RU127717U1

RU127717U1 - SMALL UNMANNED AIRCRAFT SYSTEM

Info

Publication number: RU127717U1
Application number: RU2012157013/11U
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Малов
Original assignee: ООО "ИРКУТ Инжиниринг"
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-05-10

Abstract

1. Малогабаритная беспилотная авиационная система (БАС) для воздушного наблюдения и разведки, включающая наземную станцию управления, бортовые и наземные средства радиосвязи, навигации и управления полетом, пусковое устройство и несущий полезную нагрузку разборный беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж цилиндрической формы, в носовой части которого размещена полезная нагрузка, в хвостовой части - двигатель с толкающим винтом, крыло, состоящее из двух частей, левой и правой, прикрепленных к фюзеляжу разъемным соединением в его центральной части посредством узлов крепления и фиксации, отличающаяся тем, что крыло имеет трапециевидную форму со стреловидностью 26° по передней кромке, на задней кромке крыла в пределах от 45 до 95% ее длины расположен элевон, приводимый в действие тягой от сервопривода, а на концевых хордах левой и правой частей крыла расположены вертикальные законцовки, причем крыло и вертикальные законцовки имеют «S» образный профиль.2. Малогабаритная беспилотная авиационная система по п.1, отличающаяся тем, что крыло имеет однолонжеронную конструкцию с работающей обшивкой, выполненной из трехслойного композитного материала.3. Малогабаритная беспилотная авиационная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что фюзеляж выполнен из композитного материала на основе стеклоткани.1. Small-sized unmanned aerial system (UAS) for aerial surveillance and reconnaissance, including a ground control station, airborne and ground-based radio communications, navigation and flight control systems, a launching device and a payload, detachable unmanned aerial vehicle containing a cylindrical fuselage in the bow of which the payload is placed, in the rear part there is an engine with a pushing screw, a wing consisting of two parts, left and right, attached to the fuselage by a detachable connection in of the central part by means of attachment and fixation units, characterized in that the wing has a trapezoidal shape with a sweep of 26 ° along the leading edge, on the trailing edge of the wing within 45 to 95% of its length is an elevon driven by a traction from the servo, and on end chords of the left and right parts of the wing have vertical tips, with the wing and vertical endings having an “S” shaped profile. A small-sized unmanned aerial system according to claim 1, characterized in that the wing has a one-spar design with a working skin made of a three-layer composite material. Small-sized unmanned aircraft system according to claim 1 or 2, characterized in that the fuselage is made of a composite material based on fiberglass.

Description

Данная полезная модель относится к области авиационных систем и более точно касается малогабаритных беспилотных авиационных систем самолетного типа, предназначенных для воздушного наблюдения и разведки с возможностью передачи информации, получаемой бортовыми датчиками летательного аппарата, на наземную станцию управления в реальном масштабе времени.This utility model relates to the field of aviation systems and more precisely relates to small-sized unmanned aerial vehicles of the aircraft type, designed for aerial surveillance and reconnaissance with the possibility of transmitting information received by the aircraft's on-board sensors to a ground-based control station in real time.

Известны малогабаритные беспилотные авиационные системы, раскрытые в патентах US, A, 7,210,654, US, A, 7,152,827, US, A, 7,360,741, US, A, 7,237,750, предназначенные для воздушного наблюдения и разведки. Эти системы включают в себя наземную станцию управления, бортовые и наземные средства радиосвязи, навигации и управления полетом, пусковое устройство и несущий полезную нагрузку разборный беспилотный летательный аппарат. Летательный аппарат, как правило, имеет модульную конструкцию и может быть легко собран для полета и разобран для транспортировки в компактном контейнере.Small-sized unmanned aerial systems are known that are disclosed in US, A, 7,210,654, US, A, 7,152,827, US, A, 7,360,741, US, A, 7,237,750, intended for aerial surveillance and reconnaissance. These systems include a ground control station, airborne and ground-based radio communications, navigation and flight control systems, a launching device and a payload collapsible unmanned aerial vehicle. The aircraft, as a rule, has a modular design and can be easily assembled for flight and disassembled for transportation in a compact container.

