RU221643U1 - Малый беспилотный летательный аппарат - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Малый БПЛА содержит корпус, несущий на наружной поверхности опорное приспособление для закрепления метательного устройства для полезного груза, подлежащего порционной или штучной или разовой выгрузке во время полета, а также механизм регулировки тангажа в соответствии с алгоритмом высвобождения полезного груза. Опорное приспособление для закрепления метательного устройства выполнено в виде закрепляемой на корпусе планки Пикатини или Вивера, закрепленной в двух точках вдоль продольной оси летательного аппарата, в одной из которых планка связана в корпусом шарнирно, а в другой - через привод подъема и опускания конца планки в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось летательного аппарата или через линию вектора курсового движения. Планка оснащена быстроразъемными средствами крепления метательного устройства, а летательный аппарат оснащен приспособлением наведения для сброса полезного груза. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к области беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) вертолетного и самолетного типов, а именно к конструкциям легких и/или сверхлегких БПЛА, оснащенных полезным грузом, освобождение от которого во время полета изменяет полетные параметры БПЛА по крену и тангажу (при сбросе груза). В частности, рассматривается вопрос доставки груза в места, труднодоступные для обычной самоходной техники или когда доставка занимает много времени.

В рамках настоящей полезной модели под термином миниатюрный БПЛА или малый БПЛА (SUAV) или дрон ("SUAV Advanced Concept Technology Demonstration" U.S. Army Soldier Systems Center"Small Unmanned Aircraft Vehicles Advanced Concept Technology Demonstration (SUAV ACTD)". 25 февраля 2012. Архивировано 25 февраля 2012 г.) понимается беспилотный летательный аппарат, достаточно малый, чтобы быть переносным человеком. Самые маленькие БПЛА называются микровоздушными транспортными средствами. Миниатюрные БПЛА варьируются от микровоздушных транспортных средств (MAV), которые могут перевозиться пользователем, до переносных БПЛА, которые можно перевозить и запускать, как переносную систему. Эти определения варьируются от менее 2 кг для Канады до менее 25 кг для Соединенных Штатов («Регламент FAA SUAS 2015 года»). Перспектива SESAR UE для правил управления воздушным движением 2020 года также предлагала менее 25 кг ("Определение СУ АС, пересмотренное СЕСАР"), в то время как САА Великобритании заявила менее 20 кг.

Условием балансировки БПЛА в установившемся горизонтальном полете является равенство нулю коэффициента момента тангажа и момента крена. При этом это равенство устанавливается по отношению к центру тяжести БПЛА. Под понятием зоны центра тяжести понимается зона опорной поверхности БПЛА вокруг центра тяжести. Чем БПЛА легче, тем меньше по площади эта зона. Устойчивость ЛА в полете определяется управлением аппаратом с целью сохранения положения проекции центра тяжести в опорной зоне. Для малых БПЛА перегрузка или перераспределение весовых нагрузок приводят к выходу проекции центра тяжести из этой зоны. Такие проблемы ярко выражены и присущи и для БПЛА самолетного и для БПЛА вертолетного типа, обладающих малым собственным весом, сильной зависимостью устойчивости от места подвеса полезного груза.

В настоящее время приобрело широкое распространение использование БПЛА для доставки различных грузов. Для скоростных малых БПЛА, использующих самолетную или вертолетную аэродинамическую схему, вопрос балансировки БПЛА в момент частичного или порционного сброса груза или после полного сброса груза представляет существенную проблему. Кроме того, сложно решается вопрос с навешиванием груза или грузового отсека.

В рамках настоящей заявки полезная модель рассматривается на примере исполнения БПЛА вертолетного и самолетного типа. БПЛА вертолетного типа имеет один или несколько винтов и представляют собой классический вертолет. Подъемная сила у аппаратов этого типа также создается аэродинамически, но не за счет крыльев, а за счет вращающихся лопастей несущего винта (винтов). Крылья либо отсутствуют вовсе, либо играют вспомогательную роль. Очевидными преимуществами БПЛА вертолетного типа являются способность зависания в точке и высокая маневренность, поэтому их часто используют в качестве воздушных роботов. БПЛА самолетного типа известен также как БПЛА с жестким крылом. Подъемная сила у этих аппаратов создается аэродинамическим способом за счет потока воздуха, набегающего на неподвижное крыло.

