RU2617320C1 - Unmanned aerial vehicle - Google Patents

Unmanned aerial vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2617320C1
RU2617320C1 RU2016117022A RU2016117022A RU2617320C1 RU 2617320 C1 RU2617320 C1 RU 2617320C1 RU 2016117022 A RU2016117022 A RU 2016117022A RU 2016117022 A RU2016117022 A RU 2016117022A RU 2617320 C1 RU2617320 C1 RU 2617320C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic circuit
magnetic
magnetic core
unmanned aerial
aerial vehicle
Prior art date
Application number
RU2016117022A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Мушегович Геворкян
Юрий Алексеевич Казанцев
Ренат Маратович Сайфутдинов
Илья Александрович Яшин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2016117022A priority Critical patent/RU2617320C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617320C1 publication Critical patent/RU2617320C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: an unmanned aerial vehicle comprises of a support frame (1), electric motors (2) with lifting rotors (3) attached to arms (4), electronic equipment, an autonomous system (10) of battery (9) charging. The charging system includes a winding (11) disposed on a magnetic core which is detachable and consists of two parts. The first stationary part (12) is U-shaped and installed above the center of mass of the small-sized multicopter above its rotors (3). The second part (13) of the magnetic core is formed as a rolling bar, the cross-sectional area of which is equal to the cross-sectional area of the first part of the magnetic core. The winding (11) of the magnetic core is connected to a converter (17) of alternating voltage into constant voltage, the output of which is connected to the charger (18) of the battery (9). The non-magnetic flexible tape (19), which length is equal to the length of the circumference inscribed in the window (20) of the magnetic core, with one end (21) is fastened inside the window (20) of the magnetic core at the second end (22) of the first part (12) of the magnetic core. The second end (23) of the tape (19) is secured to the second end (24) of the second part (13) of the magnetic core inside its window (20).
EFFECT: increased duration of autonomous operation of an unmanned aerial vehicle.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области малогабаритных летательных аппаратов с несущими винтами с дистанционным управлением по радиоканалу, пилотируемых с применением установленной на борту видеокамеры.The invention relates to the field of small-sized aircraft with rotors with remote control over the air, manned using a video camera installed on board.

Известен беспилотный вертолет-гексакоптер БПЛА ZALA 421-21 тактической дальности с системой автоматического управления (автопилот), навигационной системой (GPS/ ГЛОНАСС), встроенной цифровой системой телеметрии, навигационными огнями, встроенным 3-х осевым магнитометром, аналоговым видеопередатчиком, радиомодемом с приемником спутниковой навигационной системы (СНС) «Диагональ ВОЗДУХ» и поисковым передатчиком (см. © ZALA AERO GROUP Беспилотные летательные аппараты БПЛА, 2014. Режим доступа http://zala.aero/zala-421-21/). Тип двигателя мультикоптера - электрический тянущий - шестироторная схема. Устройство снабжено аккумуляторной батареей (АКБ) 10000 мАч 3S и рассчитано на продолжительность полета 35 минут, включая полет от точки возврата до точки зарядки аккумуляторной батарее и радиус действия видео/радиоканала 2 км / 2 км.Known unmanned helicopter hexopter UAV ZALA 421-21 tactical range with automatic control system (autopilot), navigation system (GPS / GLONASS), integrated digital telemetry system, navigation lights, built-in 3-axis magnetometer, analog video transmitter, radio modem with satellite receiver the Diagonal AIR navigation system (SNA) and the search transmitter (see © ZALA AERO GROUP UAV Unmanned Aerial Vehicles, 2014. Access mode http://zala.aero/zala-421-21/). The type of multicopter engine is electric pulling - six-rotor circuit. The device is equipped with a 10,000 mAh 3S battery and is designed for a flight duration of 35 minutes, including a flight from the return point to the battery charging point and a video / radio channel radius of 2 km / 2 km.

Недостатком такого мультикоптера является ограниченный энергоресурс, определяемый емкостью АКБ, что ограничивает возможный радиус применения устройства.The disadvantage of this multicopter is the limited energy resource determined by the battery capacity, which limits the possible radius of application of the device.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются беспилотный летательный аппарат (Power line sentry charging согласно US 7398946 B1, МПК), который является комбинацией устройств с толкающим (тянущим) и несущим винтами, приводимыми в действие электродвигателями, питаемыми от аккумуляторной батареи.The closest to the proposed technical solution is an unmanned aerial vehicle (Power line sentry charging according to US 7398946 B1, IPC), which is a combination of devices with pushing (pulling) and main rotors driven by electric motors powered by a battery.