Наиболее близкой по своим конструктивным признакам к предлагаемому техническому решению является малогабаритная беспилотная авиационная система, описанная в патенте RU, A, 2010148003, опубл. 25.05.2012. В этой системе разборный переносной летательный аппарат содержит цилиндрический фюзеляж, в носовой части которого размещена полезная нагрузка, крыло, оснащенное элевонами и имеющее левую и правую части, скрепленные с фюзеляжем разъемным соединением с помощью узлов крепления и фиксирующих (замковых) соединений. В хвостовой части фюзеляжа находится силовая установка, снабженная двигателем с толкающим воздушным винтом. Описанная авиационная система, благодаря раскрытой в патенте конструкции узлов крепления и замковых соединений левой и правой частей крыла и носовой части к фюзеляжу, обеспечивает легкую сборку летательного аппарата для полета и разборку для транспортировки в компактном контейнере, характеризуется повышенной прочностью и надежностью конструкции беспилотного летательного аппарата при одновременном снижении его массы.The closest in design features to the proposed technical solution is a small-sized unmanned aircraft system described in patent RU, A, 2010148003, publ. 05/25/2012. In this system, a collapsible portable aircraft contains a cylindrical fuselage, in the bow of which there is a payload, a wing equipped with elevons and having left and right parts, fastened to the fuselage by a detachable connection using attachment points and fixing (locking) joints. In the rear of the fuselage is a power plant equipped with an engine with a pushing propeller. The described aviation system, due to the design of the attachment points and lock joints of the left and right wing and bow to the fuselage, disclosed in the patent, provides easy assembly of the aircraft for flight and disassembly for transportation in a compact container, characterized by increased strength and reliability of the design of the unmanned aerial vehicle when at the same time reducing its mass.

Одним из наиболее важных требований, предъявляемых к беспилотным летательным аппаратам, используемым в авиационных системах для воздушного наблюдения и разведки, является требование отличного аэродинамического качества, обеспечивающего высокую устойчивость и управляемость летательного аппарата в полете, его способность передавать на наземную станцию достоверную и точную информацию, в том числе и в условиях воздействия на летательный аппарат вредных внешних возмущений.One of the most important requirements for unmanned aerial vehicles used in aircraft systems for aerial surveillance and reconnaissance is the requirement of excellent aerodynamic quality, providing high stability and controllability of the aircraft in flight, its ability to transmit reliable and accurate information to a ground station, in including under conditions of exposure to the aircraft of harmful external disturbances.

В цитированном выше патенте конструктивные параметры летательного аппарата, определяющие его аэродинамические характеристики, не раскрыты.In the patent cited above, the structural parameters of the aircraft, determining its aerodynamic characteristics, are not disclosed.

В основу данной полезной модели положена задача создать конструкцию беспилотного летательного аппарата, аэродинамические характеристики которого обеспечивали бы при использовании этого летательного аппарата в составе малогабаритной беспилотной авиационной системы для воздушного наблюдения и разведки получение наиболее точных и достоверных данных, передаваемых им на наземную станцию, в том числе и при воздействии на летательный аппарат внешних возмущающих факторов.The basis of this utility model is the task of creating the design of an unmanned aerial vehicle, the aerodynamic characteristics of which would ensure, when using this aircraft as part of a small-sized unmanned aerial system for air surveillance and reconnaissance, to obtain the most accurate and reliable data transmitted to it at a ground station, including and when exposed to external disturbing factors.

