RU213749U1

RU213749U1 - FLYING PLATFORM-QUADROCOPTER

Info

Publication number: RU213749U1
Application number: RU2022114902U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Солуянов; Владимир Борисович Козловский; Владимир Григорьевич Шевцов
Original assignee: Акционерное общество Научно-производственная компания "Применение авиации в народном хозяйстве"
Filing date: 2022-06-01
Publication date: 2022-09-28

Abstract

Полезная модель относится к области авиастроения, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки типа летающая платформа с несущей системой «винт в кольце». Летающая платформа-квадрокоптер содержит выполненный в форме крыла малого удлинения фюзеляж с кабиной экипажа, хвостовым оперением, шасси и ромбовидной силовой рамой, длинная диагональ которой расположена вдоль продольной оси, а короткая диагональ расположена вдоль поперечной оси аппарата. В каждом углу рамы установлена винтомоторная группа, состоящая из двигателя и несущих винтов, размещенных в закрепленном на раме тяговом кольце с возможностью его управляемого отклонения от вертикальной оси. Винтомоторные группы разделены на две функциональные группы, тяговое кольцо каждой из которых может совершать только одно простое движение: расположенные на длинной диагонали имеют возможность наклона вокруг продольной оси, а расположенные на короткой диагонали имеют возможность наклона вокруг поперечной оси. Каждое тяговое кольцо присоединено к силовой раме с помощью соосной пары шарниров, выполненных в виде цапф, закрепленных на тяговом кольце, и сопряженных с ними втулок, закрепленных на силовой раме. Одна из цапф на каждом тяговом кольце соединена с приводом наклона, установленном на раме. Приводы наклона винтомоторных групп и отклонения аэродинамических поверхностей могут быть выполнены в виде рулевых машинок. За счет управления аппаратом в горизонтальном полете с помощью автопилота с функцией стабилизации горизонтального положения фюзеляжа обеспечиваются снижение лобового сопротивления и повышение скорости полета. Совокупность управляющих моментов от винтомоторных групп и от аэродинамических поверхностей в сочетании с высокой скоростью полета может обеспечить высокую маневренность аппарата. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

The utility model relates to the field of aircraft engineering, namely to vertical take-off and landing aircraft of the flying platform type with a "screw in the ring" carrier system. The flying platform-quadcopter contains a fuselage made in the form of a small elongation wing with a cockpit, tail unit, landing gear and a diamond-shaped power frame, the long diagonal of which is located along the longitudinal axis, and the short diagonal is located along the transverse axis of the vehicle. A propeller group is installed in each corner of the frame, consisting of an engine and rotors placed in a traction ring fixed on the frame with the possibility of its controlled deviation from the vertical axis. The propeller groups are divided into two functional groups, the traction ring of each of which can make only one simple movement: those located on the long diagonal can be tilted around the longitudinal axis, and those located on the short diagonal can be tilted around the transverse axis. Each traction ring is connected to the power frame by means of a coaxial pair of hinges made in the form of trunnions fixed on the traction ring and associated bushings fixed to the power frame. One of the trunnions on each draw ring is connected to a frame-mounted tilt drive. Drives for tilting propeller groups and deflection of aerodynamic surfaces can be made in the form of servos. Due to the control of the device in level flight using an autopilot with the function of stabilizing the horizontal position of the fuselage, a decrease in drag and an increase in flight speed are provided. The combination of control moments from propeller groups and from aerodynamic surfaces in combination with high flight speed can provide high maneuverability of the device. 5 z.p. f-ly, 5 ill.

Description

Полезная модель относится к области авиастроения, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки типа летающая платформа с несущей системой «винт в кольце». The utility model relates to the field of aircraft engineering, namely to vertical take-off and landing aircraft of the flying platform type with a "screw in the ring" carrier system.

Одним из первых направлений разработки вертолетов является использование схемы с четырьмя винтами, т.е. квадрокоптера, предложенной в 1907 года братьями Бреге (Франция).One of the first directions in the development of helicopters is the use of a scheme with four propellers, i.e. quadrocopter, proposed in 1907 by the Breguet brothers (France).

Схема квадрокоптера была также использована русским авиаконструктором Г. Ботезат (Михеев В.Р. Георгий Александрович Ботезат.1882-1940. М.: Наука, 2000), который в 1922 году построил и испытал летательный аппарат (ЛА), разработанный по заказу Армии США.The scheme of the quadrocopter was also used by the Russian aircraft designer G. Botezat (Mikheev V.R. Georgy Alexandrovich Botezat. 1882-1940. M .: Nauka, 2000), who in 1922 built and tested an aircraft (LA), developed by order of the US Army .

