RU188461U1 - Складной коптер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области авиационной техники, в частности к малогабаритным беспилотным аппаратам вертикального взлета и посадки (коптерам).Коптер содержит основание из двух параллельных пластин прямоугольной формы, в пространстве между пластинами основания на вертикальных осях установлены четыре вращающиеся консоли, на внешних концах консолей закреплены винтомоторные узлы. Консоли выполнены в виде телескопически раздвижных труб. Каждая консоль снабжена фиксатором поворота и фиксатором раздвижения.Технический результат заключается в повышении прочности конструкции и, как следствие, в улучшении тяговых характеристик; увеличении скорости сборки/разборки коптера, снижении требуемого времени на сборку/разборку коптера. Дополнительным полезным эффектом является уменьшение массогабаритных характеристик коптера, что позволяет более свободно подходить к выбору навесного оборудования и приборов.

Description

Полезная модель относится к области авиационной техники, в частности к малогабаритным беспилотным аппаратам вертикального взлета и посадки (коптерам), предназначенным для воздушного наблюдения и мониторинга с возможностью передачи информации, получаемой бортовыми датчиками и навесным оборудованием, на наземную станцию управления в реальном масштабе времени.

В настоящее время в мире широко используются геофизические методы мониторинга местности, такие как гамма-спектрометрическая и магнитная съемка, для поиска полезных ископаемых, картирования зон радиационного заражения, контроля за радиационно-опасными объектами, изучения состава и строения земли, экологического мониторинга и других задач, направленных для изучения окружающей среды. Традиционно для съемки используют пилотируемые самолеты и вертолеты, дополненные наземной разведкой, что делает применение метода весьма дорогостоящим. В отсутствии инфраструктуры для полетов, стоимость аэрогеофизических работ резко возрастает. Так как аэрогамма-спектрометрическая съемка используется для изучения усредненных по площади содержаний радиоактивных элементов (при этом ширина разведываемой полосы земной поверхности в четыре раза больше высоты полета), то для детального изучения выявленных аномалий требуется проведение также наземных работ. Следует отметить, что стоимость пешеходной съемки на порядок дороже аэросъемки. Кроме того, в некоторых случаях, проведение таких работ невозможно (например, при заболоченной территории, в тундре, при наличии высокого радиационного заражения). Однако проведение этих работ необходимо, поскольку заменить их нечем.

Существует потребность в проведении работ по радиационной съемке на предельно малых высотах. Их выполнение возможно обеспечить с помощью легких БПЛА. Однако следует отметить отсутствие легкого и высокопроизводительного навесного оборудования. Оборудование для геофизических работ весит от 5 до 15 килограмм. Поэтому для транспортировки такого оборудования нужен соответствующий грузоподъемности беспилотный летательный аппарат.

Широкое применение получили беспилотные авиационные устройства вертикального взлета и посадки мультироторного типа. Их широко используют для проведения видеосъемки или видеонаблюдения, доставки грузов и т.д. Профессиональные коптеры могут достигать взлетной массы до десятков килограмм, при этом габариты (без учета пропеллеров) могут достигать более одного метра. При таких габаритах и массе повышены требования к прочности конструкции коптера. Вместе с тем относительно небольшое время полета коптера - как правило, не более одного часа - заставляет осуществлять запуск беспилотного летательного аппарата в непосредственной близости от района выполнения поставленной задачи, что требует его транспортировки к месту проведения съемки. Зачастую объекты и площади геофизического исследования находятся в труднодоступных местах (горные, залесенные, болотистые районы) куда нет возможности проезда транспортом. Много килограммовое оборудование и снаряжение экспедиционным отрядам приходится переносить на себе за десятки километров от имеющихся дорог.

