RU223201U1 - Беспилотный летательный аппарат с эпи-гипоциклоидальными приводами углов атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области авиации, а именно к конструкции не пилотируемых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) большой дальности полета с коротким взлетом и посадкой, предназначены для решения широкого ряда задач. Беспилотный летательный аппарат содержит фюзеляж, воздухозаборник, топливный бак, шасси, блок оптико-электронной системы наблюдения, авиационные средства поражения, автоматическую станцию радиоэлектронной борьбы, систему электроснабжения, грузовой отсек, систему посадки. Также БПЛА содержит аэродинамическое устройство, смонтированное на передней части фюзеляжа и выполненное в виде соосно на нем закрепленных наружного и внутреннего обтекателей, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с радиальными отверстиями на нем, одним торцом закрепленного на основании, а на другом их торце образована коническая поверхность в виде усеченного конуса. Также БПЛА содержит два решетчатых щелевых полипланных крыла, включающих в себя эпи-гипоциклоидальные приводы изменения углов атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев, которые при необходимости, во время полета, регулируют углы атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев, посредством эпи-гипоциклоидальных безгистерезисных редукторов. Также БПЛА содержит двигательную установку, состоящую из двух роторных двигателей с нагнетающей масляной системой и реактивный вентилятор, состоящий из встречно соосно вращающихся рабочих колес. При этом реактивный вентилятор выполнен с применением композиционных лопаток, приводимых во вращение роторными двигателями через гидравлическую систему. При этом реактивный вентилятор расположен в задней части фюзеляжа и имеет вертикальные и горизонтальные кили, установленные на конце обечайки реактивного вентилятора. Техническим результатом полезной модели является повышение аэродинамических качеств беспилотного летательного аппарата. 8 ил.

Description

Полезная модель относится к области авиации, а именно к конструкции беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) большой дальности полета с коротким взлетом и посадкой, предназначенных для решения широкого ряда задач.

Из уровня техники известен RU 2397114 С1 «БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ЯДЕРНОЙ БОЕГОЛОВКОЙ» (патентообладатель Сиротин Валерий Николаевич (RU), опубликовано 20.08.2010). Беспилотный летательный аппарат содержит фюзеляж, боеголовку, крыло постоянной площади, крыло изменяемой площади, турбореактивные двигатели и ракетный ускоритель. Аппарат снабжен силовой установкой, имеющей два гребных винта, которые расположены снаружи на нижней задней части фюзеляжа, крыло изменяемой площади выполнено обратной стреловидности из телескопически выдвигающихся частей, а крыло постоянной площади выполнено прямой стреловидности с элевонами. Изобретение направлено на повышение маневренности.

Наиболее близким аналогом является RU 141496 U1 «БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ» (патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "Современные авиационные технологии" (RU), опубликовано 13.01.2014 г.). Беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж, воздухозаборник, крыло обратной стреловидности, хвостовое оперение, реактивный двигатель, топливный бак, шасси, отличающийся тем, что содержит автоматическую станцию радиоэлектронной борьбы, блок оптико-электронной системы наблюдения, выполненный с возможностью его размещения внутри отсека фюзеляжа, целевая нагрузка, размещенная во внутреннем отсеке фюзеляжа с возможностью отделения в полете, при этом крыло обратной стреловидности снабжено корневыми наплывами, хвостовое оперение выполнено V-образным, сопло реактивного двигателя расположено в верхней зоне хвостовой части фюзеляжа, между поверхностями оперения, воздухозаборник расположен сверху фюзеляжа, а в основании воздухозаборника выполнен канал для отвода заторможенного пограничного слоя, состоящий из плоского воздухозаборника, размещенного между поверхностью фюзеляжа и воздухозаборником двигателя, и внутрифюзеляжного канала, выполненного с возможностью подачи охлаждающего воздуха во внутренние отсеки фюзеляжа.