Беспилотный летательный аппарат содержит несущую раму, электрические двигатели с несущими винтами, укрепленные на консолях несущей рамы, электронное оборудование, включающее системы автоматического и ручного дистанционного управления, систему цифровой телеметрии и навигации, например спутниковой, системы видеонаблюдения, в том числе и в обеспечение служебных целей, например, за положением летательного аппарата относительно окружающих объектов, аккумуляторную батарею, автономную систему зарядки аккумуляторной батареи, включающую обмотку, размещенную на магнитопроводе, выполненном разъемным, состоящем из двух частей, первая из которых неподвижная, на которой размещена обмотка, имеет U-образную форму и установлена над центром масс малогабаритного мультикоптера выше его несущих винтов, а вторая часть разъемного магнитопровода подвижна, первым концом присоединена с помощью шарнира к первому концу первой части разъемного магнитопровода, а второй ее конец допускает перемещение до замыкания со вторым концом первой части магнитопровода и фиксации взаимного положения частей магнитопровода, обмотка подключена к преобразователю переменного напряжения в постоянное напряжение, выход преобразователя подключен к зарядному устройству аккумуляторной батареи.An unmanned aerial vehicle contains a carrier frame, electric motors with rotors mounted on the consoles of the carrier frame, electronic equipment including automatic and manual remote control systems, a digital telemetry and navigation system, for example satellite, video surveillance systems, including for business purposes , for example, the position of the aircraft relative to surrounding objects, the battery, an autonomous battery charging system, including a coil located on a magnetic circuit made detachable, consisting of two parts, the first of which is fixed, on which the winding is placed, has a U-shape and is mounted above the center of mass of a small multicopter above its rotors, and the second part of the detachable magnetic circuit is movable, the first end is connected by a hinge to the first end of the first part of the detachable magnetic circuit, and its second end allows movement until it closes with the second end of the first part of the magnetic circuit and fixes the relative position of stey magnetic circuit winding is connected to the inverter an AC voltage into a DC voltage, the inverter output is connected to the battery charger.

Автономная зарядка аккумуляторной батареи достигается в результате фиксированного положения силового фазного провода в окне замкнутого магнитопровода при положении аппарата под силовым фазным проводом. Процесс ввода силового фазного провода в окно магнитопровода осуществляется оператором дистанционно при перемещении беспилотного летательного аппарата в пространстве в вертолетном режиме и при разомкнутом состоянии магнитопровода летательного аппарата. Замыкание магнитопровода, необходимое для создания напряжения зарядки АКБ на зажимах обмотки, осуществляется с помощью действия вспомогательного энергозависимого устройства (например, двигателя).Autonomous charging of the battery is achieved as a result of a fixed position of the power phase wire in the window of the closed magnetic circuit when the device is positioned under the power phase wire. The process of entering the power phase wire into the magnetic circuit window is carried out by the operator remotely when the unmanned aerial vehicle is moved in space in helicopter mode and when the magnetic circuit of the aircraft is open. The short circuit of the magnetic circuit, necessary to create the charging voltage of the battery at the terminals of the winding, is carried out using the action of an auxiliary volatile device (for example, a motor).

Недостатком таких беспилотных летательных аппаратов является сложная и неэкономичная система замыкания магнитопровода для обеспечения автономной зарядки аккумуляторной батареи от силовых проводов линий передачи.The disadvantage of such unmanned aerial vehicles is a complex and uneconomical magnetic circuit closure system to provide autonomous charging of the battery from the power wires of transmission lines.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение системы оперативной автономной подзарядки АКБ и повышение энергетической эффективности беспилотного летательного аппарата с несущими винтами.The technical task of the invention is to simplify the system of autonomous offline battery charging and increase the energy efficiency of an unmanned aerial vehicle with rotors.

Технический результат изобретения заключается в повышении экономичности и увеличении продолжительности времени как автономной, так и полезной работы беспилотного летательного аппарата с несущими винтами.The technical result of the invention is to increase efficiency and increase the duration of both autonomous and useful work of an unmanned aerial vehicle with rotors.