В собранном виде существующие на сегодняшний день коптеры имеют довольно большие габариты и весьма сложную и непрочную конструкцию, резко ограничивающую возможность их транспортировки в собранном виде из-за опасности повреждения и нетранспортабельных габаритов. Поэтому эти системы, как правило, разворачивают и приводят в рабочее состояние непосредственно в районе проведения работ. В связи с чем к таким устройствам предъявляются исключительные требования к массогабаритным характеристикам, порядку укладки для хранения и/или транспортировки и приведения в рабочее состояние. Причем используемые для приведения в готовность механизмы должны быть простыми, надежными и с минимальной массой. К настоящему времени разработчиками Создано множество моделей коптеров различных по конструкции, количеству роторов, имеющих разборные или складные консоли. Наиболее распространенная конструкция коптера содержит основание и четыре консоли, расположенные по диагонали вписанного квадрата, внутренние концы которых прикреплены к основанию, а на внешних концах закреплены винтомоторные узлы.

Известно техническое решение [патент CN 201367115 Y], в котором коптер содержит основание, выполненное в виде дискообразной пластины, на которой снизу ближе к ее центру шарнирно в диагональных плоскостях вписанного квадрата закреплены на осях внутренние концы четырех консолей, на внешних концах которых размещены винтомоторные узлы с одним или двумя соосно-зеркально расположенными электромоторами образуя углы квадрата вокруг основания, причем крепление консолей с основанием выполнено с возможностью их сложения для удобного хранения и транспортировки.

Отличительная особенность этого коптера - возможность складывания «зонтиком» (то есть в вертикальной плоскости) его консолей в нерабочем положении системы (хранение, транспортировка) и оперативного разворачивания его консолей в рабочее положение системы. Для этого в его конструкции выполнено следующее. На внутренних концах консолей размещены горизонтально распложенные шарнирные наконечники, которые надеты на оси, прикрепленные в центральной части основания коптера. Консоли выполнены с возможностью совершения вращательного движения на этих осях в вертикальной плоскости, что позволяет складывать их в единый пакет вертикально вплотную друг к другу при хранении, транспортировке и разворачивать в четыре стороны с жесткой фиксацией в рабочем положении коптера. Для фиксации консолей в рабочем положении (при развертывании консолей коптера) на внешнем крае основания установлены пружинные фиксаторы (С-образного профиля), фиксирующие консоль по внешнему диаметру в рабочем положении.

Соосное расположение электромоторов в данной конструкции позволяет вдвое увеличить тяговые характеристики коптера при сохранении внешних габаритных размеров как в рабочем (развернутом), так и в транспортировочном (сложенном) состоянии.

Описанный механизм складывания, развертывания и фиксации положения консолей довольно прост. Однако он имеет существенный недостаток для использования его на коптерах грузоподъемностью более 1,5 килограмм на ось. Так как винтомоторные узлы, имеющие тяговые характеристики более 1,5 килограмм на ось, имеют значительную массу, закрепленную на внешних концах консолей, то под действием силы инерции существует возможность выхода консолей из фиксаторов при изменении вертикального ускорения (например, при посадке), что повлечет к повреждению электромотора и винта.

Известен складной коптер [патент CN 101973392 A], содержащий основание квадратной формы, выполненное в виде короба внутри которого размещены элементы управления электродвигателями и навигационный контролер, а также шарнирно закрепленные на стенках основания внутренними концами телескопические консоли, на внешних концах которых закреплены винтомоторные узлы, причем крепление консолей с основанием выполнено с возможностью их сложения для удобного хранения и транспортировки.

Данная конструкция коптера, как и выше описанная для хранения и транспортировки складывается «зонтиком». Для этого на вертикальных стенках основания расположены парные симметрично выполненные выступы (кронштейны), каждый выступ (кронштейн) снабжен в средней плоскости отверстием в горизонтальном направлении для крепления внутреннего конца консоли, а также тремя отверстиями, которые равноудалены от первого отверстия, для фиксации консоли(ей) в трех положениях (вертикально вниз, вертикально вверх, горизонтально-«рабочее»). С целью уменьшения внешних габаритов для транспортировки и хранения консоли выполнены в виде телескопически установленных труб переменного сечения, с сужением сечения к месту крепления винтомоторных групп. Кроме того, каждая консоль снабжена поворотным и раздвижными фиксаторами.