В настоящее время известны случаи применения схемы квадрокоптера в ЛА типа летающая платформа с несущей системой «винт в кольце». Это позволяет использовать прирост тяги винта (за счет уменьшения потерь мощности на индуктивном сопротивлении) не только по прямому назначению, но и для повышения скорости горизонтального полета. Иногда для улучшения скоростных характеристик такие ЛА оснащают толкающим или тянущими винтами, что одновременно усложняет конструкцию и приводит к ее утяжелению. Тем не менее, идет поиск и других схем ЛА, позволяющих летать на существенно большей скорости, чем могут современные вертолеты. Эти работы являются актуальными. Одним из направлений совершенствования летающих платформ является придание фюзеляжу формы крыла малого удлинения, создающего дополнительную подъемную силу. Такой фюзеляж при высокой скорости полета может создавать подъемную силу совместно с несущими винтами, тяга которых может частично направляться на улучшение скоростных характеристик.Currently, there are known cases of using a quadrocopter scheme in an aircraft of the flying platform type with a “screw in the ring” carrier system. This makes it possible to use the increase in propeller thrust (by reducing power losses on inductive resistance) not only for its intended purpose, but also to increase the speed of horizontal flight. Sometimes, to improve the speed characteristics, such aircraft are equipped with pusher or puller propellers, which both complicate the design and lead to its weighting. Nevertheless, there is a search for other aircraft schemes that allow flying at a significantly higher speed than modern helicopters can. These works are relevant. One of the ways to improve flying platforms is to give the fuselage the shape of a small aspect ratio wing, which creates additional lift. Such a fuselage, at high flight speed, can create lift together with the rotors, the thrust of which can be partially directed to improve speed characteristics.

Существуют несколько подходов к решению данных проблем.There are several approaches to solving these problems.

Например, известна летающая платформа-квадрокоптер, содержащая фюзеляж, шасси, горизонтальное и вертикальное оперения, винтомоторные группы, состоящие из двигателей и несущих винтов, размещенных внутри кольцевого обтекателя (патент RU 2080014, В64С 27/20, 1993). Недостатком этого ЛА может быть малоэффективное управление на малых скоростях полета, которое может обеспечиваться только рулевыми поверхностями на горизонтальном и вертикальном оперении.For example, a flying quadrocopter platform is known, containing a fuselage, landing gear, horizontal and vertical tails, propeller groups consisting of engines and rotors located inside an annular fairing (patent RU 2080014, B64C 27/20, 1993). The disadvantage of this aircraft may be inefficient control at low flight speeds, which can only be provided by control surfaces on the horizontal and vertical tail.

Известна также летающая платформа-квадрокоптер по патенту RU 2721325, В64С 27/20, В64С 27/08, 2018. Этот ЛА в соответствии с фиг. 1 (в описании к этому патенту) содержит квадратную силовую раму, в каждом углу которой прикреплен движитель - винтомоторная группа, состоящая из двигателя и двух несущих винтов, вращающихся в противоположных направлениях и размещенных внутри тягового кольца. Все винтомоторные группы при нулевом угле наклона к вертикальной оси обеспечивают вертикальный взлет. Они имеют возможность отклоняться от вертикали на угол до 20° в любую сторону на шарнире с помощью управляемых тяг. Это обеспечивает отклонение вектора тяги как в поперечной, так и в продольной плоскостях - в результате может быть реализована возможность управления горизонтальным полетом самими движителями без аэродинамических рулевых поверхностей. Однако при этом должна быть сложная система управления положением каждой винтомоторной группы, закрепленной на мачте высотой не менее двух диаметров винтов. Она должна содержать свои приводы, передающие звенья большой длины, согласующие узлы, элементы и пр. при работе как в синхронном, так и автономном режиме (на фиг. 2 лишь схематично изображены две тяги). Поэтому такая сложная система управления углом наклона винтомоторных групп может быть менее надежной и может быть причиной снижения безопасности полетов.A flying quadrocopter platform is also known according to patent RU 2721325, B64C 27/20, B64C 27/08, 2018. This aircraft, in accordance with FIG. 1 (in the description of this patent) contains a square power frame, in each corner of which a propeller is attached - a propeller group consisting of an engine and two main screws rotating in opposite directions and placed inside the traction ring. All propeller groups at zero angle of inclination to the vertical axis provide vertical takeoff. They have the ability to deviate from the vertical at an angle of up to 20 ° in any direction on a hinge using controlled rods. This ensures the deflection of the thrust vector both in the transverse and in the longitudinal planes - as a result, the possibility of controlling the horizontal flight by the propellers themselves without aerodynamic control surfaces can be realized. However, in this case, there must be a complex system for controlling the position of each propeller group, mounted on a mast with a height of at least two screw diameters. It must contain its own drives, transmission links of great length, matching nodes, elements, etc., when operating both in synchronous and autonomous modes (two thrusts are only schematically shown in Fig. 2). Therefore, such a complex system for controlling the angle of inclination of propeller groups may be less reliable and may cause a decrease in flight safety.

Кроме того, размещение винтомоторных групп в углах квадратной силовой рамы уравнивает мидель ЛА со всех четырех сторон (на любой из которых размещены по две винтомоторных группы), что не дает возможности выбора предпочтительного курса горизонтального полета для достижения максимальной скорости. Более того, при полете вдоль любой из диагоналей квадратной силовой рамы лобовое сопротивление возрастает, что приведет к снижению скорости полета данного ЛА.In addition, the placement of propeller groups in the corners of a square power frame equalizes the midship of the aircraft on all four sides (each of which has two propeller groups), which makes it impossible to choose the preferred course of horizontal flight to achieve maximum speed. Moreover, when flying along any of the diagonals of the square power frame, the drag increases, which will lead to a decrease in the flight speed of this aircraft.