Недостатком известных решений является аэродинамические характеристики, не позволяющие БПЛА зависать в полете на встречных воздушных потоках в широком диапазоне высот, а также осуществлять полет на малых высотах при скоростях менее 30 км/час.

Техническим результатом патентуемого решения является повышение аэродинамических качеств беспилотного летательного аппарата.

Технический результат достигается следующим образом.

Беспилотный летательный аппарат, содержит фюзеляж, состоящий из двух отсеков бортового оборудования и отсека полезной нагрузки, воздухозаборник, топливный бак, шасси, блок оптико-электронной системы наблюдения, выполненный с возможностью его размещения внутри отсека фюзеляжа, авиационные средства поражения, размещенные во внутреннем отсеке фюзеляжа и выполненные с возможностью отделения в полете, автоматическую станцию радиоэлектронной борьбы.

БПЛА содержит систему электроснабжения, грузовой отсек с возможностью сброса груза, систему посадки, отклоняемое гидроприводами аэродинамическое устройство. При этом аэродинамическое устройство представляет собой обтекаемый модуль, который смонтирован на передней части фюзеляжа аппарата и выполнен в виде соосно закрепленных наружного и внутреннего обтекателей, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с радиальными отверстиями на нем, одним торцом закрепленного на основании, а на другом их торце образована коническая поверхность в виде усеченного конуса. Радиальные отверстия каждого обтекателя могут иметь разный размер, например, диаметр. Воздух, входящий в полости обтекателей, выходит за их пределы через радиальные отверстия. Выполнение радиальных отверстий разного диаметра способствует закрутке воздушного потока, что заставляет его за счет центробежных сил «прижиматься» к стенкам обтекателей, уменьшая удельную лобовую нагрузку встречного потока. Наружная поверхность внутреннего обтекателя и внутренняя наружного образуют сопло. Воздух из внутренних полостей обтекателей истекает из их радиальных отверстий.

Использование отклоняемого гидроприводами аэродинамического устройства обеспечивает направленное обтекание встречного воздушного потока, регулирующего лобовое сопротивление среды, и одновременно снижает сопротивление летательного аппарата, что позволяет обеспечить улучшение управляемости в полете БПЛА. Кроме того, достигается снижение расхода топлива при полете, снижение выбросов выхлопных газов в окружающую среду.

БПЛА содержит два несущих решетчатых щелевых полипланных крыла, включающих в себя эпи-гипоциклоидальные приводы изменения углов атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев, которые при необходимости, во время полета, регулируют углы атаки крыльев, посредством эпи-гипоциклоидальных безгистерезисных редукторов. При этом решетчатые щелевые полипланные крылья расположены наклонно снизу-вверх вдоль фюзеляжа. Рабочие элементы крыльев расположены так, что по ним условно можно идти вперед и вверх, начиная с нижнего, по направлению движения в среде. С целью улучшения аэродинамических характеристик решетчатого щелевого полипланного крыла и полного устранения генерации паразитных вихрей, применен многощелевой профиль.

Решетчатая конфигурация крыльев со специальным многощелевым профилем создает большую подъемную силу, также за счет ламинарного потока достигается бессрывное обтекание крыльев данного профиля во всем диапазоне рабочих углов обтекания встречного потока, в широком диапазоне скоростей. Углы атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев в зависимости от режимов полета регулируется за счет применения управляемых эпи-гипоциклоидальных редукторов, которые могут управляться как с применением мини-шаговых двигателей, а также возможна организация управление с помощью гидравлических эпи-гипоциклоидальных приводов. При одновременном управлении положения аэродинамического модуля и углов наклона решетчатых щелевых полипланных крыльев достигается оптимизация с целью уменьшения лобового сопротивления рабочему движению БПЛА на требуемых режимах и эшелонах движения.