Это достигается тем, что известное устройство беспилотного летательного аппарата, содержащее несущую раму, электрические двигатели с несущими винтами, укрепленные на консолях несущей рамы, электронное оборудование, включающее системы автоматического и ручного дистанционного управления, систему цифровой телеметрии и навигации, например спутниковой, системы видеонаблюдения, в том числе и в обеспечение служебных целей, например, за положением летательного аппарата относительно окружающих объектов, аккумуляторную батарею, автономную систему зарядки аккумуляторной батареи, включающую обмотку, размещенную на магнитопроводе, выполненном разъемным, состоящем из двух частей, первая из которых неподвижная, на которой размещена обмотка, имеет U-образную форму и установлена над центром масс малогабаритного мультикоптера выше его несущих винтов, а вторая часть разъемного магнитопровода подвижна, первым концом присоединена с помощью шарнира к первому концу первой части разъемного магнитопровода, а второй ее конец допускает перемещение до замыкания со вторым концом первой части магнитопровода и фиксации взаимного положения частей магнитопровода, обмотка подключена к преобразователю переменного напряжения в постоянное напряжение, выход преобразователя подключен к зарядному устройству аккумуляторной батареи, снабжено немагнитной гибкой лентой, кронштейном из немагнитного материала, пружиной, работающей на растяжение, отрезком медной ленты и управляемым электрическим ключом, торцевые поверхности концов U-образной первой части магнитопровода выполнены ортогональными направлению его средней линии, длина гибкой ленты равна длине периметра окружности, вписанной в окно магнитопровода, один конец немагнитной гибкой ленты закреплен внутри окна магнитопровода на втором конце первой части магнитопровода, а второй конец немагнитной гибкой ленты закреплен на втором конце второй части магнитопровода внутри окна магнитопровода, вторая часть магнитопровода выполнена в виде бруска, площадь поперечного сечения которой равна площади поперечного сечения первой части магнитопровода, кронштейн одним концом прикреплен к внешней поверхности первой части магнитопровода со стороны шарнира, а ко второму его концу присоединен первый конец пружины, второй конец которой прикреплен к внешней поверхности второй части магнитопровода, длина пружины в сжатом состоянии определяет ортогональное положение второй части магнитопровода относительно торцевых поверхностей первой части магнитопровода, усилие пружины в растянутом состоянии на 10% выше механического момента, определяемого весом второй части магнитопровода и точкой крепления пружины относительно шарнира, сечение магнитопровода обеспечивает превышение на 10% силы магнитного поля, соединяющей части магнитопровода при рабочей силе тока в фазном проводе, полного веса беспилотного летательного аппарата, отрезок медной ленты образует виток по периметру поперечного сечения первой части магнитопровода, концы отрезка медной ленты соединены управляемым электрическим ключом.This is achieved by the fact that the known device of an unmanned aerial vehicle containing a supporting frame, electric motors with rotors mounted on the consoles of the supporting frame, electronic equipment, including automatic and manual remote control systems, digital telemetry and navigation, for example satellite, video surveillance systems, including to ensure service purposes, for example, the position of the aircraft relative to surrounding objects, a battery, autonomous with battery charging system, including a winding placed on a magnetic circuit, made detachable, consisting of two parts, the first of which is stationary, on which the winding is placed, has a U-shape and is mounted above the center of mass of a small multicopter above its main rotors, and the second part the detachable magnetic circuit is movable, the first end is connected by a hinge to the first end of the first part of the detachable magnetic circuit, and its second end can be moved until it closes with the second end of the first part the magnetic circuit and fixing the relative position of the parts of the magnetic circuit, the winding is connected to an AC to DC voltage converter, the output of the converter is connected to a battery charger, equipped with a non-magnetic flexible tape, a bracket made of non-magnetic material, a tensile spring, a piece of copper tape and controlled by an electric key, the end surfaces of the ends of the U-shaped first part of the magnetic circuit are made orthogonal to the direction of its midline, length the flexible tape is equal to the circumference of the circle inscribed in the magnetic circuit window, one end of the non-magnetic flexible tape is fixed inside the magnetic circuit window at the second end of the first part of the magnetic circuit, and the second end of the non-magnetic flexible tape is fixed on the second end of the magnetic circuit inside the magnetic circuit window, the second part of the magnetic circuit is made in the form of a bar, the cross-sectional area of which is equal to the cross-sectional area of the first part of the magnetic circuit, the bracket at one end is attached to the outer surface of the first h the magnetic circuit from the hinge side, and the first end of the spring is attached to its second end, the second end of which is attached to the outer surface of the second part of the magnetic circuit, the length of the spring in the compressed state determines the orthogonal position of the second part of the magnetic circuit relative to the end surfaces of the first part of the magnetic circuit, the spring force in the extended state 10% higher than the mechanical moment determined by the weight of the second part of the magnetic circuit and the point of attachment of the spring relative to the hinge, the cross section of the magnetic circuit bakes a 10% excess of the magnetic field strength connecting the parts of the magnetic circuit with the working current in the phase wire, the full weight of the unmanned aerial vehicle, a piece of copper tape forms a coil around the perimeter of the cross section of the first part of the magnetic circuit, the ends of the piece of copper tape are connected by a controlled electric key.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором показана структура беспилотного летательного аппарата.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing, which shows the structure of the unmanned aerial vehicle.