Наиболее близким техническим решением, т.е. прототипом, является летающая платформа-квадрокоптер по патенту RU 2348568, В64С 39/10, В64С 29/00, B60F 5/02, 2009. Этот ЛА содержит фюзеляж с кабиной экипажа, шасси, хвостовым оперением и четырьмя винтомоторными группами, состоящими из двигателей и несущих винтов, помещенных внутри тяговых колец. Фюзеляж выполнен в форме аэродинамического крыла малого удлинения с четырехугольной (прямоугольной) силовой рамой. Две передние и две задние винтомоторные группы, установленные на силовой раме в сквозном канале фюзеляжа, обеспечивают вертикальный взлет. Задние винтомоторные группы (подъемно-маршевые) имеют возможность наклона вокруг поперечной оси, что обеспечивает отклонение вектора тяги в продольной плоскости. За счет этого реализуется возможность управления скоростью горизонтального полета вперед-назад. Маневрирование ЛА в полете обеспечивается большим количеством управляемых и неуправляемых аэродинамических поверхностей, образующих сложную систему, сквозь которую прокачивается интенсивный, высокоскоростной поток воздуха. Протекание потока воздуха в столь сложном лабиринте каналов может привести к существенным потерям мощности из-за большого суммарного лобового сопротивления множества аэродинамических поверхностей. Такое опосредствованное использование воздушных потоков, созданных винтомоторными группами, может привести к снижению их эффективности и, как следствие, к снижению скоростных характеристик и возможности маневрирования в полете.The closest technical solution, i.e. the prototype is a quadrocopter flying platform according to patent RU 2348568, B64C 39/10, B64C 29/00, B60F 5/02, 2009. This aircraft contains a fuselage with a cockpit, landing gear, tail and four propeller groups, consisting of engines and bearing screws placed inside the traction rings. The fuselage is made in the form of an aerodynamic wing of small elongation with a quadrangular (rectangular) power frame. Two front and two rear propeller groups mounted on the power frame in the through channel of the fuselage provide vertical takeoff. The rear propeller groups (lifting and marching) have the ability to tilt around the transverse axis, which ensures the deflection of the thrust vector in the longitudinal plane. Due to this, the possibility of controlling the speed of horizontal flight forward and backward is realized. Aircraft maneuvering in flight is provided by a large number of controlled and uncontrolled aerodynamic surfaces, which form a complex system through which an intense, high-speed air flow is pumped. The flow of air flow in such a complex labyrinth of channels can lead to significant power losses due to the large total drag of many aerodynamic surfaces. Such an indirect use of air flows created by propeller groups can lead to a decrease in their efficiency and, as a result, to a decrease in speed characteristics and the ability to maneuver in flight.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым решением, является обеспечение высокой маневренности, которая возможна за счет многообразия вариантов совокупности управляющих моментов от винтомоторных групп в сочетании с высокой скоростью полета.The technical result achieved by the proposed solution is to provide high maneuverability, which is possible due to the variety of options for the set of control moments from propeller groups in combination with high flight speed.

Указанный технический результат в предлагаемой летающей платформе-квадрокоптере, содержащей выполненный в форме крыла малого удлинения фюзеляж с четырехугольной силовой рамой, в каждом углу которой в сквозном канале фюзеляжа установлена винтомоторная группа, состоящая из двигателя и несущих винтов, размещенных в закрепленном на раме тяговом кольце с возможностью его управляемого отклонения от вертикальной оси, кабину экипажа, системы управления, шасси и хвостовое оперение, обеспечивается тем, что силовая рама выполнена в виде ромба, длинная диагональ которого расположена вдоль продольной оси, а короткая диагональ расположена вдоль поперечной оси летающей платформы, причем винтомоторные группы, расположенные на длинной диагонали, имеют возможность наклона вокруг продольной оси, а винтомоторные группы, расположенные на короткой диагонали, имеют возможность наклона вокруг поперечной оси.The specified technical result in the proposed flying platform-quadcopter, containing a fuselage made in the form of a small elongation wing with a quadrangular power frame, in each corner of which a propeller group is installed in the through channel of the fuselage, consisting of an engine and rotors placed in a traction ring fixed on the frame with the possibility of its controlled deviation from the vertical axis, the cockpit, control systems, landing gear and tail, is ensured by the fact that the power frame is made in the form of a rhombus, the long diagonal of which is located along the longitudinal axis, and the short diagonal is located along the transverse axis of the flying platform, and propeller-driven groups located on the long diagonal can be tilted around the longitudinal axis, and propeller groups located on the short diagonal can be tilted around the transverse axis.