Решетчатые щелевые полипланные крылья с многощелевым профилем за счет организации каналов для потока охлаждающей жидкости и масла дополнительно выполняют функцию радиатора двигательной установки, за счет чего обеспечивается уменьшение габаритных размеров двигательной установки, а также обеспечивается предотвращения их обледенения в полете. Несущая система, в качестве которой используются решетчатые щелевые полипланные крылья с многощелевым профилем, на сегодняшний момент обладает наилучшими относительными к рабочей площади крыла характеристиками подъемной силы по сравнению со всеми существующими вариантами крыльев для авиации. Более чем многократное увеличение подъемной силы, более чем трехкратное уменьшение вихревых и индуктивных потерь, нечувствительность к значительному нарушению продольной центровки, отсутствие моментов на крыле, равномерная и регулируемая эпюра нагрузок по хорде крыла, отсутствие необходимости в хвостовом оперении, небольшой удельный вес и высокая прочность. Применение решетчатых щелевых полипланных крыльев устраняет генерируемую одиночным крылом цепочку вихрей «Дорожка Кармана», которые обнаруживаются после полета, радиолокационной станцией (РЛС) длительное время.

Характерной особенностью данного профиля является то, что он имеет высокое максимальное значение коэффициента подъемной силы, обеспечивающего высокие параметры скороподъемности БПЛА.

БПЛА содержит двигательную установку, состоящую из двух роторных двигателей внутреннего сгорания с нагнетающей масляной системой и гидроприводом реактивного вентилятора. Роторные двигатели спроектированы с возможностью отключения свечей зажигания и электронного блока управления на крейсерском режиме полета, за счет применением дозирующих топливных форсунок с механическим приводом топливного насоса, что в свою очередь обеспечивает усложнение обнаружения летящего БПЛА современными техническими средствами, стоящими на вооружении сил противовоздушной обороны (ПВО) различных стран, обеспечивает возможность автоматического противодействия попыткам уничтожения летящего БПЛА. Применение двухдвигательной схемы позволяет повысить выживаемость в боевых условиях. Двигатели выбраны таким образом, что их мощностные характеристики позволяют выполнять горизонтальный полет при одном неработающем двигателе. Кроме того, обеспечивается высокая экономичность за счет применения роторных двигателей внутреннего сгорания.

БПЛА содержит в качестве движителя реактивный вентилятор, выполненный из встречно соосно вращающихся рабочих колес. Вентилятор выполнен с применением композиционных лопаток, приводимыми во вращение роторными двигателями через гидравлическую систему. Вентилятор расположен в задней части фюзеляжа. На конце обечайки реактивного вентилятора установлены управляемые отклоняемые вертикальные и горизонтальные кили, установленные на концах вентилятора.

Реактивный вентилятор с встречно вращающимися лопастями обеспечивает высокую скорость реактивного потока, отличные показатели соотношения тяга/мощность, особенно на высоких скоростях полета. Реактивный вентилятор выполнен в толкающем варианте и имеет ряд преимуществ по сравнению с применением традиционного Воздушного Винта:

обладает малым поперечным сечением, что обеспечивает БПЛА высоким аэродинамическим качеством;

создает возможность выхода на большие скорости полета по сравнению с БПЛА, использующими классические винтовые установки;

имеет низкий реактивный момент;

реализует реактивный способ движения по стоимости сопоставимых с поршневыми классическими установками;

обеспечивает большую воздушную скорость при одинаковой мощности;

имеет более высокий ресурс;

обладает улучшенными акустическими характеристиками;

обладает более высокой надежностью в эксплуатации;

обеспечивает безопасность и удобство обслуживания БПЛА

Реактивный вентилятор обладает низким паразитным звуком и не имеет повышенной температуры реактивного толкающего потока, в отличие от реактивных газотурбинных двигателей, что обеспечивает незаметность в ИК-диапазоне.

Гидравлическая система помимо приводов вентилятора, через компактные эпи-гипоциклоидальные редукторы позволяет отклонять вертикальные и горизонтальные «кили», установленные на обечайке реактивного вентилятора, позволяющие в полете менять направление БПЛА и обеспечивать его дополнительную устойчивость в полете. Возможно применение электромеханических устройств (эпи-цевочных с применением компактных шаговых двигателей или сервоприводов) для отклонения вертикальных и горизонтальных «килей» рулями направления.