Беспилотный летательный аппарат содержит несущую раму 1, электрические двигатели 2 с несущими винтами 3, укрепленные на консолях 4 несущей рамы 1, электронное оборудование, включающее системы автоматического 5 и ручного 6 дистанционного управления, систему 7 цифровой телеметрии и навигации, например спутниковой, системы 8 видеонаблюдения, в том числе и в обеспечение служебных целей, например, за положением летательного аппарата относительно окружающих объектов, аккумуляторную батарею 9, автономную систему 10 зарядки аккумуляторной батареи 9, включающую обмотку 11, размещенную на магнитопроводе, выполненном разъемным, состоящем из двух частей 12 и 13. Первая часть 12, из которых, неподвижная, на ней размещена обмотка 11. Эта часть магнитопровода имеет U-образную форму и установлена над центром масс малогабаритного мультикоптера выше его несущих винтов 3. Вторая часть 13 магнитопровода выполнена в виде бруска, площадь поперечного сечения которого равна площади поперечного сечения первой части магнитопровода, подвижна, первым концом 14 присоединена с помощью шарнира 15 к первому концу 16 первой части 12 разъемного магнитопровода, а второй конец второй части 13 разъемного магнитопровода допускает перемещение до замыкания со вторым концом первой части 12 магнитопровода. Обмотка 11 магнитопровода подключена к преобразователю 17 переменного напряжения в постоянное напряжение, выход преобразователя 17 подключен к зарядному устройству 18 аккумуляторной батареи 9. Немагнитная гибкая лента 19, длина которой равна длине периметра окружности, вписанной в окно 20 магнитопровода, одним концом 21 закреплена внутри окна 20 магнитопровода на втором конце 22 первой части 12 магнитопровода, а второй конец 23 немагнитной гибкой ленты 19 закреплен на втором конце 24 второй части 13 магнитопровода внутри окна 20 магнитопровода. Кронштейн 25 из немагнитного материала одним концом 26 прикреплен к внешней поверхности первой части 12 магнитопровода со стороны шарнира 15, а ко второму его концу 27 присоединен первый конец 28 пружины 29. Второй конец 30 пружины 29 прикреплен к внешней поверхности второй части 13 магнитопровода. Длина пружины 29 в сжатом состоянии определяет ортогональное положение второй части 13 магнитопровода относительно торцевых поверхностей первого конца 16 и второго конца 22 первой части 12 магнитопровода. Отрезок медной ленты 32 образует виток по периметру поперечного сечения первой части 12 магнитопровода, концы отрезка медной ленты 32 соединены управляемым электрическим ключом 33.An unmanned aerial vehicle contains a carrier frame 1, electric motors 2 with rotors 3, mounted on consoles 4 of the carrier frame 1, electronic equipment, including automatic 5 and manual 6 remote control systems, digital telemetry and navigation system 7, for example satellite, video surveillance systems 8 including for providing service purposes, for example, for the position of the aircraft relative to surrounding objects, a battery 9, an autonomous system 10 for charging a battery 9, including a winding 11 located on a magnetic circuit, made detachable, consisting of two parts 12 and 13. The first part 12, of which, fixed, is placed on the winding 11. This part of the magnetic circuit is U-shaped and is mounted above the center of mass of the small multicopter above its rotors 3. The second part 13 of the magnetic circuit is made in the form of a bar, the cross-sectional area of which is equal to the cross-sectional area of the first part of the magnetic circuit, is movable, the first end 14 is connected by a hinge 15 to the first end 16 the first part 12 of the detachable magnetic circuit, and the second end of the second part 13 of the detachable magnetic circuit can be moved to the circuit with the second end of the first part 12 of the magnetic circuit. The winding 11 of the magnetic circuit is connected to the AC / DC converter 17, the output of the converter 17 is connected to the battery charger 18. A non-magnetic flexible tape 19, the length of which is equal to the circumference of a circle inscribed in the magnetic circuit window 20, is fixed at one end 21 inside the window 20 the magnetic circuit at the second end 22 of the first part 12 of the magnetic circuit, and the second end 23 of the non-magnetic flexible tape 19 is fixed to the second end 24 of the second part 13 of the magnetic circuit inside the window 20 of the magnetic circuit. An arm 25 of non-magnetic material is attached at one end 26 to the outer surface of the first part 12 of the magnetic circuit from the side of the hinge 15, and the first end 28 of the spring 29 is connected to its second end 27. The second end 30 of the spring 29 is attached to the outer surface of the second part 13 of the magnetic circuit. The length of the spring 29 in a compressed state determines the orthogonal position of the second part 13 of the magnetic circuit relative to the end surfaces of the first end 16 and the second end 22 of the first part 12 of the magnetic circuit. A piece of copper tape 32 forms a coil around the perimeter of the cross section of the first part 12 of the magnetic circuit, the ends of a piece of copper tape 32 are connected by a controlled electric key 33.

Режим зарядки аккумуляторной батареи 9 обеспечивает положение фазного провода 34 в окне 20 магнитопровода при замкнутых частях 12 и 13. Беспилотный летательный аппарат работает следующим образом.The charging mode of the battery 9 provides the position of the phase wire 34 in the window 20 of the magnetic circuit with the closed parts 12 and 13. The unmanned aerial vehicle operates as follows.

В рабочем режиме летательный аппарат либо осуществляет полет в автоматическом режиме с применением системы автоматического управления 5, либо направляется оператором с применением системы дистанционного оборудования канала управления 6 на основе данных поступающих оператору от видеосистемы 8. Полетное время летательного аппарата ограничено емкостью аккумуляторной батареи 9, обеспечивающей электропитание двигателей 2, видеосистемы 8, состоящей из видеокамеры и передающего оборудования канала наблюдения, и приемо-передающего оборудования канала управления 6. С течением времени в процессе разрядки аккумуляторной батареи 9 до 80% мультикоптер в полетном режиме подводится оператором или автоматически подлетает к фазному проводу 34 воздушной линии электроснабжения и перемещается до положения фазного провода 34 в пространстве над окном 20 магнитопровода между первой 12 и второй 13 разъемными частями. При этом, так как пружина 29 обеспечивает ортогональное положение второй части 13 магнитопровода относительно торцевых поверхностей концов 16 и 22 первой части 12 магнитопровода, то этим обеспечивает свободное проникновение фазного провода 34 в окно 20 магнитопровода. Таким образом, при перемещении беспилотного летательного аппарата вверх, фазный провод 34 перемещается внутрь окна 20 магнитопровода и за счет давления на немагнитную гибкую ленту 19 изменяет положение подвижной части 13 разъемного магнитопровода, которая за счет шарнира 15, которым соединена с неподвижной частью 12 магнитопровода, вращаясь вокруг шарнира 15, замыкает магнитопровод.In the operating mode, the aircraft either flies in automatic mode using the automatic control system 5, or is sent by the operator using the remote control system of the control channel 6 based on the data received from the video system 8. The flight time of the aircraft is limited by the capacity of the battery 9 providing power engines 2, video system 8, consisting of a video camera and transmitting equipment of the surveillance channel, and transceiver equipment control channel 6. Over time, in the process of discharging the battery 9 to 80% of the multicopter in flight mode is brought by the operator or automatically flies up to the phase wire 34 of the overhead power line and moves to the position of the phase wire 34 in the space above the window 20 of the magnetic circuit between the first 12 and second 13 detachable parts. Moreover, since the spring 29 provides the orthogonal position of the second part 13 of the magnetic circuit relative to the end surfaces of the ends 16 and 22 of the first part 12 of the magnetic circuit, this ensures the free penetration of the phase wire 34 into the window 20 of the magnetic circuit. Thus, when moving an unmanned aerial vehicle upward, the phase wire 34 moves inside the window 20 of the magnetic circuit and, due to the pressure on the non-magnetic flexible tape 19, changes the position of the movable part 13 of the detachable magnetic circuit, which, by the hinge 15, which is connected to the fixed part 12 of the magnetic circuit, rotates around the hinge 15, closes the magnetic circuit.

