funcție de tipul misiunii cu unul sau două motoare electrice ME și un regulator de turație - RT;

   - Unitatea de siguranță - US care are în compunere un modul de management - MGM, o parașută - PAR, un întrerupător electric - IE și un zăvor magnetic pentru declanșarea parașutei - ZM.
3. 3. Sarcina utilă - SU caracterizată prin aceea că are o configurație retractabilă compusă dintr-un sistem de escamotare a senzorului - SES și un sistem de culisare a trapelor SCT. SES are rolul de a executa o mișcare de translație spre exterior a senzorului de supraveghere în zona de intrados a fuselajului pentru a mări câmpul vizual al acesteia și de retragere a acesteia. SCT are rolul de retragere a unor trape spre interior atunci când senzorul este escamotat.