Известен БПЛА ракетоподобного типа, несущее полезный груз и в котором сбрасываемые грузы размещают в носовой части фюзеляжа БПЛА с возможностью перемещения в сбрасывающую часть, грузы размещают в носовой части БПЛА последовательно друг за другом с возможностью поочередной фиксации каждого крайнего к сбрасывающей части груза, при этом за последним грузом размещают часть внутренних элементов БПЛА с возможностью их перемещения в носовую часть беспилотного летательного аппарата при сбрасывании каждого груза (RU 2719703, B64D1/10, опубл. 22.04.2020).

Сброс грузов проводят в направлении полета БПЛА, при этом используют сбрасывающую часть, которая образует выпуклую аэродинамическую поверхность вместе с крайним сбрасываемым грузом в носовой части беспилотного летательного аппарата. А за последним сбрасываемым грузом размещают внутренний элемент беспилотного летательного аппарата, который вместе с сбрасывающей частью образует выпуклую аэродинамическую поверхность. Для сброса каждого из грузов применяют пороховой двигатель с тыльной стороны груза. Как указано в патенте, это обеспечивает сохранение балансировки БПЛА после сброса груза.

Это решение принято в качестве прототипа.

В известном решении сохранение балансировки БПЛА по тангажу (управление по крену не рассматривается) осуществляется за счет перемещения оставшихся после сброса грузов и частей внутренних элементов БЛА в носовую часть. При этом каждый крайний к сбрасывающей части груз поочередно фиксируют. Это обеспечивает сохранение аэродинамического сопротивления и характеристик БПЛА после выброса груза, а также балансировку БПЛА, когда центр давления сохраняет свою позицию за центром масс БПЛА. Особенностью такой конструкции является то, что грузовой отсек встроен в фюзеляж и является его составной частью.

Практика применения малых БПЛА в области доставки груза или сброса груза показывает, что такие аппараты, по сути, являются аппаратами одного полета в один конец (непродолжительное время полета (от 30 мин до 1 час), частая потеря связи для управления им и разрушения). То есть это одноразовые БПЛА. Преимуществом малых БПЛА является их небольшой размер и вес, что превращает их в труднодоступную цель. Встраивать грузовой отсек в такие малые БПЛА невозможно, но возможно навешивание грузового отсека, как дополнительного оборудования, на корпус. Но есть проблема, которая заключается в том, что навешиваемое оборудование стабилизировано при взлете и полете, но эта стабилизация нарушается при сбросе груза и оказывает влияние на стабилизацию БПЛА в полете после сброса груза.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «новизна».

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении стабилизации уравновешенного по тангажу БПЛА, нагруженного выбрасываемым в полете грузом в направлении расположения объекта приема этого груза.

Указанный технический результат достигается тем, что в малом беспилотном летательном аппарате, содержащем корпус, несущий на наружной поверхности опорное приспособление для закрепления метательного устройства для подлежащего порционной или штучной или разовой выгрузке полезного груза во время полета, а также механизм регулировки тангажа в соответствии с алгоритмом высвобождения полезного груза, указанное опорное приспособление для закрепления метательного устройства для полезного груза выполнено в виде трубы с узлом выброса полезного груза из нее, закрепленной вдоль продольной оси летательного аппарата, при этом планка оснащена быстроразъемными средствами крепления метательного устройства для полезного груза, метательное устройство выполнено в виде трубы с пусковым узлом выброса полезного груза, а летательный аппарат оснащен приспособлением наведения для выброса этого груза, связанным с пусковым узлом узла выброса полезного груза из трубы.