Сечение магнитопровода выбрано исходя из условия превышения на 10% силой притяжения частей 12 и 13 магнитопровода веса беспилотного летательного аппарата при номинальном токе в фазном проводе 34. Формула связи силы F магнитного поля, соединяющей части 12 и 13 магнитопровода с площадью S поперечного сечения имеет вид:The cross section of the magnetic circuit is selected based on the condition that the gravity of the parts 12 and 13 of the magnetic circuit of the weight of the unmanned aerial vehicle is 10% at the rated current in the phase conductor 34. The formula for the connection of the force F of the magnetic field connecting the parts 12 and 13 of the magnetic circuit with the cross-sectional area S has the form:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где μ0=4π⋅10-7 Гн/м; I - ток фазного провода; μr - относительная магнитная проницаемость материала магнитопровода;

Figure 00000002
- длина средней линии магнитопровода (суммы длин частей 12 и 13). Это обеспечивает устойчивое положение аппарата на фазном проводе в процессе зарядки АКБ. Поэтому при замыкании частей 12 и 13 магнитопровода двигатели 2 беспилотного летательного аппарата выключаются и он зависает на фазном проводе 34.where μ 0 = 4π⋅10 -7 GN / m; I is the current of the phase wire; μ r is the relative magnetic permeability of the material of the magnetic circuit;
Figure 00000002
- the length of the midline of the magnetic circuit (the sum of the lengths of parts 12 and 13). This ensures a stable position of the device on the phase wire during battery charging. Therefore, when the parts 12 and 13 of the magnetic circuit are shorted, the engines 2 of the unmanned aerial vehicle turn off and it hangs on the phase wire 34.

Протекание тока по фазному проводу магнитопровода возбуждает в нем магнитное поле, которое через обмотку 11 наводит в преобразователе 17 переменного напряжения в постоянное напряжение выходное напряжение, которое прикладывается к входу зарядного устройства 18 аккумуляторной батареи 9 и осуществляет ее зарядку. Процесс зарядки аккумуляторной батареи занимает определенное время, в течение которого аппарат висит на фазном проводе 34 на замкнутом частями 12 и 13 магнитопроводе. По завершении процесса зарядки (контроль за которым осуществляется автоматически зарядным устройством 18 аккумуляторной батареи 9) двигатели 2 беспилотного летательного аппарата запускаются, подвижная вторая часть 13 размыкает магнитопровод и аппарат освобождается от фазного провода (отходит от него). Затем функциональный дистанционно управляемый режим полета беспилотного летательного аппарата возобновляется.The flow of current through the phase wire of the magnetic circuit excites a magnetic field in it, which through the winding 11 induces an output voltage in the AC / DC converter 17, which is applied to the input of the charger 18 of the battery 9 and charges it. The process of charging the battery takes a certain time, during which the device hangs on the phase wire 34 on the closed parts 12 and 13 of the magnetic circuit. Upon completion of the charging process (which is controlled automatically by the charger 18 of the battery 9), the engines 2 of the unmanned aerial vehicle start, the movable second part 13 opens the magnetic circuit and the device is freed from the phase wire (departs from it). Then, the functional remotely controlled flight mode of the unmanned aerial vehicle is resumed.

Размыкание второй части 13 магнитопровода осуществляется при замыкании концов отрезка медной ленты 32, образующей виток по периметру поперечного сечения первой части 12 магнитопровода, управляемым электрическим ключом 33. Короткозамкнутый виток за счет насыщения магнитопровода ослабляет силу притяжения частей 12 и 13 магнитопровода до значений меньше силы действия растянутой пружины 29, первый конец 28 которой прикреплен ко второму концу 27 кронштейна 25, а второй конец 30 пружины 29 прикреплен к внешней поверхности второй части 13 магнитопровода.The opening of the second part 13 of the magnetic circuit is carried out by closing the ends of a piece of copper tape 32, forming a coil around the perimeter of the cross section of the first part 12 of the magnetic circuit controlled by an electric key 33. A short-circuited coil due to saturation of the magnetic circuit weakens the attractive force of the parts 12 and 13 of the magnetic circuit to values less than the tensile force a spring 29, the first end of which 28 is attached to the second end 27 of the bracket 25, and the second end 30 of the spring 29 is attached to the outer surface of the second part 13 of the magnetic circuit .