Каждое тяговое кольцо может быть присоединено к силовой раме с помощью соосной пары шарниров, выполненных в виде цапф, закрепленных на тяговом кольце, и сопряженных с ними втулок, закрепленных на силовой раме, причем по крайней мере одна из цапф на каждом тяговом кольце соединена с приводом наклона, установленном на раме.Each traction ring can be attached to the power frame using a coaxial pair of hinges made in the form of trunnions mounted on the traction ring and associated bushings mounted on the power frame, with at least one of the trunnions on each traction ring connected to the drive slope mounted on the frame.

Каждая винтомоторная группа может состоять из двух несущих винтов с возможностью вращения в противоположных направлениях, закрепленных на валу двигателя, расположенного между ними и связанного с тяговым кольцом силовыми элементами.Each propeller group may consist of two rotors with the possibility of rotation in opposite directions, fixed on the motor shaft, located between them and connected to the traction ring by power elements.

Привод наклона винтомоторных групп, расположенных на поперечной оси платформы, может быть выполнен общим, а привод наклона винтомоторных групп, расположенных на продольной оси платформы, может быть раздельным.The tilt drive of the propeller groups located on the transverse axis of the platform can be made common, and the tilt drive of the propeller groups located on the longitudinal axis of the platform can be separate.

Приводы наклона винтомоторных групп и управления отклонением аэродинамических поверхностей могут быть выполнены в виде рулевых машинок.Drives for tilting propeller groups and controlling the deflection of aerodynamic surfaces can be made in the form of servos.

Управление аппаратом в горизонтальном полете может осуществляться с помощью автопилота с функцией стабилизации горизонтального положения фюзеляжа с минимальными углами скольжения, обеспечивающей снижение лобового сопротивления.The aircraft can be controlled in level flight using an autopilot with the function of stabilizing the horizontal position of the fuselage with minimal slip angles, which reduces drag.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами:The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings:

на фиг. 1 - вид летающей платформы-квадрокоптера сбоку (сечение в продольной плоскости) в горизонтальном полете с обозначением направления полета (НП);in fig. 1 is a side view of a flying quadrocopter platform (section in the longitudinal plane) in horizontal flight with the designation of the direction of flight (NP);

на фиг. 2 - вид летающей платформы-квадрокоптера сверху;in fig. 2 - top view of the flying quadrocopter platform;

на фиг. 3 - вид узла винтомоторной группы спереди (сечение А-А на фиг. 1);in fig. 3 is a front view of the propeller group assembly (section A-A in Fig. 1);

на фиг. 4 - схема размещения винтомоторных групп и их шарнирного крепления на ромбовидной раме (вид сверху);in fig. 4 - layout of propeller groups and their hinged mounting on a diamond-shaped frame (top view);

на фиг. 5 - функциональная схема системы управления аппаратом.in fig. 5 is a functional diagram of the vehicle control system.

Летающая платформа-квадрокоптер содержит фюзеляж 1 с кабиной экипажа 2, шасси 3 и хвостовым оперением, состоящим из вертикальных килей 4 с рулями направления 5 и горизонтальных рулевых поверхностей - элевонов 6. Фюзеляж 1 выполнен в виде крыла малого удлинения с силовым набором, несущим обшивку 7. В качестве основного элемента фюзеляжа использована ромбовидная силовая рама 8, длинная диагональ которой расположена на продольной оси фюзеляжа, а короткая диагональ расположена на поперечной оси. На длинной диагонали силовой рамы 8, проходящей через ЦМ, в сквозных каналах 9, выполненных в крыле, установлены две винтомоторные группы 10 и 11. На короткой диагонали, проходящей через ЦМ, в подобных каналах 9 установлены две винтомоторные группы 12 и 14 на минимальном расстоянии друг от друга (для обеспечения минимального миделя при полете вдоль длинной диагонали). Каждая винтомоторная группа может состоять из двух несущих винтов 15 и 16 с возможностью вращения в противоположных направлениях, закрепленных на валу двигателя 17, расположенного между ними и связанного с тяговым кольцом 18 силовыми элементами - штангами 19. Тяговые кольца 18 для повышения КПД и тяговых характеристик могут иметь профиль, размеры и соотношения в соответствии с известными рекомендациями (см. Шайдаков В.И. Аэродинамика винта в кольце. - М.: Изд-во МАИ, 1996, и другие последующие работы).The flying platform-quadcopter comprises a fuselage 1 with a cockpit 2, a landing gear 3 and a tail unit consisting of vertical fins 4 with rudders 5 and horizontal control surfaces - elevons 6. The fuselage 1 is made in the form of a small elongation wing with a power pack carrying skin 7 As the main element of the fuselage, a diamond-shaped power frame 8 is used, the long diagonal of which is located on the longitudinal axis of the fuselage, and the short diagonal is located on the transverse axis. On the long diagonal of the power frame 8 passing through the CM, in the through channels 9 made in the wing, two propeller groups 10 and 11 are installed. On the short diagonal passing through the CM, in similar channels 9, two propeller groups 12 and 14 are installed at a minimum distance from each other (to ensure a minimum midsection when flying along the long diagonal). Each propeller group may consist of two rotors 15 and 16 with the possibility of rotation in opposite directions, mounted on the motor shaft 17, located between them and connected to the traction ring 18 by power elements - rods 19. Traction rings 18 to increase efficiency and traction characteristics can have a profile, dimensions and ratios in accordance with well-known recommendations (see Shaidakov V.I. Aerodynamics of a screw in a ring. - M .: MAI Publishing House, 1996, and other subsequent works).