Описанный механизм складывания, развертывания и фиксации положения консолей довольно прост. Однако он имеет тот же существенный недостаток, что и в выше описанном коптере. Под действием сил инерции возникающих при изменении вертикального ускорения (например, при взлете и посадке) детали механизма фиксатора поворота консоли испытывают переменные, разрушающие на срез нагрузки, которые по истечении некоторого времени могут привести к выходу из строя механизм фиксации поворота консоли, что может повлечь к выходу консоли из состояния фиксации как во время взлета/посадки так и во время полета, в результате чего может быть повреждение электромотора и винта или даже крушение коптера.

Наиболее близким аналогом является складной коптер [патент RU 2665123 C2], содержащий основание квадратовидной формы, состоящее из двух параллельных пластин, между которыми втулками на осях установлены внутренние концы четырех консолей, на внешних концах которых размещены винтомоторные узлы. Причем крепление консолей с основанием выполнено с возможностью их сложения для хранения и транспортировки. Консоли квадрокоптера в положении хранения и транспортировки сложены в горизонтальной плоскости, для чего втулки внутренних концов консолей выполнены вертикально. Консоли надеты втулками на вертикальные оси, установленные между пластинами основания вблизи его центра. Две пары вертикальных осей размещены на пластинах основания симметрично относительно продольной оси основания. На всех четырех углах обеих пластин основания установлены выступы, перед внешними концами которых на консолях установлены стопоры с наружной резьбой. На каждой консоли между стопором с резьбой и электродвигателем размещена свободно перемещаемая конусная гайка с направленной в сторону основания расширяющейся конусной частью без резьбы. Резьбовые стопоры с конусными гайками обеспечивают прочную фиксацию консолей коптера с основанием. Указанное устройство наиболее близко к заявляемому по большинству существенных признаков, поэтому оно выбрано в качестве прототипа.

Вследствие наличия только четырех винтомоторных групп с одним винтом каждая, коптер имеет недостаточно высокие тяговые характеристики и не обеспечивает достаточно высокую грузоподъемность. Кроме того, конструкция коптера не обеспечивает достаточную компактность в состоянии транспортировки. Необходимо уменьшить габариты в сложенном состоянии для транспортировки и хранения.

Задача полезной модели (техническая проблема, которую решает полезная модель) состоит в разработке складного бюджетного коптера, имеющего высокую грузоподъемность и тяговые характеристики, при сравнительно малых компактных размерах, отвечающего требованиям оперативного разворачивания его в рабочее состояния и сворачивания для транспортировки/хранения, за счет достижения нижеследующего технического результата.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении прочности конструкции и, как следствие, в улучшении тяговых характеристик; увеличении скорости сборки/разборки коптера, снижении требуемого времени на сборку/разборку коптера.

Кроме того, дополнительным полезным эффектом является уменьшение массогабаритных характеристик коптера, что позволяет более свободно подходить к выбору навесного оборудования и приборов.

Технический результат достигается в складном коптере, содержащем основание из двух параллельных пластин прямоугольной формы, в пространстве между пластинами основания на вертикальных осях установлены четыре вращающиеся консоли, на внешних концах консолей закреплены винтомоторные узлы, кроме того, пластины соединены между собой перемычками, две пары осей размещены в соосных сквозных отверстиях, выполненных в пластинах основания симметрично относительно продольной оси основания, проходящей посередине между длинных сторон пластин, при этом первая пара осей установлена вблизи центра основания с расстоянием между собой, равным двум большим диаметрам консоли, а вторая пара осей установлена на расстоянии между собой, равном не менее четырем большим диаметрам консоли, относительно поперечной оси основания оси первой и второй пары расположены на равноудаленном расстоянии, равном не менее двум большим диаметрам консоли, консоли выполнены в виде телескопически раздвижных труб, с сужением сечения к месту крепления винтомоторного узла, при этом каждая консоль снабжена фиксатором поворота и фиксатором раздвижения, на обеих пластинах основания по углам выполнены выступы, имеющие сквозные соосные отверстия, при этом каждая консоль коптера для ее фиксации в рабочем (разложенном) положении снабжена упорной шайбой, в сквозном отверстии которой жестко закреплен фиксатор поворота консоли, подпружиненные пальцы которого в рабочем (разложенном) положении коптера входят в сквозные отверстия в выступах обеих пластин основания, каждая консоль также снабжена свободно скользящей П-образной скобой, обеспечивающей жесткую фиксацию консоли между обеих пластин основания по углам, обе полки скобы имеют сквозные соосные отверстия, диаметр отверстий обеспечивает свободный вход пальца фиксатора поворота консоли, внутреннее расстояние между полками скобы обеспечивает плотную посадку без натяга внутренних плоскостей полок скобы по наружным плоскостям обеих пластин основания.