Кронштейн 25, одним концом 26 прикрепленный к внешней поверхности первой части 12 магнитопровода со стороны шарнира 15, определяет: 1) длину пружины 29 в сжатом состоянии, 2) ортогональное положение второй части 13 магнитопровода относительно торцевых поверхностей концов 16 и 22 первой части 12 магнитопровода и 3) усилие растянутой пружины при замкнутом состоянии частей 12 и 13 магнитопровода, которое больше массы бруска - части 13 магнитопровода (достаточно превышения на 10% для уверенного размыкания частей магнитопровода при отходе беспилотного летательного аппарата от фазного провода), но меньше (на 10%) массы беспилотного летательного аппарата, т.е. силы притяжения частей 12 и 13 магнитопровода в замкнутом состоянии при номинальном токе фазного провода 34.The bracket 25, with one end 26 attached to the outer surface of the first part 12 of the magnetic circuit from the side of the hinge 15, determines: 1) the length of the spring 29 in a compressed state, 2) the orthogonal position of the second part 13 of the magnetic circuit relative to the end surfaces of the ends 16 and 22 of the first part 12 of the magnetic circuit and 3) the force of the extended spring when the parts 12 and 13 of the magnetic circuit are closed, which is greater than the mass of the bar - part 13 of the magnetic circuit (10% excess is enough to reliably open the parts of the magnetic circuit when the drone leaves unit from the phase conductor), but less (by 10%) the mass of the unmanned aerial vehicle, i.e. the attractive forces of the parts 12 and 13 of the magnetic circuit in the closed state at the rated current of the phase wire 34.

Процесс размыкания подвижной части 15 магнитопровод 11 и освобождения аппарата от фазного провода может быть обеспечен как в автоматическом (автономном) режиме, так и ручном, по команде оператора.The process of opening the movable part 15 of the magnetic circuit 11 and releasing the apparatus from the phase wire can be ensured both in automatic (autonomous) mode and manually, at the command of the operator.

Использование системы автоматического замыкания магнитопровода, за счет действия немагнитной гибкой ленты 19, системы автоматического размыкания частей 12 и 13 магнитопровода, обеспеченной отрезком медной ленты 32 управляемой электрическим ключом 33, и пружиной 28 обеспечивает повышение надежности, экономичности и увеличение продолжительности времени как автономной, так и полезной работы беспилотного летательного аппарата.Using the system of automatic closure of the magnetic circuit, due to the action of a non-magnetic flexible tape 19, the system of automatic opening of parts 12 and 13 of the magnetic circuit, provided with a piece of copper tape 32 controlled by an electric key 33, and a spring 28 provides increased reliability, efficiency and increased duration of both autonomous and useful work of an unmanned aerial vehicle.

При этом повышение экономичности и увеличение продолжительности времени работы беспилотного летательного аппарата достигается применением механичеки простой и экономичной системы управления состоянием магнитопровода, определяющего процесс зарядки аккумуляторной батареи.At the same time, an increase in efficiency and an increase in the operating time of an unmanned aerial vehicle are achieved by using the mechanics of a simple and economical magnetic state control system that determines the process of charging the battery.

Для реализации процесса подзарядки такого беспилотного летательного аппарата достаточно наличия любой воздушной линии электропередачи с величиной действующего значения фазного тока от 50 А. Это могут быть как низковольтные, так и высоковольтные линии передачи. Уровень высокого напряжения в линии не влияет на работу устройства, так как все части беспилотного летательного аппарата оказываются в эквипотенциальном состоянии относительно напряжения на проводах линии.To implement the recharging process of such an unmanned aerial vehicle, any overhead power line with an effective value of the phase current of 50 A is sufficient. These can be either low-voltage or high-voltage transmission lines. The high voltage level in the line does not affect the operation of the device, since all parts of the unmanned aerial vehicle are in an equipotential state relative to the voltage on the line wires.

Рабочее устройство по данной заявке разработано на базе гексакоптера RC 690S Tarot 2 Lite (полетный контроллер Naza V2+GPS) с полезной нагрузка до 1,5 кг. Время автономного полета немодифицированной модели - не более 25 минут. Время эксплуатации устройства, например, в режиме мониторинга района наблюдения вблизи (в пределах радиуса действия около 2 км) линий высокого напряжения 110... 330 кВ без возвращения на базу, ограничено надежностью электронных и электромеханических систем беспилотного летательного аппарата.The working device according to this application was developed based on the RC 690S Tarot 2 Lite hexacopter (Naza V2 + GPS flight controller) with a payload of up to 1.5 kg. The autonomous flight time of the unmodified model is no more than 25 minutes. The operating time of the device, for example, in the monitoring mode of the observation area near (within a radius of about 2 km) of 110 ... 330 kV high voltage lines without returning to the base, is limited by the reliability of the electronic and electromechanical systems of the unmanned aerial vehicle.

