RU157424U1 - Многоцелевой беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки - Google Patents

Abstract

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, содержащий несущий каркас и шесть электродвигателей с воздушными винтами, связанных с аккумуляторной батареей и маршрутным вычислительным устройством, отличающийся тем, что на несущем каркасе в вершинах воображаемого равностороннего треугольника жестко зафиксированы три несущих системы «винт в кольце», с установленными в них двумя соосными несущими воздушными винтами противоположного вращения, с электронной регулировкой числа оборотов.

Description

Полезная модель относится к области авиационной техники, а именно к беспилотным летательным аппаратам оснащаемыми сменной целевой нагрузкой, которая может применяться для фото и видео разведки в режиме реального времени, а также биологической, химической и ядерной разведки местности и т.п.в режиме автономного или управляемого полета.

Известен беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (Патент RU №2511735, МПК В64С 39/06, В64С 29/00, опубликован 10.04.2014 г.), содержащий корпус выпуклой формы, выполненный в виде сжатого десятиугольника в плане, силовой элемент, размещенный в центре корпуса, на верхней части которого расположены два вентилятора, интегрированный обтекатель с кольцевыми каналами, элементы управления. Расстояние между осями вращения вентиляторов составляет не менее суммы двух радиусов вращения. Корпус и интегрированный обтекатель беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки могут быть выполнены из вспененной пластмассы, а элементы управления расположены по всей внешней нижней боковой поверхности корпуса.

Основным недостатком такого беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки является то, что наличие малого числа элементов управления не обеспечивает достаточную маневренность, а сам беспилотный летательный аппарат может применяться только для фото и видео разведки, отсутствует возможность применения специализированного навесного оборудования в виде набора съемных модулей полезной нагрузки.

Известен малоразмерный беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (МБЛА ВВП) (Патент RU №2455198, МПК В64С 27/00, опубликован 10.07.2012 г.), состоящий из центрального и трех периферийных контейнеров, соединенных с центральным двумя парами перемычек, а между собой периферийные контейнеры соединены двумя парами углепластиковых трубок. Силовая установка, располагающаяся в центральном контейнере, содержит верхнюю и нижнюю винтомоторные группы. Рулевые органы выполнены в виде импеллеров, расположенных в донной части трех периферийных контейнеров. В проекции МБЛА представляет собой равносторонний треугольник, у которого вершинами являются оси периферийных контейнеров, а на точке пересечения медиан этого треугольника расположена ось центрального контейнера. К периферийным цилиндрическим контейнерам в трех точках, на дистанционно управляемых замках, подвешен транспортируемый контейнер тороидальной формы. В периферийных контейнерах располагаются блоки питания, громкоговоритель и другие элементы бортовой аппаратуры. На центральном контейнере сверху и снизу установлены видеокамеры.

Основным недостатком такого беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки является то, что он может осуществлять только сбор видеоинформации.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является беспилотный летательный аппарат и комплекс авианаблюдения для него (Патент RU №123393, МПК В64С 29/00, опубликован 27.12.2012 г.), включающий в себя несущий каркас, на котором в вершинах воображаемого многоугольника жестко зафиксированы, по меньшей мере, шесть электродвигателей с воздушными винтами с контролируемой частотой вращения. Диаметрально расположенные электродвигатели имеют встречное направление вращения. Электродвигатели связаны с аккумуляторной батареей и с маршрутным вычислительным устройством, которое связано с инерциальным измерительным устройством, мобильным пультом контроля и управления, системой видеонаблюдения и блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы.

Основным недостатком такого беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки является то, что он обладает низкой безопасностью из-за открытых вращающихся несущих винтов, может осуществлять только сбор видеоинформации, отсутствует возможность применения специализированного навесного оборудования в виде набора съемных модулей полезной нагрузки.

Задачей предполагаемой полезной модели является повышение маневренности и управляемости, увеличение долей полезной нагрузки, в виде набора съемных модулей полезной нагрузки, осуществление видеонаблюдения объекта с близкого расстояния при "зависании" или точной посадке в ограниченный район, обеспечение безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации беспилотного аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в многоцелевом беспилотном летательном аппарате, содержащем несущий каркас и шесть электродвигателей с воздушными винтами, связанных с аккумуляторной батареей и маршрутным вычислительным устройством, на несущем каркасе в вершинах воображаемого равностороннего треугольника жестко зафиксированы, по меньшей мере, три несущих системы «винт в кольце», с установленными в них двух соосно несущих воздушных винтов противоположного вращения, с электронной регулировкой числа оборотов.

Применение несущей системы «винт в кольце» и установленных в нем двух соосно расположенных несущих воздушных винтов противоположного вращения позволяют обеспечить безопасность обслуживающего персонала при эксплуатации беспилотного аппарата, проводить видеонаблюдение с близкого расстояния при зависании или точной посадке в ограниченный район, снизить затраты на их эксплуатацию и содержание.

Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными признаками обеспечивают достижение положительного эффекта, повышение устойчивости беспилотного летательного аппарата при маневрировании и «зависании», возможность пилотирования в автоматическом режиме по заданному маршруту на основании сигналов спутниковой навигационной системы, возможность осуществления стабилизированного видеонаблюдения в видимом и инфракрасном диапазонах, за более короткое время чем ближайший аналог.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.

Сущность полезной модели поясняется на чертежах:

- фиг.1 - общий вид беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки;

- фиг.2. - общий вид несущих систем «винт в кольце».

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, содержит несущий каркас 1 и шесть электродвигателей 2 с воздушными винтами 3, 4 связанных с аккумуляторной батареей и маршрутным вычислительным устройством (на рисунке не показаны) на несущем каркасе 1 в вершинах воображаемого равностороннего треугольника жестко зафиксированы три несущих системы «винт в кольце» 5, с установленными в них двух соосно несущих воздушных винтов 3, 4 противоположного вращения, с электронной регулировкой числа оборотов.