Сущность данной полезной модели состоит в том, что в малогабаритной беспилотной авиационной системе (БАС) для воздушного наблюдения и разведки, включающей наземную станцию управления, бортовые и наземные средства радиосвязи, навигации и управления полетом, пусковое устройство и несущий полезную нагрузку разборный беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж цилиндрической формы, в передней части которого размещена полезная нагрузка, в задней части - двигатель с толкающим винтом, крыло, состоящее из двух частей, левой и правой, скрепленных с фюзеляжем разъемным соединением в его центральной части посредством узлов крепления и фиксации, согласно данному техническому решению, крыло имеет трапециевидную форму со стреловидностью 26° по передней кромке, на задней кромке крыла по ее длине в пределах от 45 до 95% находится элевон, приводимый в действие тягой от сервопривода, а на концевых хордах левой и правой частей крыла выполнены вертикальные законцовки, при этом крыло и вертикальные законцовки имеют «S» образный профиль.The essence of this utility model consists in the fact that in a small-sized unmanned aerial system (UAS) for aerial surveillance and reconnaissance, including a ground control station, airborne and ground-based radio communications, navigation and flight control systems, a launching device and a detachable unmanned aerial vehicle carrying a payload, containing a cylindrical fuselage, in the front of which a payload is placed, in the back there is an engine with a pushing screw, a wing consisting of two parts, left and right, sk replicated with the fuselage by detachable connection in its central part by means of fastening and fixing units, according to this technical solution, the wing has a trapezoidal shape with a sweep of 26 ° along the leading edge, at the trailing edge of the wing along its length ranging from 45 to 95% is elevon driven driven by a servo drive, and on the end chords of the left and right parts of the wing, vertical endings are made, while the wing and vertical endings have an “S” shaped profile.

Благодаря указанным выше конструктивным особенностям летательного аппарата был достигнут технический результат, состоящий в обеспечении высокой точности и достоверности передаваемой на наземную станцию информации в том числе и в условиях воздействия на летательный аппарат внешних возмущающих факторовDue to the above-mentioned structural features of the aircraft, a technical result was achieved consisting in ensuring high accuracy and reliability of the information transmitted to the ground station, including under the influence of external disturbing factors on the aircraft

В предпочтительном варианте выполнения крыло имеет однолонжеронную конструкцию с работающей обшивкой, выполненной из трехслойного композитного материала.In a preferred embodiment, the wing has a one-spar structure with a working skin made of a three-layer composite material.

Конструкция летательного аппарата обладает повышенной прочностью в случае, если фюзеляж выполнен из композитного материала на основе стеклоткани.The design of the aircraft has increased strength if the fuselage is made of a composite material based on fiberglass.

В дальнейшем данная полезная модель поясняется описанием конкретных вариантов ее осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:In the future, this utility model is illustrated by a description of specific options for its implementation and the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 изображает малогабаритную беспилотную авиационную систему в общем виде;Figure 1 depicts a small-sized unmanned aircraft system in General;

Фиг.2 - беспилотный летательный аппарат, вид сверху;Figure 2 - unmanned aerial vehicle, top view;

Фиг.3 - то же, что и на фиг.2, вид спереди;Figure 3 is the same as in figure 2, a front view;

Фиг.4 - то же, что и на фиг.2, вид сбоку слева.Figure 4 is the same as in figure 2, a side view of the left.

Малогабаритная беспилотная авиационная система для воздушного наблюдения и разведки, изображенная на фиг.1, включает в себя наземную станцию 1 управления, несущий полезную нагрузку разборный беспилотный летательный аппарат 2, бортовые и наземные средства радиосвязи, навигации и управления полетом, размещенные соответственно на летательном аппарате 2 и на наземной станции 1 управления, и пусковое устройство 3.The small-sized unmanned aerial system for aerial surveillance and reconnaissance, depicted in figure 1, includes a ground control station 1 carrying a payload collapsible unmanned aerial vehicle 2, airborne and ground-based radio communications, navigation and flight control devices, respectively located on the aircraft 2 and on the ground control station 1, and the starting device 3.