Винтомоторные группы 10 и 11 смонтированы на силовой раме 8 посредством двух пар соосных шарниров 20 и 21, расположенных на продольной оси. Винтомоторные группы 12 и 14 смонтированы на силовой раме 8 посредством двух пар соосных шарниров 22 и 23, расположенных на поперечной оси. Каждый шарнир состоит из цапфы, жестко прикрепленной к тяговому кольцу 18, и втулки, закрепленной на раме 8 (фиг. 4). Этим обеспечена возможность поворота винтомоторных групп 10 и 11 вокруг продольной оси, и поворота винтомоторных групп 12 и 14 вокруг поперечной оси. Угол поворота каждой винтомоторной группы может быть ограничен упорами так, что их наклон от вертикальной оси составит, например, не более ±20°. По крайней мере, одна из двух цапф, жестко прикрепленных к тяговым кольцам 18, связана с одним из приводов, закрепленных на раме 8. Например, одна из цапф на тяговых кольцах 18 винтомоторных групп 10 и 11 соединена с выходным валом приводов 24 или 25 соответственно, а цапфы на тяговых кольцах 18 винтомоторных групп 12 и 14 соединены с выходным валом общего привода 26. Приводы наклона винтомоторных групп и рулевых поверхностей могут быть выполнены в виде рулевых машинок. Для управления ими, а также двигателями 17 может быть применена ручная автоматизированная система, например, электродистанционная без механической связи (такой системой оснащены истребители 4-го поколения - см. Системы управления летательных аппаратов /Под ред. В.В. Воробьева. М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008.). В нее входят установленные в кабине 2 командные рычаги управления 27: ручка продольно-поперечного управления (РУ) с кнопкой «элевоны», педали и рычаги управления двигателями (РУД). Дифференциальные сигналы от них поступают в интегрирующее устройство - процессор 28 и автопилот 29, от которых подаются команды на рули 5, элевоны 6, двигатели 17 винтомоторных групп 10,11,12,14 и приводы их наклона 24, 25 и 26 (фиг. 5). В процессор 28 также могут поступать сигналы от датчиков скорости и высоты 30, датчиков скольжения по трем осям (по курсу-крену-тангажу) 31 и др.Propeller groups 10 and 11 are mounted on the power frame 8 by means of two pairs of coaxial hinges 20 and 21 located on the longitudinal axis. Propeller groups 12 and 14 are mounted on the power frame 8 by means of two pairs of coaxial hinges 22 and 23 located on the transverse axis. Each hinge consists of a trunnion rigidly attached to the traction ring 18, and a bushing attached to the frame 8 (Fig. 4). This ensures the possibility of rotation of the propeller groups 10 and 11 around the longitudinal axis, and rotation of the propeller groups 12 and 14 around the transverse axis. The angle of rotation of each propeller group can be limited by stops so that their inclination from the vertical axis is, for example, no more than ±20°. At least one of the two trunnions rigidly attached to the traction rings 18 is connected to one of the drives mounted on the frame 8. For example, one of the trunnions on the traction rings 18 of the propeller groups 10 and 11 is connected to the output shaft of the drives 24 or 25, respectively. , and the pins on the traction rings 18 of the propeller groups 12 and 14 are connected to the output shaft of the common drive 26. The tilt drives of the propeller groups and steering surfaces can be made in the form of steering machines. To control them, as well as engines 17, a manual automated system can be used, for example, an electrically remote system without mechanical communication (4th generation fighters are equipped with such a system - see Aircraft control systems / Edited by V.V. Vorobyov. M .: Published by VVIA named after Prof. N.E. Zhukovsky, 2008.). It includes the command control levers 27 installed in the cab 2: the longitudinal-transverse control handle (RU) with the “elevons” button, pedals and engine control levers (ORE). Differential signals from them go to the integrating device - processor 28 and autopilot 29, from which commands are sent to the rudders 5, elevons 6, engines 17 of propeller groups 10,11,12,14 and their tilt drives 24, 25 and 26 (Fig. 5 ). The processor 28 can also receive signals from speed and altitude sensors 30, slip sensors along three axes (on the course-roll-pitch) 31, etc.

Летающая платформа-квадрокоптер работает следующим образом.Flying platform quadrocopter works as follows.

Перед выполнением взлета все винтомоторные группы 10, 11, 12 и 14 находятся в нейтральном положении, т.е. их ось вертикальна. После включения двигателей 17, управляя РУД, увеличивают их обороты до взлетного режима. Под действием силы тяги всех соосных винтов 15 и 16 летающая платформа взлетает вертикально, и в результате балансировки может выполнить зависание.Before taking off, all propeller groups 10, 11, 12 and 14 are in the neutral position, i.e. their axis is vertical. After turning on the engines 17, by controlling the throttle, increase their speed to the takeoff mode. Under the action of the thrust force of all coaxial screws 15 and 16, the flying platform takes off vertically, and as a result of balancing, it can hover.