Данная конструкция дополнительно создает обдув решетчатых щелевых полипланных крыльев и обеспечивает БПЛА дополнительной подъемной силой, а также обеспечивает охлаждение поверхности решетчатых щелевых полипланных крыльев, одновременно выполняющее функции радиатора двигательной установки. Что в свою очередь улучшает тепловой режим работы двигателей даже при висении БПЛА на нулевых скоростях при любых максимальных положительных температурах (до +70°С, на палящем солнце в зените).

Шасси имеют четыре электрических мотор-колеса на опорах рессорного типа с тормозными дисками из керамического карбида кремния. Данная конструкция применяется в вариантах БПЛА, выполняющих взлет и посадку «по-самолетному». Предназначено для стоянки, передвижения на земле, выполнения разбега при взлете, а также пробега и торможения при посадке. Опоры убираются «по полету» в отсек фюзеляжа. Механизмы привода колес - электромеханические. Также возможна уборка-выпуск опор с помощью гидравлической системы. Управление БПЛА при движении по аэродрому, а также уборка и выпуск шасси могут выполняться автоматически по команде из бортовой системы управления согласно программе полета или по командам оператора с пункта управления.

Шасси включает в свой состав опору носовую с механизмом уборки-выпуска и опоры основные с механизмами уборки выпуска. Механизмы уборки-выпуска опор шасси - электромеханические. Также возможна уборка-выпуск опор с помощью гидравлической системы.

Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:

Рис. 1 - Беспилотный летательный аппарат, вид сбоку.

Рис. 2 - Беспилотный летательный аппарат, вид сверху.

Рис. 3 - Беспилотный летательный аппарат, вид спереди.

Рис. 4 - Беспилотный летательный аппарат, вид сзади.

Рис. 5 - Двигательная установка и реактивный вентилятор в разрезе.

Рис. 6 - Аэродинамическое устройство в разрезе.

Рис. 7 - Многощелевой профиль решетчатого щелевого полипланного крыла в разрезе.

Рис. 8 - Эпи-гипоциклоидальный привод угла атаки решетчатого щелевого полипланного крыла.

На рис. 1-3 изображен беспилотный летательный аппарат, имеющий фюзеляж (2), аэродинамическое устройство (1), состоящее из внешнего и внутреннего обтекателя (12), указанного на рис. 6, решетчатые щелевые полипланные крылья (3), которые совмещают функции радиатора для охлаждения двух роторных двигателей и фазированной решетки для радиолокационного изучения поверхности, обечайка реактивного вентилятора (4), с соосно встречно вращающимися рабочими колесами, четырех-опорное шасси (5), имеющие колеса с эпи-гипоциклоидальным гидравлическим приводом.

Планер БПЛА имеет в основном металлическую модульную конструкцию, состоящую из отдельных отсеков, фиксирующихся между собой с помощью фланцевых и контурных винтовых соединений комбинированной (клепано-сварной) конструкцией, а также из композиционных неметаллических материалов. Обшивка решетчатого щелевого полипланного крыла (3) изготавливается из препрега «Органит-10Т» методом автоклавного формования в пресс-формах. В качестве основных конструкционных материалов для изготовления силовых элементов решетчатого щелевого полипланного крыла (3) используются алюминиевые сплавы, высокопрочные стали, неметаллические композиционные материалы.

На рис. 4 изображен беспилотный летательный аппарат, вид сзади. На рисунке указаны вертикальные (6) и горизонтальные (7) сопловые кили, установленные в конце обечайки реактивного вентилятора (4), колесо с рабочими лопаткам, которое вращается по часовой стрелке (8).

На рис. 5 изображены в разрезе двигательная установка и реактивный вентилятор. На рисунке указаны колеса с рабочими лопатками, вращающиеся по часовой стрелке (8) и против часовой стрелки (9), гидропривод вентилятора (10) и роторные двигатели с кинематикой Ванкеля (11).