Беспилотный летательный аппарат 2, представленный на фиг.2, 3 и 4, выполнен по схеме «бесхвостка» с толкающим винтом. Летательный аппарат содержит цилиндрический фюзеляж 4, в носовой части 5 которого, соединенной с фюзеляжем 4 разъемным соединением размещена полезная нагрузка, например, телевизионные и инфракрасные камеры, установленные на гиростабилизированной платформе, фотоаппаратура, размещенная напротив защищенного прозрачным материалом отверстия 6 (фиг.3) в носовом обтекателе. В верхней центральной части фюзеляжа 4 находится отсек 7 (фиг.2) парашютной системы. В хвостовой части 8 (фиг.1, 4) фюзеляжа 4 расположена силовая установка - электрический двигатель со складным толкающим двухлопастным винтом 9. В нижней центральной части фюзеляжа 4 предусмотрен люк 10 для доступа к оборудованию и замены аккумуляторной батареи.Фюзеляж 4 для повышения его прочности выполнен и композитного материала на основе стеклоткани. Крыло летательного аппарата 2 состоит из двух частей 11, 12 -левой и правой соответственно и имеет в плане трапецеидальную форму со стреловидностью по передней кромке 26°. На задней кромке крыла по ее длине от 45 до 95% установлен элевон 13, приводимый в действие тягой от сервопривода. В правой части 12 крыла установлен радиоблок, в левой части 11 - радиомаяк. На концевых хордах левой и правой частей 11, 12 крыла выполнены вертикальные законцовки 14. Законцовки 14, также, как и крыло имеют S-образный профиль с положительным изгибом задней кромки (вверх). Крыло имеет однолонжеронную конструкцию с работающей обшивкой, выплненной из трехслойного композитного материала. Левая и правая части 11, 12 крыла крепятся к фюзеляжу 4 в его средней части посредством разъемных элементов крепления и фиксирующих замковых соединений. Крепление осуществляется с помощью силового элемента в форме трубки, укрепленной на центральном лонжероне фюзеляжа 4, концы которой плотно заходят в установленные в левой и правой частях 11, 12 крыла боковые цилиндрические держатели. Замковые соединения включают два болта, ввернутых каждый в торец соответствующей части 11, 12 крыла, и две вертикальные штыревые пружины, выполненные каждая так, что в отогнутом состоянии она не препятствует свободному прохождению головки болта в соответствующее отверстие фюзеляжа 4, а в отпущенном состоянии плотно входит в зазор между головкой болта и внутренней поверхностью фюзеляжа, полностью исключая возможность самопроизвольного отделения частей 11, 12 крыла от фюзеляжа 4 летательного аппарата в полете.Unmanned aerial vehicle 2, presented in figure 2, 3 and 4, is made according to the scheme "tailless" with a pushing screw. The aircraft contains a cylindrical fuselage 4, in the nose 5 of which, connected to the fuselage 4 by a detachable connection, a payload is placed, for example, television and infrared cameras mounted on a gyro-stabilized platform, photographic equipment placed opposite the hole 6 protected by transparent material (Fig. 3) nose cone. In the upper Central part of the fuselage 4 is a compartment 7 (figure 2) of the parachute system. In the rear part 8 (Figs. 1, 4) of the fuselage 4 there is a power unit - an electric motor with a folding pushing two-blade propeller 9. A hatch 10 is provided in the lower central part of the fuselage 4 to access the equipment and replace the battery. The fuselage 4 to increase its strength made and composite material based on fiberglass. The wing of the aircraft 2 consists of two parts 11, 12 left and right, respectively, and has a trapezoidal shape with a sweep along the leading edge of 26 °. At the trailing edge of the wing along its length from 45 to 95%, an elevon 13 is installed, driven by a traction from a servo drive. A radio unit is installed on the right side of the wing 12, and a radio beacon on the left side 11. At the end chords of the left and right parts 11, 12 of the wing, vertical tips 14 are made. The tips 14, as well as the wing, have an S-shaped profile with a positive curvature of the trailing edge (up). The wing has a one-spar design with a working skin made of a three-layer composite material. The left and right parts 11, 12 of the wing are attached to the fuselage 4 in its middle part by means of detachable fastening elements and locking lock joints. The fastening is carried out using a power element in the form of a tube mounted on the central spar of the fuselage 4, the ends of which fit tightly into the lateral cylindrical holders installed in the left and right parts 11, 12 of the wing. The lock joints include two bolts, each screwed into the end of the corresponding wing part 11, 12, and two vertical pin springs, each so that in the bent state it does not interfere with the free passage of the bolt head into the corresponding fuselage hole 4, and in the released state it fits tightly into the gap between the bolt head and the inner surface of the fuselage, completely eliminating the possibility of spontaneous separation of parts 11, 12 of the wing from the fuselage 4 of the aircraft in flight.