При этом опорное приспособление для закрепления метательного устройства может быть выполнено:

- в виде планки Пикатини или Вивера, закреплена в двух точках вдоль продольной оси летательного аппарата, в одной из которых планка связана в корпусом шарнирно, а в другой - через привод подъема и опускания конца планки в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось летательного аппарата;

- в виде закрепляемой на корпусе гиростабилизированной платформы, несущей быстросъемные хомуты для закрепления трубы метательного устройства;

- в виде закрепляемой на корпусе гиростабилизированной платформы, несущей быстросъемные хомуты для закрепления трубы метательного устройства, при этом указанная труба размещена по одну сторону вертикальной линии, проходящей через центр тяжести летательного аппарата, и на другой стороне от этой линии она оснащена дополнительной трубой, несущей груз, перемещаемый в сторону центра тяжести летательного аппарата при выбросе груза;

- в виде закрепляемой на корпусе гиростабилизированной платформы, несущей быстросъемные хомуты для закрепления трубы метательного устройства, при этом указанная труба размещена по одну сторону вертикальной линии, проходящей через центр тяжести летательного аппарата, и на другой стороне от этой линии она оснащена дополнительной трубой с грузом, отделяемыми от трубы метательного устройства после выброса полезного груза;

- или труба метательного устройства закреплена в двух точках, в одной из которых она связана с корпусом шарнирно, а в другой - через привод подъема и опускания конца трубы в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось летательного аппарата или через линию вектора курсового движения.

А приспособление наведения может быть выполнено:

- в виде управляемой сервоприводом видеокамеры с сеткой прицеливания, связанной с пусковым узлом трубы;

- в виде видеокамер, используемых для дистанционного управления летательным аппаратом.

Кроме того, быстроразъемные средства могут представлять собой хомуты.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения БПЛА, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - типовой пример исполнения БПЛА вертолетного типа;

фиг. 2 - типовой пример исполнения БПЛА самолетного типа;

фиг. 3 - закрепление метательного устройства на планке Пикатини;

фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, положение регулировки планки Пикатини по углу в вертикальной плоскости;

фиг. 5 - БПЛА вертолетного типа с гиростабилизированным подвесом для закрепления метательного устройства;

фиг. 6 - метательное устройство с дополнительной трубой для регулировки баланса относительно центра тяжести БПЛА.

Согласно настоящей полезной модели, рассматриваются новые конструкции грузоперевозящих малых БПЛА весом до 7 кг (вес навешиваемого оборудования), выполненных с функцией метательного выброса полезного груза. При этом изобретение рассматривается как применяемое для БПЛА вертолетного типа и для БПЛА самолетного типа. В частности, речь идет о БПЛА обеспечивающего прицельный выброс полезного груза во время полета и может использоваться в области народного хозяйства (например, по сельскохозяйственному назначению или в области спасательной службы). В качестве полезной нагрузки - груза, расходуемого во время полета, рассматриваются такие грузы, которые можно капсулировать или патронировать и оснащать элементом создания газовоздушного давления в метательном устройстве или формировать высокое давление в направляющем элементе метательного устройства, за счет чего этот груз выбрасывается в сторону направления направляющего элемента этого устройства.

В общем случае, малый беспилотный летательный аппарат содержит корпус 1 (или фюзеляж), выполненный в соответствии с проектно-конструкторской документацией, относящейся к вертолетному (фиг. 1) или самолетному (фиг. 2) типу БПЛА с расчетом подъемно-тяговой силы, учитывающей вес самого БПЛА и вес навешиваемого на корпус оборудования с полезным грузом.

Под навешиваемым оборудованием понимается метательное устройство, выполненное с функцией выброса из направляющего элемента капсулированного груза (для подлежащего порционной или штучной или разовой выгрузке полезного груза во время полета). При этом капсула груза оснащается элементом формирования газовоздушной смеси высокого давления (узел выброса), либо эта смесь образуется непосредственно в направляющем элементе (пневматическое выстреливание). В частности, полезная модель рассматривается на примере использования трубы 2 (как направляющего элемента) с ударно-спусковым механизмом для узла выброса (для инициации образования газовоздушной смеси высокого давления).

Так же под навешиваемым оборудованием понимается механизм фиксации метательного устройства на корпусе БПЛА (как сверху корпуса, так и под днищем корпуса). При этом направляющий элемент метательного устройства располагается на корпусе БПЛА вдоль продольной оси летательного аппарата или вдоль вектора его курсового движения. Расположение обусловлено первым фактором, зависящим от схемы размещения приводных узлов, создающих тяговое усилие, и вторым фактором - необходимостью прицеливания в точку выброса полезного груза во время полета, то есть по курсу полета.