В коптере фиксатор поворота консоли состоит из сквозной гильзы, внутри которой установлена пара подпружиненных противоположно направленных пальцев, а запрессованный в боковом отверстии каждого пальца штифт является ограничителем хода пальца в пазах гильзы.

В коптере фиксатор раздвижения консоли жестко закреплен в полости трубы меньшего диаметра консоли на расстоянии от торца этой трубы, равном не менее двум внешним диаметрам этой трубы, и состоит из направляющей глухой гильзы, внутри которой установлен подпружиненный палец, а запрессованный в боковом отверстии пальца штифт является ограничителем его хода в пазах глухой гильзы.

В коптере каждый винтомоторный узел содержит два соосных электродвигателя.

Предлагаемый складной коптер обладает повышенной прочностью за счет использования в его конструкции дополнительных конструктивных элементов. В целях повышения прочности в его конструкцию основания коптера введены дополнительные элементы.

Улучшение тяговых характеристик обеспечиваются конструкцией коптера, прочность которой позволяет установить дополнительный электродвигатель на ту же самую консоль.

Высокая скорость сборки и разборки достигается за счет конструктивной особенности механизма складывания/раскладывания коптера, а именно за счет телескопичности консолей, наличия фиксаторов с подпружиненными пальцами и отсутствия резьбовых фиксирующих соединений.

Описание фигур.

Фиг. 1 - общий вид коптера в рабочем разложенном положении.

Фиг. 2 - общий вид коптера в сложенном положении.

Фиг. 3 - вид сверху, в разложенном положении коптера.

Фиг. 4 - вид сверху, в сложенном состоянии коптера.

Фиг. 5 - общий вид консоли с винтомоторным узлом (группой) в сложенном состоянии.

Фиг. 6 - общий вид консоли с винтомоторным узлом (группой) в разложенном состоянии.

Фиг. 7 - фиксатор поворота консоли.

Фиг. 8 - телескопический фиксатор, разрез вдоль.

Фиг. 9 - телескопический фиксатор, разрез поперек.

Фиг. 10 - общий вид крепления консоли к основанию в рабочем положении.

Фиг. 11 - общий вид крепления консоли к основанию в сложенном положении.

На фигурах приняты следующие обозначения 1 - верхняя пластина основания, 2 - нижняя пластина основания, 3 - передняя перемычка, 4 - задняя стенка, 5 - ось, 6 - консоль, 7 - винтомоторный узел, 8 - фиксатор поворота, 9 - упорная шайба, 10 - скоба, 11 - гильза сквозная, 12 - палец, 13 - штифт, 14 - первое звено, 15 - наконечник, 16 - второе звено, 17 - фиксатор раздвижения, 18 - отверстие фиксации, 19 - гильза глухая.

Основание коптера состоит из горизонтально установленных параллельных верхней пластины 1 и нижней пластины 2, соединенных между собой передней перемычкой 3 и задней стенкой 4. Передняя перемычка и задняя стенка обеспечивают дополнительную жесткость конструкции. Приведенные конструктивные особенности обеспечивают влияние на повышение прочности конструкции.

В пространстве между пластинами основания установлены четыре свободно вращающиеся на осях 5 телескопические консоли 6, на внешних концах консолей 6 закреплены винтомоторные узлы 7. Винтомоторный узел может состоять как из одного, так и из двух соосно расположенных электродвигателей. В результате в сочетании с достигаемым повышением прочности конструкции это особенность обеспечивает улучшение тяговых характеристик.