На конструкции несущего каркаса 1 крепится поворотно-наклонная площадка 6 на гиростабилизированном подвесе для размещения съемных модулей полезной нагрузки различных типов.

Системы «винт в кольце» 5 размешены в корпусе 7, крепящемся посредством штанг 8 к несущему каркасу 1, в корпусе 7 размещены воздушные винты 3, 4. В верхней части корпус 7 имеет плавно сформированную к периферии отбортовку 9, выполненную в ее поперечном сечении по кривой - лемнискате, что позволяет иметь необходимое распределение давления воздушной среды по профилю корпуса 7 при работе воздушных винтов 3, 4 и обеспечивает возникновение дополнительной подъемной силы, характерной для системы «винт в кольце» 5.

Корпус 7 представляет собой кольцевую поверхность, образованную дугой окружности радиуса с центральным углом 120°, определяющим габаритный размер кольца.

Каждый из несущих винтов 3, 4 системы «винт в кольце» 5 вращается электродвигателем 2, выполненным на основе бесколлекторного электродвигателя постоянного тока.

Приводы электродвигателей 2 связаны с бортовой системой автоматического управления и ручкой управления ЛА (на рисунках не показано).

В нижней и верхней частях несущего каркаса 1 размещаются компоненты сменной целевой нагрузки, которые выполнены в виде отдельных, легко заменяемых модулей.

Размещение сменной целевой нагрузки обеспечивается по принципу «наименьшего разноса масс», оказывающего заметное влияние на устойчивость БЛА в полете.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки функционирует следующим образом.

При подаче команды на запуск электродвигателей 2, раскручивающих воздушные винты 3, 4 размещенные внутри системы «винт в кольце» 5, образующийся воздушный поток создает аэродинамическую подъемную силу. Перемещение беспилотного летательного аппарата в вертикальной плоскости осуществляется синхронным изменением скорости вращения электродвигателей 2, а перемещение в горизонтальной плоскости без разворотов корпуса вокруг вертикальной оси происходит за счет разницы реактивных моментов воздушных винтов 3, 4, создаваемых изменением скоростей вращения воздушных винтов 3, 4, которые раскручиваются в противоположенных направлениях. Центр тяжести аппарата при этом расположен на вертикальной оси аппарата OY. При вращении соосных воздушных винтов 3, 4 в системе «винт в кольце» 5 создается тяга. Поток нагнетаемый системой «винт в кольце» 5 создает подъемную силу Y1. При достижении силы тяги равной массе аппарата, он взлетает.

Компенсация возмущающих моментов по тангажу и рысканию относительно оси OZ, по сигналам датчиков производится изменением частоты вращения соответствующих соосных винтов 3, 4 системы «винт в кольце» 5, изменяя частоту вращения соответствующих электродвигателей 2, расположенных внутри системы «винт в кольце» 5.

Коррекция моментов по курсу относительно оси OY производится путем дифференциального изменения частоты вращения соответствующих соосных винтов 3, 4 системы «винт в кольце» 5 - увеличивается общий шаг одного винта при одновременном уменьшении общего шага другого. Таким образом, общая тяга системы остается постоянной, но возникает разность между реактивными моментами винтов.

В автономном варианте полет БЛА обеспечивает литий-полимерная батарея бортовых аккумуляторов. При емкости аккумулятора 5-8 Ач, высота подъема может достигать нескольких сотен метров, что позволяет решать задачи ведения аэрофотосъемки, мониторинга лесных пожаров, транспортировки малогабаритных грузов, осмотра труднодоступных объектов, применения в сельскохозяйственных целях.

Грузоподъемность беспилотного летательного аппарата составляет до 30 кг, что в свою очередь позволяет устанавливать на него специализированное навесное оборудование в виде съемных модулей полезной нагрузки на гиростабилизированном подвесе.

Основой для технологической выполнимости настоящего беспилотного летательного аппарата являются достижения в микротехнологиях, в особенности технологиях разработки и реализации микроэлектромеханических систем. Эти системы объединяют планарные электронные микрокомпоненты с сопоставимыми по размерам пространственными электромеханическими структурами различной сложности, что обеспечивает уникальные функциональные возможности. В настоящее время такие устройства (например, бесколлекторный электродвигатель на ниодиевых магнитах AXI 2814/22, акселерометр XL335B, пьезоэлектрический гироскоп ALI 037) производятся промышленным способом.

Применение несущей системы «винт в кольце» и установленных в нем двумя соосными несущими воздушными винтами противоположного вращения позволяют повысить безопасность для обслуживающего персонала, проводить видеонаблюдение с близкого расстояния при зависании или точной посадки в ограниченный район, снизить затраты на их эксплуатацию и содержание. Применение системы «винт в кольце» 5 может повысить КПД системы на 20%.

Таким образом, предлагаемый беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки позволяет максимально повысить аэродинамическую эффективность, подъемную силу, а также обеспечивает высокую маневренность.

Многоцелевой беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки обеспечивает наблюдение в реальном масштабе времени местности и объектов с условиями высокоточного определения координат наблюдаемых объектов.

Claims (1)

1. Многоцелевой беспилотный летательный аппарат, содержащий несущий каркас и шесть электродвигателей с воздушными винтами, связанных с аккумуляторной батареей и маршрутным вычислительным устройством, отличающийся тем, что на несущем каркасе в вершинах воображаемого равностороннего треугольника жестко зафиксированы три несущих системы «винт в кольце», с установленными в них двумя соосными несущими воздушными винтами противоположного вращения, с электронной регулировкой числа оборотов.

   

Images