Так же БПЛА оснащается механизмом регулировки тангажа в соответствии с алгоритмом высвобождения полезного груза с целью:

- выравнивания моментов относительно центра тяжести при полете с грузом и при сбросе груза (конструктивно не представлен, так как обеспечивается алгоритмом полета БПЛА и ручным удаленным управлением оператора по данным видеонаблюдения);

- с целью прицеливания направляющего элемента метательного устройства в точку выброса груза при использовании приспособления наведения для выброса полезного груза.

На фиг. 3 представлен пример исполнения БПЛА, в котором метательное устройство закреплено на наружной поверхности корпуса БПЛА через опорное приспособление. Это приспособление выполнено в виде закрепляемой сверху или снизу корпуса БПЛА планки Пикатини 3 или Вивера (одинаковая по конструкции планка, отличающаяся размерами прорезей прикрепления). Планка 3 может закрепляться неподвижно на корпусе БПЛА или закрепляться в двух точках вдоль продольной оси летательного аппарата или вдоль вектора его курсового движения, в одной из которых планка связана с корпусом шарнирно (поз.4) (фиг. 4), а в другой - через привод 5 подъема и опускания конца планки 3 в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось летательного аппарата или через линию вектора курсового движения. При установке трубы в прорези планки труба метательного устройства закрепляется присутствующими на планке быстроразъемными средствами крепления (например, хомутами) (фиг. 3).

При этом, как вариант исполнения, метательное устройство может быть установлено на платформе, обеспечивающей повороты этого устройства влево-вправо (рыскание) относительно курса полета. Так, как пример, ответная часть планки Пикатини или Вивера, которая тем или иным образом закреплена на корпусе БПЛА, может быть связана с шаговым электродвигателем, позволяющим в пределах до 10-15° поворачивать эту ответную часть планки влево или вправо. Система управления этим шаговым двигателем может быть связана с камерой видеонаблюдения.

Приспособление наведения для всех примеров исполнения выполнено в виде управляемой сервоприводом видеокамеры с сеткой прицеливания и связано со спусковой частью спускового механизма метательного устройства для инициации процесса газообразования в узле выброса и выброса полезного груза. В качестве приспособления наведения можно использовать штатную видеокамеру/видеокамеры, которые используются для дистанционного управления БПЛА. Это приспособление в виде видеокамер так же связано со спусковой частью метательного устройства. По сути, видеокамера/видеокамеры показывают изображение картинки окружающей среды и имеют возможность по положению контрольной точки на картинке (например - это центр) фокусировать ориентацию метательного устройства по отношению к этой точке. При расположении контрольной точки в центре видеоизображения оператор дистанционного выдает управляющий сигнал на срабатывание спускового механизма. Кроме того, алгоритм работы видеокамер прицеливания может иметь набор контрольных изображений объектов, в сторону которых должен производиться выпуск заряда (как полезного груза). При появлении образа объекта, совпадающего с контрольным изображением объекта в памяти регистратора, который находится в контрольной точке, алгоритм запускает срабатывание спускового механизма узла выброса.

Опорное приспособление для закрепления метательного устройства для полезного груза может быть выполнено в виде закрепляемой сверху или снизу корпуса гиростабилизированной платформы 6, несущей быстросъемные хомуты 7 для закрепления корпуса метательного устройства, представляющего собой трубу с узлом выброса и со спусковым механизмом, спусковая часть которого связана с приспособлением наведения для сброса этого груза (фиг. 5). На фиг. 5 труба метательного устройства не показана.

Как развитие этого примера исполнения, указанная труба 2 может быть размещена по одну сторону вертикальной линии 8, проходящей через центр тяжести летательного аппарата, и на другой стороне от этой линии оснащена дополнительной трубой 9, несущей груз 10, перемещаемый в сторону центра тяжести летательного аппарата при выбросе груза (фиг. 6). При заряженном метательном устройстве часть трубы, несущей полезный груз, уравновешивается весом дополнительной трубы 9 и весом груза 10 на ней. Изменением положения груза 10 на участке от конца дополнительной трубы до вертикальной линии, проходящей через центр тяжести БПЛА, обеспечивают равенство крутящих моментов. В этом режиме груз 10, как правило, располагается ближе к открытому концу дополнительной трубы. После выброса полезного груза равенство моментов нарушается, что приводит к автоматическому смещению груза 10 в сторону этой вертикальной линии. Это смещение обеспечивается отдельным приводом (например, шаговыми электродвигателями), связанным по управляющей линии с датчиками стабилизации гиростабилизированной платформы или отдельно установленными компенсационными датчиками тангажа или гироскопическим устройством (гировертикаль).