На режиме висения, если отклонить РУ в поперечном направлении, то под действием приводов 24 и 25 произойдет синхронный наклон винтомоторных групп 10 и 11 на шарнирах 20-21 на угол ±α (фиг. 3) и отклонение их векторов тяги Т в поперечной плоскости в одном направлении. Вследствие появления соответствующей горизонтальной составляющей обоих векторов тяги Т, т.е. пропульсивных сил F, летающая платформа может начать горизонтальный полет в поперечном направлении.In the hovering mode, if the RP is deflected in the transverse direction, then under the action of the drives 24 and 25, the propeller groups 10 and 11 on the hinges 20-21 will be synchronously tilted at an angle of ±α (Fig. 3) and their thrust vectors T will deviate in the transverse plane in one direction. Due to the appearance of the corresponding horizontal component of both thrust vectors T, i.e. propulsion forces F, the flying platform can start horizontal flight in the transverse direction.

Если отклонить от нейтрали педали, то те же приводы 24 и 25 будут наклонять винтомоторные группы 10 и 11 на угол α в противоположных направлениях. Из-за наклона двух векторов Т в противофазах и действия пропульсивных сил F в противоположных направлениях появится вращающий момент вокруг вертикали, что приведет к развороту летающей платформы на месте в нужную сторону.If the pedals are deviated from the neutral, then the same drives 24 and 25 will tilt the propeller groups 10 and 11 at an angle α in opposite directions. Due to the inclination of the two vectors T in antiphase and the action of the propulsive forces F in opposite directions, a torque will appear around the vertical, which will lead to the turn of the flying platform in place in the right direction.

Если отклонить РУ в продольной плоскости, то произойдет синхронный наклон винтомоторных групп 12 и 14 на шарнирах 22-23 на угол ±α, что приведет к соответствующему наклону вектора тяги Т вперед или назад. В результате может произойти движение летающей платформы в продольном направлении.If the RP is deflected in the longitudinal plane, then there will be a synchronous inclination of the propeller groups 12 and 14 on the hinges 22-23 at an angle of ±α, which will lead to a corresponding inclination of the thrust vector T forward or backward. As a result, the flying platform may move in the longitudinal direction.

Т.е. каждая пара винтомоторных групп выполняет разные функции: винтомоторные группы 10 и 11 являются подъемно-курсовыми, а винтомоторные группы 12 и 14 являются подъемно-маршевыми.Those. each pair of propeller groups performs different functions: propeller groups 10 and 11 are lifting and heading, and propeller groups 12 and 14 are lifting and marching.

Летающая платформа-квадрокоптер после взлета и набора безопасной высоты может перейти из режима висения в горизонтальный полет. Для этого подъемно-маршевые группы 12 и 14 плавно переводятся в положение «разгона», в котором они наклонены на увеличенные углы α (фиг. 1). При разгоне в горизонтальном полете режим работы всех двигателей 17 задается положением РУД, а при достижении крейсерской скорости устанавливают номинальные обороты двигателей. При включенном автопилоте 29 в случае появления возмущающих моментов он обеспечивает горизонтальное стабилизированное положение фюзеляжа 1 без тенденций к завалам и скольжению во всех направлениях. Этим исключается наклон фюзеляжа вперед (как у вертолета), и в результате минимального лобового сопротивления летающей платформы обеспечивается возможность полета с повышенной скоростью. При этом обеспечение продольной устойчивости по тангажу может происходить автоматически дифференциальным изменением величины тяги (т.е. только изменением оборотов двигателей 17) подъемно-курсовых групп 10 и 11, находящихся в нейтральном положении.After taking off and climbing a safe altitude, the flying platform-quadcopter can switch from hovering mode to horizontal flight. To do this, the lifting and marching groups 12 and 14 are smoothly transferred to the “acceleration” position, in which they are tilted at increased angles α (Fig. 1). When accelerating in level flight, the operation mode of all engines 17 is set by the position of the throttle, and when cruising speed is reached, the nominal speed of the engines is set. When the autopilot 29 is on, in the event of disturbing moments, it provides a horizontal stabilized position of the fuselage 1 without tending to blockages and sliding in all directions. This eliminates the forward tilt of the fuselage (as in a helicopter), and as a result of the minimum drag of the flying platform, it is possible to fly at an increased speed. In this case, the provision of longitudinal stability in pitch can occur automatically by a differential change in the magnitude of the thrust (ie, only by changing the speed of the engines 17) of the lifting-course groups 10 and 11, which are in the neutral position.