Величина стреловидности крыла выбрана с учетом выполнения условия обеспечения продольной устойчивости самолета (устойчивости по тангажу). Подъемная сила крыла создает пикирующий момент (момент, тянущий нос самолета вниз). Для уравновешивания этого момента путем создания момента противодействия крыло летательного аппарата данной схемы («бесхвостка») выполнено имеющим S-образный профиль с положительным изгибом задней кромки и стреловидностью передней кромки 26°. Благодаря указанной величине стреловидности обеспечивается удаление консолей крыла от центра масс самолета на расстояние, достаточное для создания момента противодействия компенсирующего пикирующий момент, причем с учетом того факта, что у самолета данной схемы горизонтальное оперение отсутствует.The wing sweep value is selected taking into account the fulfillment of the conditions for ensuring the longitudinal stability of the aircraft (pitch stability). The lifting force of the wing creates a diving moment (the moment pulling the nose of the aircraft down). To balance this moment by creating a moment of counteraction, the wing of the aircraft of this circuit (“tailless”) is made with an S-shaped profile with a positive bend of the trailing edge and a sweep of the leading edge of 26 °. Due to the indicated sweep value, the wing consoles are removed from the center of mass of the aircraft by a distance sufficient to create a counteracting moment to compensate for the diving moment, taking into account the fact that the plane of this scheme does not have horizontal tail.

Вертикальные законцовки 14, расположенные на концевых хордах крыла, выполняют по существу роль вертикального оперения и служат для обеспечения путевой устойчивости летательного аппарата. Форма и площадь законцовок 14 выбраны с учетом геометрических характеристик крыла (площадь, удлинение и т.д.), а также удаленности установки законцовок 14 от центра масс самолета. В предлагаемом варианте выполнения летательного аппарата вертикальные законцовки 14 расположены на концевых хордах крыла, что с учетом выбранного значения стреловидности крыла обеспечивает оптимальное расстояние их до центра масс и, следовательно, их наибольшую эффективность. Кроме того, расположение вертикальных законцовок («ушей») на концах крыла позволило снизить индуктивное сопротивление крыла приблизительно на 20%.The vertical wingtips 14, located on the wing end chords, essentially play the role of vertical plumage and serve to ensure the directional stability of the aircraft. The shape and area of the tips 14 are selected taking into account the geometric characteristics of the wing (area, elongation, etc.), as well as the remoteness of the installation of the tips 14 from the center of mass of the aircraft. In the proposed embodiment of the aircraft, the vertical tips 14 are located on the end chords of the wing, which, taking into account the selected value of the sweep of the wing, provides their optimal distance to the center of mass and, therefore, their greatest efficiency. In addition, the location of the vertical tips ("ears") at the ends of the wing allowed to reduce the inductive resistance of the wing by about 20%.