Вариант развития этого рассмотренного технического решения заключается в том, что указанная труба 2 может быть размещена по одну сторону вертикальной линии 8, проходящей через центр тяжести летательного аппарата, и на другой стороне от этой линии оснащена дополнительной трубой 9, несущей груз 10 (фиг. 6). При заряженном метательном устройстве часть трубы, несущей полезный груз, уравновешивается весом дополнительной трубы 9 и весом балластного груза 10 на ней. При таком расположении груз на участке дополнительной трубы до вертикальной линии, проходящей через центр тяжести БПЛА, обеспечивают равенство крутящих моментов. После выброса ролезного груза для сохранения равенства моментов дополнительная труба с грузом отстреливается под действием давления от пороховых газов. Дополнительная труба может быть закреплена или прикреплена к трубе 2 быстроразъемным соединением, размыкание которого функционально связано с выбросом полезного груза из основной трубы 2.

В принципе, применение дополнительной трубы с балластным грузом - это частный случай. Вместо трубы может выступать ось с грузом или просто дополнительный балластный груз, который после метания полезного груза через трубу отстреливается пороховой шашкой или выдавливается давлением пороховых газов или давление газов разблокировывает быстроразъемное соединение дополнительного груза с основной трубой.

Метательное устройство для может быть выполнено в виде закрепляемой сверху или снизу корпуса вдоль продольной оси летательного аппарата или вдоль вектора его курсового движения трубы со спусковым механизмом узла выброса метательного устройства. Труба используется для размещения полезного груза, и спусковая часть ее связана с приспособлением наведения для сброса этого груза. Труба закреплена в двух точках, в одной из которых она связана в корпусом шарнирно, а в другой - через привод подъема и опускания конца трубы в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось летательного аппарата или через линию вектора курсового движения, при этом летательный аппарат оснащен приспособлением наведения для сброса полезного груза, связанным со спусковой частью узла выброса.

Метательное устройство для полезного груза может быть выполнено в виде неподвижно закрепленной сверху или снизу корпуса вдоль продольной оси летательного аппарата или вдоль вектора его курсового движения трубы со спусковым механизмом узла выброса. Труба используется для размещения полезного капсулированного груза, а спусковая часть ее связана с приспособлением наведения для сброса этого груза. При этом указанная труба размещена по одну сторону вертикальной линии, проходящей через центр тяжести летательного аппарата, и на другой стороне от этой линии оснащена дополнительной полой трубой, несущей груз, перемещаемый в сторону центра тяжести летательного аппарата при выбросе заряда.

Claims (5)

1. Малый беспилотный летательный аппарат, содержащий корпус, несущий на наружной поверхности опорное приспособление для закрепления метательного устройства для подлежащего порционной или штучной или разовой выгрузке полезного груза во время полета, а также механизм регулировки тангажа в соответствии с алгоритмом высвобождения полезного груза, отличающийся тем, что указанное опорное приспособление для закрепления метательного устройства для полезного груза выполнено в виде планки, закрепленной вдоль продольной оси летательного аппарата, при этом планка оснащена быстроразъемными средствами крепления метательного устройства для полезного груза, метательное устройство выполнено в виде трубы с пусковым узлом выброса полезного груза, а летательный аппарат оснащен приспособлением наведения для выброса этого груза, связанным с пусковым узлом узла выброса полезного груза из трубы.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что опорное приспособление для закрепления метательного устройства выполнено в виде планки Пикатини или Вивера, закрепленной в двух точках вдоль продольной оси летательного аппарата, в одной из которых планка связана в корпусом шарнирно, а в другой - через привод подъема и опускания конца планки в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось летательного аппарата.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что быстроразъемные средства представляют собой хомуты.

4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что приспособление наведения выполнено в виде управляемой сервоприводом видеокамеры с сеткой прицеливания, связанной с пусковым узлом трубы.

5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что приспособление наведения выполнено в виде видеокамер, используемых для дистанционного управления летательным аппаратом.