Две пары вертикальных осей 5 размещены в соосных сквозных отверстиях, выполненных в пластинах основания симметрично относительно продольной оси корпуса, проходящей посередине между длинных сторон пластин. При этом оси 5 первой (передней) пары установлены вблизи центра основания симметрично относительно продольной оси основания с расстоянием между собой, равным двум диаметрам первого звена 14 консоли 6, а оси 5 второй (задней) пары установлены симметрично относительно продольной оси основания на расстоянии между собой, равном не менее четырех диаметров первого звена консоли 6. Относительно же поперечной оси основания оси 5 первой (передней) и второй (задней) пары расположены на равноудаленном расстоянии, равном не менее двум диаметрам первого звена 14 консоли 6. Оси 5 жестко установлены между пластинами основания в указанных соосных отверстиях и могут быть выполнены в виде стандартного соединения винт-гайка или в виде стержня, зафиксированного стопорными шайбами с обеих сторон. Указанные соотношения расположения осей обеспечивают компактное складывание консолей коптера.

На обеих пластинах основания по углам выполнены выступы, имеющие сквозные отверстия, в которые входят подпружиненные пальцы 12 фиксатора поворота 8 консоли 6 в рабочем (разложенном) положении. На каждой консоли 6 для ее фиксации в рабочем (разложенном) положении напротив отверстий в выступе обеих пластин основания жестко закреплен в сквозном отверстии упорной шайбы 9 фиксатор поворота 8. Для обеспечения жесткой фиксации консолей 6 межу обеих пластин основания по внешним углам на каждой консоли 6 установлена свободно скользящая П-образная скоба 10. На обеих полках скобы 10 имеются сквозные соосные отверстия, диаметр отверстий должен обеспечивать свободный вход пальца 12 фиксатора поворота 8 консоли 6. Внутреннее расстояние между полками скобы 10 должно обеспечивать плотную посадку без натяга внутренних плоскостей полок скобы 10 по наружным плоскостям обеих пластин основания.

Фиксатор поворота 8 консоли состоит из сквозной гильзы 11, внутри которой установлена пара подпружиненных противоположно направленных пальцев 12. Запрессованный в боковом отверстии каждого пальца штифт 13 является ограничителем его хода в пазах гильзы.

Телескопическая консоль 6 содержит два звена трубчатой формы - первое звено 14 и второе звено 16, с сужением сечения к месту крепления винтомоторного узла 7, фиксатор раздвижения 17. Первое звено 14 консоли жестко закреплено внутренним концом в наконечнике 15, при этом первое звено 14 консоли выполнено полым, а вставленное в него с торца второе звено 16 консоли имеет возможность фиксированного перемещения в продольном направлении внутри первого звена 14. Консоль 6 устанавливается в транспортировочное или рабочее положение за счет вдвижения второго звена 16 в трубчатое первое звено 14 или выдвижения из него с последующей фиксацией.

Первое звено 14 консоли содержит на свободном конце отверстие фиксации 18 первого звена, в которое входит подпружиненный палец 12 в выдвинутом (рабочем) положении. Фиксатор 17 жестко закреплен в полости второго звена 16 консоли на расстоянии от торца второго звена, равном не менее двум внешним диаметрам второго звена 16 консоли. Фиксатор раздвижения 17 состоит из направляющей глухой гильзы 19, внутри которой установлен подпружиненный палец 12. Запрессованный в боковом отверстии пальца штифт 13 является ограничителем его хода в пазах глухой гильзы 19.

Приведенное выполнение приводит к увеличению скорости сборки/разборки коптера и снижает затраты времени на сборку/разборку коптера.

В сложенном положении консоли 6 расположены в одной плоскости параллельно друг другу (Фиг. 2).

Предлагаемый коптер разворачивают в рабочее положение и сворачивают для хранения или транспортировки следующим образом.