При необходимости маневрирования по тангажу алгоритм работы системы управления меняется. Например, для выполнения пикирования дают РУ «от себя» с одновременным нажатием на кнопку «элевоны». При этом процессор 28 и автопилот 29 снижают обороты двигателей 17 подъемно-маршевых групп 12 и 14, фиксируют привод 26 их наклона и одновременно отклоняют вниз элевоны 6, работающие как руль высоты. Для выхода из пикирования и выполнения «горки», т.е. набора высоты, дают РУ «на себя» с нажатием на кнопку «элевоны». В этом случае процессор 28 и автопилот 29 увеличивают обороты до взлетного режима двигателей 17 всех винтомоторных групп, фиксируют приводы их наклона с одновременным отклонением элевонов 6 в качестве руля высоты в противоположном направлении, т.е. вверх. Для перехода в горизонтальный полет РУ возвращают в нейтральное положение и отключают кнопку «элевоны» при горизонтальном положении фюзеляжа. После этого автопилот 29 продолжает обеспечивать горизонтальное стабилизированное положение фюзеляжа 1.If it is necessary to maneuver in pitch, the control system operation algorithm changes. For example, to perform a dive, they give the RU “from oneself” while simultaneously pressing the “elevons” button. At the same time, the processor 28 and the autopilot 29 reduce the speed of the engines 17 of the lifting and marching groups 12 and 14, fix the drive 26 of their inclination and simultaneously deflect down the elevons 6, which work as an elevator. To exit a dive and perform a “slide”, i.e. climb, give the RU "toward yourself" by pressing the "elevons" button. In this case, the processor 28 and the autopilot 29 increase the speed to the takeoff mode of the engines 17 of all propeller groups, fix their tilt drives with the simultaneous deflection of the elevons 6 as an elevator in the opposite direction, i.e. up. To switch to level flight, the RC is returned to the neutral position and the "elevons" button is turned off when the fuselage is in a horizontal position. After that, the autopilot 29 continues to provide a horizontal stabilized position of the fuselage 1.

Путевая устойчивость в горизонтальном полете обеспечена двухкилевым вертикальным оперением, а поворотные плоскости рулей 5 могут выполнять функции путевого управления. Кроме того, кили 4, установленные на законцовках крыла, снижают его индуктивное сопротивление и способствуют увеличению его подъемной силы. Выполнение фюзеляжа 1 с обшивкой 7 в виде крыла, может обеспечить в горизонтальном полете дополнительную подъемную силу, что позволит использовать часть тяги подъемно-маршевых групп 12 и 14 для увеличения скорости в путевом направлении.Tracking stability in level flight is ensured by a two-keel vertical tail, and the rotary planes of the rudders 5 can perform the functions of directional control. In addition, the keels 4, mounted on the wingtips, reduce its inductive drag and increase its lift. The execution of the fuselage 1 with the skin 7 in the form of a wing can provide additional lift in level flight, which will allow the use of part of the thrust of the lift-cruise groups 12 and 14 to increase the speed in the ground direction.

В горизонтальном полете при необходимости выполнения крена отклоняют РУ в поперечном направлении с нажатием кнопки «элевоны». При этом автопилот 29 включает элевоны в режиме элеронов, которые создают вращающий момент вокруг продольной оси. При интенсивном поперечном отклонении РУ автопилот 29, отслеживая величину и темп перемещений РУ, может задействовать подъемно-маршевые группы 12 и 14, не изменяя их наклон, только изменив дифференцировано обороты их двигателей 17: на одном снижая, а на другом повышая. В результате появления дополнительного момента вокруг продольной оси аппарат может совершить один или несколько оборотов вокруг нее, т.е. выполнить «бочки». Вернув РУ в исходное положение с отключением кнопки «элевоны» в горизонтальном положении фюзеляжа, можно обеспечить возврат аппарата в горизонтальный полет. При отклонениях РУ в передних секторах между продольной и поперечной осями за счет изменения величины и направления вектора тяги подъемно-курсовых групп 10 и 11 и при работе педалями возможна смена курса с выполнением виражей или без них (в зависимости от выбранного сочетания органов управления: с использованием элевонов в качестве элеронов и рулей направления или без каждого из них). При этом основные требуемые управляющие моменты, которые соответствуют выбранному пилотом направлению движения летающей платформы, будут обеспечены наклонами всех винтомоторных групп в разных комбинациях. Это будет обеспечено движителями, имеющими эффективную пропульсивную силу.In level flight, if it is necessary to perform a roll, the RU is deflected in the transverse direction by pressing the "elevons" button. When this autopilot 29 includes elevons in aileron mode, which create a torque around the longitudinal axis. With an intense transverse deviation of the RU, the autopilot 29, tracking the magnitude and rate of the RU movements, can engage the lifting and marching groups 12 and 14 without changing their inclination, only by changing the differential speed of their engines 17: decreasing on one, and increasing on the other. As a result of the appearance of an additional moment around the longitudinal axis, the device can make one or more revolutions around it, i.e. perform "barrels". By returning the RU to its original position with the "elevons" button turned off in the horizontal position of the fuselage, it is possible to ensure the return of the device to level flight. When the RP deviates in the front sectors between the longitudinal and transverse axes due to a change in the magnitude and direction of the thrust vector of the lifting-heading groups 10 and 11 and when pedaling, it is possible to change the course with or without turns (depending on the selected combination of controls: using elevons as ailerons and rudders or without each of them). In this case, the main required control moments, which correspond to the direction of movement of the flying platform chosen by the pilot, will be provided by the inclinations of all propeller groups in different combinations. This will be ensured by propellers with effective propulsion.

