RU204527U1 - Беспилотный летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха и касается аппаратов вертикального взлета и посадкиТехнический результат - расширение диапазона использования беспилотного летательного аппарата за счет усовершенствования конструкции.Беспилотный летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий корпус, выполненный с возможностью уравновешивания веса летательного аппарата на расчетных скоростях горизонтального полета, закрепленные снаружи по бокам корпуса четыре силовых агрегата, по два с каждой стороны, силовые агрегаты каждого бока расположены симметрично по отношению друг к другу относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, и имеют возможность поворота в местах своего закрепления вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем каждый силовой агрегат выполнен из защитного корпуса, внутри которого расположены два электродвигателя с воздушными винтами изменяемого шага, вращающимися в противоположных направлениях, вертикально-осевую ветрогенераторную установку, жестко закрепленную в средней части корпуса устройства, солнечную батарею, установленную и фиксированную на поверхности верхней части корпуса, тепловизор для контроля и фиксирования внешних источников тепла, закрепленный на боковой поверхности в нижней части корпуса устройства, аспиратор для отбора и анализа проб воздуха установленный в нижней части корпуса устройства и жестко соединенный с ним, систему для отбора проб воды, содержащую люк, выполненный в нижней части корпуса, всасывающий патрубок, связанный с системой трубопроводов, водосборниками и насосом, установленными внутри корпуса, систему камер фото- и видеосъемки, при этом одна из них жестко зафиксирована на солнечной батарее, а другие установлены на боковых поверхностях нижней части корпуса, корпус выполнен водонепроницаемым из полистирола, а шасси выполнено в виде круглой амортизирующей подушки из высокопрочной резины, заполненной воздухом, жестко фиксированной на основании корпуса.

Description

Полезная модель относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха и касается аппаратов вертикального взлета и посадки.

Известен беспилотный летательный аппарат, содержащий центральную платформу, восемь электродвигателей с соосными воздушными винтами с контролируемой частотой вращения, аккумуляторную батарею и маршрутную вычислительную систему, полетный контроллер, контроллеры моторов, мобильный пульт управления и контроля, систему видеонаблюдения и приемник GPS навигации (патент RU №2666493, 2017 г.).

Недостатком данного летательного аппарата является малый диапазон использования устройства, например, невозможность посадки на водную поверхность.

Наиболее близким по технической сути является летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий корпус, выполненный с возможностью уравновешивания веса летательного аппарата на расчетных скоростях горизонтального полета, и закрепленные снаружи по бокам корпуса четыре силовых агрегата, по два с каждой стороны, при этом силовые агрегаты каждого бока расположены симметрично по отношению друг к другу относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, и имеют возможность поворота в местах своего закрепления вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем каждый силовой агрегат выполнен из защитного корпуса, внутри которого расположены два электродвигателя с воздушными винтами изменяемого шага, вращающимися в противоположных направлениях (патент RU №163412, 2014 г.).

Недостатками данного летательного аппарата является конструктивно ограниченный диапазон использования устройства, например, невозможность выполнения научных работ по мониторингу окружающей среды.

Техническая задача - создание беспилотного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой с поверхности земли и воды, способного выполнять научные работы по мониторингу состояния окружающей среды, например, отбор проб воздуха и воды, а также использовать энергию ветра и солнца для подзарядки аккумуляторных батарей.

Технический результат - расширение диапазона использования беспилотного летательного аппарата за счет усовершенствования конструкции.

Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, выполненный с возможностью уравновешивания веса летательного аппарата на расчетных скоростях горизонтального полета, закрепленные снаружи по бокам корпуса четыре силовых агрегата, по два с каждой стороны, силовые агрегаты каждого бока расположены симметрично по отношению друг к другу относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, и имеют возможность поворота в местах своего закрепления вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем каждый силовой агрегат выполнен из защитного корпуса, внутри которого расположены два электродвигателя с воздушными винтами изменяемого шага, вращающимися в противоположных направлениях, дополнительно имеется вертикально-осевая ветрогенераторная установка, жестко закрепленная в средней части корпуса устройства, солнечная батарея, установленная и фиксированная на поверхности верхней части корпуса, тепловизор для контроля и фиксирования внешних источников тепла, закрепленный на боковой поверхности в нижней части корпуса устройства, аспиратор для отбора и анализа проб воздуха, установленный в нижней части корпуса устройства и жестко соединенный с ним, систему для отбора проб воды, содержащую люк, выполненный в нижней части корпуса, всасывающий патрубок, связанный с системой трубопроводов, водосборниками и насосом, установленными внутри корпуса, систему камер фото- и видеосъемки, при этом одна из них жестко зафиксирована на солнечной батарее, а другие установлены на боковых поверхностях нижней части корпуса, корпус выполнен водонепроницаемым из полистирола, а шасси выполнено в виде круглой амортизирующей подушки из высокопрочной резины, заполненной воздухом, жестко фиксированной на основании корпуса.

На чертеже изображен беспилотный летательный аппарат (Фиг. 1 - общий вид). Устройство содержит корпус 1, выполненный с возможностью уравновешивания веса летательного аппарата на расчетных скоростях горизонтального полета, закрепленные снаружи по бокам корпуса четыре силовых агрегата 2, вертикально-осевую ветрогенераторную установку 3, жестко закрепленную в средней части корпуса устройства, солнечную батарею 4, установленную на поверхности верхней части корпуса, тепловизор 5 для контроля и фиксирования внешних источников тепла, закрепленный на боковой поверхности в нижней части корпуса 1 устройства, аспиратор 6 для отбора и анализа проб воздуха, установленный в нижней части корпуса 1 устройства и жестко соединенный с ним, систему для отбора проб воды, содержащую люк 7, выполненный в нижней части корпуса 1, всасывающий патрубок 8, связанный с системой трубопроводов, водосборниками и насосом (на чертеже не показаны), установленными внутри корпуса, систему камер фото- и видеосъемки 9, при этом одна из них жестко фиксирована на солнечной батарее, а остальные установлены на боковых поверхностях нижней части корпуса, шасси 10 для гашения энергии движения при посадке летательного аппарата и поддержания его на поверхности воды, выполненное в виде круглой амортизирующей подушки из высокопрочной резины, заполненной воздухом.

Конструкция предлагаемого летательного аппарата позволяет расширить диапазон его использования: вертикально-осевая ветрогенераторная установка, жестко закрепленная в средней части корпуса устройства и солнечная батарея, установленная на поверхности верхней части корпуса позволяют круглосуточно обеспечивать аппарат энергией, повышая энерговооруженность и увеличивая время работы.

Пример конкретного выполнения. Корпус 1 представляет собой обтекаемый водонепроницаемый сферический профиль, конструктивно имеющий достаточный запас остойчивости для посадки и взлета с поверхности воды и земли, с центром масс, сохраняющим его в состоянии устойчивого равновесия. Снаружи корпуса, по бокам, крепятся четыре силовых агрегата 2 в одной горизонтальной плоскости, симметрично по отношению друг к другу относительно вертикальной оси корпуса. Каждый силовой агрегат 2 представляет собой два спаренных электромотора, приводящих в движение воздушные винты и имеет возможность вращаться в точке крепления к корпусу вокруг горизонтальной оси для изменения вектора тяги.

В средней части корпуса 1 устройства жестко закреплена вертикально-осевая ветрогенераторная установка 3, имеющая центральную вертикальную ось вращения ось вращения и два ряда плоских лопастей, расположенных ей параллельно. Внешний ряд выступает направляющим контуром и улавливает поток ветра, внутренний ряд вращается от потока воздуха, который отражается от внешнего ряда под определенным углом.

На поверхности верхней части корпуса установлена солнечная батарея 4, представляющая собой преобразователь солнечной энергии в электрическую, выполненный в виде пленочного фотоэлемента на основе селенида меди-индия (галлия) и теллурида кадмия.

На боковой поверхности нижней части корпуса 1 жестко закреплены тепловизор 5 и система камер фото- и видеосъемки 9, причем одна из камер жестко зафиксирована на солнечной батарее 4, при этом остальные установлены на боковых поверхностях нижней части корпуса. В нижней части корпуса 1 установлены и жестко соединены аспиратор 6 для отбора и анализа проб воздуха, люк для отбора проб воды 7 со всасывающим патрубком 8, связанным с системой трубопроводов, водосборниками и насосом.