Для того чтобы привести коптер в рабочее положение каждую консоль 6 необходимо развернуть вокруг оси 5 до своей пары выступов пластин 1 и 2 основания. Направления поворота каждой консоли указаны стрелками (фиг. 4). После чего необходимо нажать одновременно на подпружиненные пальцы 12 (фиг. 5) фиксатора поворота 8, и довести консоли 6 до пары соосных отверстий выступов основания. Под действием силы пружины пальцы 12 встанут в отверстия пластин 1 и 2 основания, фиксируя консоль 6 от поворота. П-образную скобу 10 перемещают вдоль консоли 6 к выступам основания, одновременно поджимая пальцы 12 фиксатора поворота 8, надвигают скобу 10 на выступы основания, подпружиненные пальцы 12 фиксатора поворота 8 фиксируют скобу 10. Второе звено 16 необходимо выдвинуть из полости первого звена 14 до совмещения отверстия фиксации 18 первого звена с подпружиненным пальцем 12 фиксатора раздвижения 17, в момент совмещения под действием силы пружины происходит продольная фиксация звеньев консоли. Затем на двигатели винтомоторных узлов прикрепляют пропеллеры. Сборка коптера для работы закончена.

Для приведения коптера в положение для транспортировки или хранения необходимо в обратной последовательности провести вышеперечисленные действия.

Claims (4)

1. Складной коптер, содержащий основание из двух параллельных пластин прямоугольной формы, в пространстве между пластинами основания на вертикальных осях установлены четыре вращающиеся консоли, на внешних концах консолей закреплены винтомоторные узлы, отличающийся тем, что пластины соединены между собой перемычками, две пары осей размещены в соосных сквозных отверстиях, выполненных в пластинах основания симметрично относительно продольной оси основания, проходящей посередине между длинных сторон пластин, при этом первая пара осей установлена вблизи центра основания с расстоянием между собой, равным двум большим диаметрам консоли, а вторая пара осей установлена на расстоянии между собой, равном не менее четырем большим диаметрам консоли, относительно поперечной оси основания оси первой и второй пары расположены на равноудаленном расстоянии, равном не менее двум большим диаметрам консоли, консоли выполнены в виде телескопически раздвижных труб, с сужением сечения к месту крепления винтомоторного узла, при этом каждая консоль снабжена фиксатором поворота и фиксатором раздвижения, на обеих пластинах основания по углам выполнены выступы, имеющие сквозные соосные отверстия, при этом каждая консоль коптера для ее фиксации в рабочем (разложенном) положении снабжена упорной шайбой, в сквозном отверстии которой жестко закреплен фиксатор поворота консоли, подпружиненные пальцы которого в рабочем (разложенном) положении коптера входят в сквозные отверстия в выступах обеих пластин основания, каждая консоль также снабжена свободно скользящей П-образной скобой, обеспечивающей жесткую фиксацию консоли между обеих пластин основания по углам, обе полки скобы имеют сквозные соосные отверстия, диаметр отверстий обеспечивает свободный вход пальца фиксатора поворота консоли, внутреннее расстояние между полками скобы обеспечивает плотную посадку без натяга внутренних плоскостей полок скобы по наружным плоскостям обеих пластин основания.

2. Коптер по п. 1, отличающийся тем, что фиксатор поворота консоли состоит из сквозной гильзы, внутри которой установлена пара подпружиненных противоположно направленных пальцев, а запрессованный в боковом отверстии каждого пальца штифт является ограничителем хода пальца в пазах гильзы.

3. Коптер по п. 1, отличающийся тем, что фиксатор раздвижения консоли жестко закреплен в полости трубы меньшего диаметра консоли на расстоянии от торца этой трубы, равном не менее двум внешним диаметрам этой трубы, и состоит из направляющей глухой гильзы, внутри которой установлен подпружиненный палец, а запрессованный в боковом отверстии пальца штифт является ограничителем его хода в пазах глухой гильзы.

4. Коптер по п. 1, отличающийся тем, что каждый винтомоторный узел содержит два соосных электродвигателя.

Images