Балансировку и управление беспилотного летательного аппарата в полете обеспечивают элевоны 13, наиболее высокая эффективность действия которых обеспечивается расположением их на максимальном расстоянии от центра масс летательного аппарата, в данном случае на задней кромке крыла ближе к концевой хорде. Форму, расположение и площадь элевонов 13 - на задней кромке в пределах 45-95% ее длины выбирают с учетом выполнения условия обеспечения достаточного коэффициента момента управления сразу по двум каналам - управление по крену и управление по тангажу.The balancing and control of an unmanned aerial vehicle in flight is provided by elevons 13, the highest efficiency of which is ensured by their location at the maximum distance from the center of mass of the aircraft, in this case, at the trailing edge of the wing, closer to the end chord. The shape, location and area of the elevons 13 - at the trailing edge within 45-95% of its length, is selected taking into account the fulfillment of the conditions for ensuring a sufficient coefficient of control torque along two channels at once - roll control and pitch control.

С помощью предлагаемой беспилотной авиационной системы выполняют мониторинг заданных участков А (фиг.1) местности и передачу на землю телевизионного, тепловизионного и фото изображений местности, определяют координаты заданных объектов и осуществляют сбор видеоинформации.Using the proposed unmanned aerial system, they monitor the specified areas A (Fig. 1) of the terrain and transmit to the earth television, thermal and photo images of the terrain, determine the coordinates of the given objects and collect video information.

Запуск беспилотного летательного аппарата 2 производится с пускового устройства 3 - переносной катапульты, посадка выполняется с использованием парашютной системы по команде с наземной станции 1 управления.The unmanned aerial vehicle 2 is launched from the launch device 3 - a portable catapult, landing is performed using a parachute system on command from the ground control station 1.

Беспилотный летательный аппарат, имеющий описанную выше конструкцию, может выполнять полет в течении, по меньшей мере, 2-х часов и передавать в реальном масштабе времени информацию от датчиков полезной нагрузки на наземную станцию 1 управления. При этом передача информации благодаря высокому аэродинамическому качеству летательного аппарата осуществляется с высокой точностью и достоверностью в широком диапазоне метеоусловий.An unmanned aerial vehicle having the structure described above can fly for at least 2 hours and transmit real-time information from the payload sensors to the ground control station 1. Moreover, the transmission of information due to the high aerodynamic quality of the aircraft is carried out with high accuracy and reliability in a wide range of weather conditions.

Выбранная конструкция летательного аппарата («бесхвостка») с крылом S-образного профиля, стреловидностью передней комки 26° и вертикальными законцовками крыла, выполняющими роль вертикального оперения, позволяет осуществлять устойчивый полет при воздействии ветра силой до 20 м/сек, выполнять работу по наблюдению и разведке наземных объектов на предельно малых скоростях - 40 км/час и сократить дистанцию для обеспечения безопасного взлета с 50 м до 30 м.The selected design of the aircraft (tailless) with an S-shaped wing, a 26 ° forward clad sweep and vertical wingtips, which perform the role of vertical tail, allows for a stable flight when exposed to wind up to 20 m / s, to carry out observation work and reconnaissance of ground targets at extremely low speeds - 40 km / h and reduce the distance to ensure safe take-off from 50 m to 30 m.

Claims

1. Small-sized unmanned aerial system (UAS) for aerial surveillance and reconnaissance, including a ground control station, airborne and ground-based radio communications, navigation and flight control systems, a launching device and a payload, detachable unmanned aerial vehicle containing a cylindrical fuselage in the bow of which the payload is placed, in the rear part there is an engine with a pushing screw, a wing consisting of two parts, left and right, attached to the fuselage by a detachable connection in of the central part by means of fastening and fixing units, characterized in that the wing has a trapezoidal shape with a sweep of 26 ° along the leading edge, on the trailing edge of the wing within 45 to 95% of its length is an elevon driven by a traction from the servo, and on end chords of the left and right parts of the wing are vertical endings, and the wing and vertical endings have a "S" shaped profile.

2. Small-sized unmanned aircraft system according to claim 1, characterized in that the wing has a single-span structure with a working skin made of a three-layer composite material.

3. Small-sized unmanned aircraft system according to claim 1 or 2, characterized in that the fuselage is made of a composite material based on fiberglass.