Использование изобретения обеспечивает повышение экономичности и увеличение продолжительности времени как автономной, так и полезной работы беспилотного летательного аппарата с несущими винтами.The use of the invention provides an increase in efficiency and an increase in the duration of both autonomous and useful work of an unmanned aerial vehicle with rotors.

Claims (1)

Беспилотный летательный аппарат, содержащий несущую раму, электрические двигатели с несущими винтами, укрепленные на консолях несущей рамы, электронное оборудование, включающее систему автоматического управления, систему цифровой телеметрии и навигации, например спутниковой, системы видеонаблюдения, в том числе и в обеспечение служебных целей, например, за положением летательного аппарата относительно окружающих объектов, аккумуляторную батарею, автономную систему зарядки аккумуляторной батареи, включающую обмотку, размещенную на магнитопроводе, выполненном разъемным, состоящем из двух частей, первая из которых неподвижная, на которой размещена обмотка, имеет U-образную форму и установлена над центром масс малогабаритного мультикоптера выше его несущих винтов, а вторая часть разъемного магнитопровода подвижна, первым концом присоединена с помощью шарнира к первому концу первой части разъемного магнитопровода, а второй ее конец допускает перемещение до замыкания со вторым концом первой части магнитопровода и фиксации взаимного положения частей магнитопровода, обмотка подключена к преобразователю переменного напряжения в постоянное напряжение, выход преобразователя подключен к зарядному устройству аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что снабжен немагнитной гибкой лентой, кронштейном из немагнитного материала, пружиной, работающей на растяжение, отрезком медной ленты и управляемым электрическим ключом, торцевые поверхности концов U-образной первой части магнитопровода выполнены ортогональными направлению его средней линии, длина гибкой ленты равна длине периметра окружности, вписанной в окно магнитопровода, один конец немагнитной гибкой ленты закреплен внутри окна магнитопровода на втором конце первой части магнитопровода, а второй конец немагнитной гибкой ленты закреплен на втором конце второй части магнитопровода внутри окна магнитопровода, вторая часть магнитопровода выполнена в виде бруска, площадь поперечного сечения которой равна площади поперечного сечения первой части магнитопровода, кронштейн одним концом прикреплен к внешней поверхности первой части магнитопровода со стороны шарнира, а ко второму его концу присоединен первый конец пружины, второй конец которой прикреплен к внешней поверхности второй части магнитопровода, длина пружины сжатом состоянии определяет ортогональное положение второй части магнитопровода относительно торцевых поверхностей первой части магнитопровода, усилие пружины в растянутом состоянии на 10% выше механического момента, определяемого весом второй части магнитопровода и точкой крепления пружины относительно шарнира, сечение магнитопровода обеспечивает превышение на 10% силы магнитного поля, соединяющей части магнитопровода при рабочей силе тока в фазном проводе, полного веса беспилотного летательного аппарата, отрезок медной ленты образует виток по периметру поперечного сечения первой части магнитопровода, концы отрезка медной ленты соединены управляемым электрическим ключом.An unmanned aerial vehicle containing a main frame, electric motors with main rotors mounted on the consoles of the main frame, electronic equipment, including an automatic control system, digital telemetry and navigation system, for example satellite, video surveillance systems, including for business purposes, for example , behind the position of the aircraft relative to surrounding objects, the battery, an autonomous battery charging system including a winding located on an agitating conduit made of detachable, consisting of two parts, the first of which is stationary, on which the winding is placed, has a U-shape and is mounted above the center of mass of a small multicopter above its rotors, and the second part of the detachable magnetic circuit is movable, the first end is connected using a hinge to the first end of the first part of the detachable magnetic circuit, and its second end can be moved to the circuit with the second end of the first part of the magnetic circuit and fix the relative position of the parts of the magnetic circuit, about the winding is connected to an AC / DC converter, the output of the converter is connected to a battery charger, characterized in that it is equipped with a non-magnetic flexible tape, a bracket made of non-magnetic material, a tensile spring, a piece of copper tape and a controlled electric key, end surfaces of the ends The U-shaped first part of the magnetic circuit is made orthogonal to the direction of its center line, the length of the flexible tape is equal to the circumference of the circle, inscribed located in the window of the magnetic circuit, one end of the non-magnetic flexible tape is fixed inside the magnetic circuit window at the second end of the first part of the magnetic circuit, and the second end of the non-magnetic flexible tape is fixed on the second end of the second part of the magnetic circuit inside the magnetic circuit window, the second part of the magnetic circuit is made in the form of a bar, the cross-sectional area of which equal to the cross-sectional area of the first part of the magnetic circuit, the bracket at one end is attached to the outer surface of the first part of the magnetic circuit from the hinge side, and to the second the end is connected to the first end of the spring, the second end of which is attached to the outer surface of the second part of the magnetic circuit, the length of the spring in the compressed state determines the orthogonal position of the second part of the magnetic circuit relative to the end surfaces of the first part of the magnetic circuit, the tensile force of the spring is 10% higher than the mechanical moment determined by the weight of the second parts of the magnetic circuit and the point of attachment of the spring relative to the hinge, the cross section of the magnetic circuit provides a 10% excess of the magnetic field strength, I connect the main part of the magnetic circuit with a working current of the phase wire, the total weight of the unmanned aerial vehicle, a piece of copper tape forms a coil around the perimeter of the cross section of the first part of the magnetic circuit, the ends of a piece of copper tape are connected by a controlled electric key.
RU2016117022A 2016-04-29 2016-04-29 Unmanned aerial vehicle RU2617320C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117022A RU2617320C1 (en) 2016-04-29 2016-04-29 Unmanned aerial vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016117022A RU2617320C1 (en) 2016-04-29 2016-04-29 Unmanned aerial vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2617320C1 true RU2617320C1 (en) 2017-04-24