Корпус 1 летательного аппарата предназначен для размещения внутри: полезного груза, механизмов поворота силовых агрегатов, источников электроэнергии, электронных блоков управления полетом, системы автоматики, водосборников (герметичных емкостей для отобранных проб воды), блока управления данной системой. Во внутреннем пространстве верхней части корпуса 1 размещены полетный контроллер, контроллеры моторов, мобильный пульт для обеспечения управления и контроля устройством, аппаратура для обработки данных видеонаблюдения и навигации.

Устройство работает следующим образом. Перед началом эксплуатации аппарата аккумуляторные батареи заряжаются от внешнего источника питания, например электросети постоянного тока. При отсутствии внешнего источника электропитания зарядка аккумуляторных батарей круглосуточно осуществляется при помощи ветрогенераторной установки 3 и солнечной батареи 4. Аппарат может осуществлять вертикальный взлет и посадку на твердую и водную поверхность.

Перед взлетом оператор дистанционно настраивает и калибрует все необходимые приборы и датчики, участвующие в процессе управления аппарата и его дальнейшей эксплуатации. Управление полетом, удаленное управление аппаратом и наблюдение происходит дистанционно с использованием системы камер фото- и видеосъемки 9. Контроль качества воздуха и анализ состава газов может осуществляться удаленно оператором в режиме полета и после посадки с помощью аспиратора 6. Отбор проб воды осуществляется удаленно оператором после посадки на воду: при открытии люка 7 вода поступает через всасывающий патрубок 8 по системе трубопроводов в водосборники внутри корпуса устройства 1.

Для выполнения исследовательских задач по визуализации газовых и паровых облаков и места их выхода или направления продвижения, распространения горючих веществ на водной поверхности оператор при помощи мобильного пульта удаленно подключается к тепловизору 5.

В режиме операционного простоя аппарат может автономно находиться на поверхности воды или на земле, поддерживая заряд аккумуляторных батарей при помощи вертикально-осевой ветрогенераторной установки 3 и солнечной батареи 4 без внешнего источника электропитания. Посадка на твердую и водную поверхность осуществляется вертикально с использованием шасси 10 для гашения энергии движения, выполненное в виде круглой заполненной воздухом амортизирующей подушки из высокопрочной резины, работающей как поплавок. Устройство сохраняет вертикальное положение и находится в состоянии устойчивого равновесия за счет того, что его центр масс находится в нижней части корпуса 1. При наклоне от воздействия внешних сил, например, ветра, высота центра масс относительно опоры увеличивается, вследствие чего устройство стремится занять исходное положение. При посадке на поверхность воды устройство способно противостоять внешним силам, вызывающим его крен и дифферент, и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия волны, порыва ветра или сменой курса за счет конструктивной положительной остойчивости и наличия запаса остойчивости, исключающего возможность опрокидывания и затопления.

Предлагаемая конструкция устройства позволяет расширить функциональность, энерговооруженность летательного аппарата за счет совершенствования конструкции.

Положительный эффект - предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон использования беспилотного летательного аппарата и осуществлять вертикальный взлет и посадку с поверхности земли и воды, выполнять отбор проб воздуха и воды.

Claims (1)

1. Беспилотный летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий корпус, выполненный с возможностью уравновешивания веса летательного аппарата на расчетных скоростях горизонтального полета, закрепленные снаружи по бокам корпуса четыре силовых агрегата, по два с каждой стороны, силовые агрегаты каждого бока расположены симметрично по отношению друг к другу относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, и имеют возможность поворота в местах своего закрепления вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем каждый силовой агрегат выполнен из защитного корпуса, внутри которого расположены два электродвигателя с воздушными винтами изменяемого шага, вращающимися в противоположных направлениях, отличающийся тем, что устройство дополнительно имеет вертикально-осевую ветрогенераторную установку, жестко закрепленную в средней части корпуса устройства, солнечную батарею, установленную и фиксированную на поверхности верхней части корпуса, обеспечивающие возможность зарядки бортовых источников питания.

Images