Обратный переходный режим от горизонтального полета к висению и вертикальной посадке выполняется следующим образом. Возвращением РУ в нейтральное положение летающая платформа переводится в режим торможения путем плавного поворота подъемно-маршевых и подъемно-курсовых винтомоторных групп на угол, обеспечивающий вертикальное направление вектора тяги. Платформа зависает над местом посадки и плавно за счет уменьшения тяги всех винтомоторных групп (посредством РУД) переходит в режим вертикального снижения до касания шасси 3 земной поверхности.The reverse transition mode from level flight to hover and vertical landing is performed as follows. By returning the RP to the neutral position, the flying platform is switched to the braking mode by smoothly turning the lift-and-flight and lift-and-track propeller groups at an angle that ensures the vertical direction of the thrust vector. The platform hangs over the landing site and smoothly, due to the reduction of the thrust of all propeller groups (by means of the throttle), enters the mode of vertical descent until the landing gear 3 touches the earth's surface.

Предлагаемая концепция летающей платформы-квадрокоптера может обеспечить упрощение конструкции, без множества аэродинамических поверхностей, повышенную надежность, соответствующую безопасность полета и эффективность как в обычных условиях, так и в условиях турбулентной атмосферы, в том числе обладать высокой маневренностью и широким диапазоном скоростей полета.The proposed concept of a quadrocopter flying platform can provide a simplified design, without many aerodynamic surfaces, increased reliability, appropriate flight safety and efficiency both under normal conditions and in turbulent atmosphere, including high maneuverability and a wide range of flight speeds.

За счет разделения винтомоторных групп на две пары, выполняющие раздельные функции, возможно упрощение приводов и системы управления.By dividing the propeller groups into two pairs that perform separate functions, it is possible to simplify the drives and the control system.

Измененная геометрия несущей рамы и адаптированная к ней геометрия фюзеляжа-крыла с минимальным миделем в полете с оптимальным курсом - в продольном направлении, а также иная расстановка винтомоторных групп с упрощенной системой управления их наклоном, могут обеспечить улучшение летно-технических характеристик ЛА такого типа.The changed geometry of the carrier frame and the adapted fuselage-wing geometry with a minimum midship in flight with an optimal heading in the longitudinal direction, as well as a different arrangement of propeller groups with a simplified system for controlling their inclination, can improve the performance characteristics of this type of aircraft.

Расположение подъемно-маршевой пары винтомоторных групп на поперечной оси, проходящей через ЦМ, а подъемно-курсовой пары - на продольной оси может исключить появление нежелательных моментов, что может обеспечить упрощение системы управления ЛА.The location of the lift-and-flight pair of propeller groups on the transverse axis passing through the CM, and the lift-and-travel pair on the longitudinal axis can eliminate the appearance of undesirable moments, which can simplify the aircraft control system.

За счет использования автопилота с функцией стабилизации горизонтального положения фюзеляжа может быть достигнуто увеличение максимальной скорости горизонтального полета.Through the use of an autopilot with the function of stabilizing the horizontal position of the fuselage, an increase in the maximum speed of horizontal flight can be achieved.

Claims

1. A flying platform-quadcopter, containing a fuselage made in the form of a small elongation wing with a quadrangular power frame, in each corner of which a propeller group is installed in the through channel of the fuselage, consisting of an engine and rotors placed in a traction ring fixed on the frame with the possibility of its controllable deviations from the vertical axis, the cockpit, control systems, landing gear and tail, characterized in that the power frame is made in the form of a rhombus, the long diagonal of which is located along the longitudinal axis, and the short diagonal is located along the transverse axis of the flying platform, and the propeller groups located on the long diagonal, have the ability to tilt around the longitudinal axis, and propeller groups located on the short diagonal, have the ability to tilt around the transverse axis.

2. Flying platform-quadrocopter according to claim 1, characterized in that each traction ring can be attached to the power frame using a coaxial pair of hinges made in the form of trunnions mounted on the traction ring, and associated bushings mounted on the power frame , wherein at least one of the trunnions on each traction ring is connected to a tilt drive mounted on the frame.

3. A flying platform-quadcopter according to claim 1, characterized in that each propeller group can consist of two rotors with the possibility of rotation in opposite directions, mounted on the motor shaft, located between them and connected to the traction ring by power elements.

4. A flying quadrocopter platform according to claim 2, characterized in that the drive for tilting the propeller groups located on the transverse axis of the platform can be made common, and the drive for tilting the propeller groups located on the longitudinal axis of the platform can be separate.

5. A flying platform-quadcopter according to claim 2, characterized in that the tilt drives of the propeller groups and the deflection of the aerodynamic surfaces can be made in the form of steering machines.

6. A flying platform-quadcopter according to claim 5, characterized in that the control of the device in horizontal flight can be carried out using an autopilot with the function of stabilizing the horizontal position of the fuselage with minimum slip angles, which reduces drag.