Family

ID=58643160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016117022A RU2617320C1 (en) 2016-04-29 2016-04-29 Unmanned aerial vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617320C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760429C1 (en) * 2020-12-25 2021-11-25 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ТЮМЕНСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЕ КОМАНДНОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ МАРШАЛА ИНЖЕНЕРНЫХ ВОЙСК А.И. ПРОШЛЯКОВА" Министерства обороны Российской Федерации Multicopter-type unmanned aerial vehicle rechargable from overhead power lines
RU2811206C1 (en) * 2023-05-16 2024-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Unmanned aerial vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7398946B1 (en) * 2004-10-04 2008-07-15 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Power line sentry charging
US7714536B1 (en) * 2007-04-05 2010-05-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Battery charging arrangement for unmanned aerial vehicle utilizing the electromagnetic field associated with utility power lines to generate power to inductively charge energy supplies
RU135469U1 (en) * 2013-07-02 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет AIR ROBOT ONBOARD BATTERY CHARGING SYSTEM
RU2523420C1 (en) * 2013-01-09 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Recharger system for batteries of electric drones

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7398946B1 (en) * 2004-10-04 2008-07-15 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Power line sentry charging
US7714536B1 (en) * 2007-04-05 2010-05-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Battery charging arrangement for unmanned aerial vehicle utilizing the electromagnetic field associated with utility power lines to generate power to inductively charge energy supplies
RU2523420C1 (en) * 2013-01-09 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Recharger system for batteries of electric drones
RU135469U1 (en) * 2013-07-02 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет AIR ROBOT ONBOARD BATTERY CHARGING SYSTEM

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760429C1 (en) * 2020-12-25 2021-11-25 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ТЮМЕНСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЕ КОМАНДНОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ МАРШАЛА ИНЖЕНЕРНЫХ ВОЙСК А.И. ПРОШЛЯКОВА" Министерства обороны Российской Федерации Multicopter-type unmanned aerial vehicle rechargable from overhead power lines
RU2811206C1 (en) * 2023-05-16 2024-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Unmanned aerial vehicle
RU222850U1 (en) * 2023-05-22 2024-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) SECONDARY POWER SUPPLY AND BATTERY CHARGING DEVICE FOR UNMANNED AERIAL VEHICLES
RU2811167C1 (en) * 2023-09-07 2024-01-11 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория будущего" Device for charging uav from overhead power lines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210347480A1 (en) Aerial launch and/or recovery for unmanned aircraft, and associated systems and methods
US11542036B2 (en) Aerial launch and/or recovery for unmanned aircraft, and associated systems and methods
US7714536B1 (en) Battery charging arrangement for unmanned aerial vehicle utilizing the electromagnetic field associated with utility power lines to generate power to inductively charge energy supplies
US8167234B1 (en) Insect-like micro air vehicle having perching, energy scavenging, crawling, and offensive payload capabilities
US7318564B1 (en) Power line sentry charging
US8511606B1 (en) Unmanned aerial vehicle base station
US7398946B1 (en) Power line sentry charging
CN106005462A (en) Retraction system for mooring unmanned aerial vehicle and method for deploying and retracting mooring unmanned aerial vehicle with same
EP3858730B1 (en) Power line inspection vehicle
CN107108031A (en) Hovering flight device and its control method
CN209209032U (en) A kind of aerial goods and materials dispensing unmanned plane
CN111422350A (en) Multi-unmanned-aerial-vehicle automobile system and using method thereof
Kiribayashi et al. Modeling and design of tether powered multicopter
RU2747808C2 (en) System and a method for mooring an aerostat, an aerostat and receiving structures equipped to solve such a problem
JP2019093868A (en) Control method of unmanned flight vehicle
WO2019073601A1 (en) Unmanned flying body control method and unmanned flying body
RU2617320C1 (en) Unmanned aerial vehicle
JP2019089361A (en) Method of controlling unmanned air vehicle
US20160185456A1 (en) Power and data transmission over thin conductor for unmanned aerial vehicle
JP2020089035A (en) Charging system, battery charger and vehicle
WO2016059953A1 (en) Electric power supply system
CN107804457B (en) Parafoil rope protection device for parafoil unmanned aerial vehicle
RU2791914C1 (en) Unmanned aerial vehicle for diagnosing high-voltage electrical installations
CN209700420U (en) Automatic accomodation charging unit and unmanned vehicle
Hoang et al. Autonomous Overhead Powerline Recharging for Uninterrupted Drone Operations