На рис. 6 изображен разрез аэродинамического устройства (1), имеющий внутренний обтекатель (12) с радиальными отверстиями (14) и отверстиями (13) во внешнем обтекателе.

На рис. 7, 8 приведены подробные изображения, касающиеся конструкции решетчатых щелевых полипланных крыльев БПЛА. На рис. 7 изображен многощелевой профиль решетчатого щелевого полипланного крыла (15) в разрезе. На рис. 8 изображен эпи-гипоциклоидальный привод угла атаки решетчатого щелевого полипланного крыла. Углы атаки решетчатых щелевых крыльев в зависимости от режимов полета регулируются за счет применения управляемых эпи-гипоциклоидальных безгистерезисных редукторов (16), которые могут управляться как с применением мини-шаговых двигателей или с помощью гидравлических эпи-гипоциклоидальных приводов. Также на рисунке обозначены элементы решетчатого щелевого полипланного крыла (17) и радиально-упорный подшипник скольжения (18).

Таким образом, вся совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в улучшение аэродинамических возможностей беспилотного летательного аппарата. БПЛА выполнен с взаимным расположением крыльев и других агрегатов, обеспечивающим высокий уровень аэродинамического качества, высокую жесткость и прочность конструкции, что позволяет выполнять полет в широком диапазоне высот на оптимальных режимах со значительной экономией энергетических ресурсов, при воздействии различных внешних факторов - в условиях высокой турбулентности, мощных восходящих потоков, струйных течений.

Перечень ссылочных позиций:

1 - Аэродинамическое устройство

2 - Фюзеляж

3 - Решетчатое щелевое полипланное крыло

4 - Обечайка реактивного вентилятора

5 - Четырехопорное шасси

6 - Вертикальные сопловые кили

7 - Горизонтальные сопловые кили

8 - Колесо с рабочими лопатками, которое вращается по часовой стрелке

9 - Колесо с рабочими лопатками, которое вращается против часовой стрелки

10 - Гидропривод реактивного вентилятора

11 - Роторные двигатели

12 - Внутренний обтекатель аэродинамического устройства

13 - Радиальные отверстия внешнего обтекателя аэродинамического устройства

14 - Радиальные отверстия внутреннего обтекателя аэродинамического устройства

15 - Многощелевой профиль решетчатого щелевого полипланного крыла в разрезе

16 - Эпи-гипоциклоидальный безгистерезисный редуктор

17 - Элемент решетчатого щелевого полипланного крыла

18 - Радиально-упорный подшипник скольжения

Claims (1)

1. Беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж, воздухозаборник, топливный бак, шасси, блок оптико-электронной системы наблюдения, авиационные средства поражения, автоматическую станцию радиоэлектронной борьбы, систему электроснабжения, грузовой отсек, систему посадки, отличающийся тем, что содержит аэродинамическое устройство, смонтированное на передней части фюзеляжа и выполненное в виде соосно на нем закрепленных наружного и внутреннего обтекателей, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с радиальными отверстиями на нем, одним торцом закрепленного на основании, а на другом их торце образована коническая поверхность в виде усеченного конуса, два решетчатых щелевых полипланных крыла, включающих в себя эпи-гипоциклоидальные приводы изменения углов атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев, которые при необходимости, во время полета, регулируют углы атаки решетчатых щелевых полипланных крыльев, посредством эпи-гипоциклоидальных безгистерезисных редукторов, двигательную установку, состоящую из двух роторных двигателей внутреннего сгорания с нагнетающей масляной системой, реактивный вентилятор, состоящий из встречно соосно вращающихся рабочих колес, при этом реактивный вентилятор выполнен с применением композиционных лопаток, приводимых во вращение роторными двигателями через гидравлическую систему, при этом реактивный вентилятор расположен в задней части фюзеляжа и имеет вертикальные и горизонтальные кили, установленные на конце обечайки реактивного вентилятора.