RU2726511C1

RU2726511C1 - Unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: RU2726511C1
Application number: RU2019142823A
Authority: RU
Inventors: Игорь Юрьевич Бабакин; Юрий Апполоньевич Сазонов; Виктор Геннадьевич Тимошенко; Хорен Артурович Туманян
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-07-14

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering. Unmanned aerial vehicle comprises wing, made in aerodynamic scheme "flying wing", control elements made in the form of vertical empennage and arranged on the support of the front horizontal empennage, power plant equipped with a motor and a propeller. Wing is disc-shaped, front horizontal empennage is made in form of two identical disks, located above axis of rotation of propeller at a distance exceeding half diameter of propeller. Vertical empennage is arranged in tail part of disc-shaped wing, in which additional horizontal empennage is installed with possibility of air blowing from side of upper surface of wing and from side of lower surface of wing.

EFFECT: invention is aimed at maintenance of stable conditions of air flow around the wing at high angles of attack and under action of strong side wind.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиации, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и может быть использовано при разработке конструкций БПЛА короткого взлета и посадки с применением аэродинамической схемы «летающее крыло», которые могут найти широкое применение при мониторинге объектов на суше и море, грузоперевозках, разведке, поиске, чрезвычайных ситуациях для обеспечения эффективного управления и получения оперативной информации.The invention relates to the field of aviation, in particular to unmanned aerial vehicles (UAVs), and can be used in the development of short take-off and landing UAV designs using the "flying wing" aerodynamic scheme, which can be widely used in monitoring objects on land and sea, cargo transportation, reconnaissance, search, emergency situations to ensure effective management and obtain operational information.

Известен беспилотный летательный аппарат, содержащий крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», силовую установку, включающую двигатель с воздушным винтом, и органы управления (RU 107126, 2011).Known unmanned aerial vehicle containing a wing, made according to the aerodynamic design "flying wing", a power plant, including an engine with a propeller, and controls (RU 107126, 2011).

Недостатком известного устройства является относительно низкая надежность при осложненных условиях эксплуатации, например, порывах бокового ветра и больших углах атаки.The disadvantage of the known device is the relatively low reliability under difficult operating conditions, for example, gusts of side wind and high angles of attack.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является беспилотный летательный аппарат, содержащий крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, оснащенные вертикальным оперением и размещенным на опоре передним горизонтальным оперением, силовую установку, оснащенную двигателем и воздушным винтом (RU 2606216, 2017).Of the known technical solutions, the closest to the proposed one in terms of technical essence and the achieved result is an unmanned aerial vehicle containing a wing made according to the aerodynamic scheme "flying wing", controls equipped with a vertical tail and a front horizontal tail mounted on a support, a power plant equipped with an engine and propeller (RU 2606216, 2017).

Недостатком указанного устройства является относительно низкая надежность при осложненных условиях эксплуатации, например, при порывах бокового ветра и при частичном или полном отключении электроники, что может спровоцировать переход в штопор и пикирование с последующей потерей дорогостоящего бортового оборудования.The disadvantage of this device is the relatively low reliability under complicated operating conditions, for example, with gusts of side wind and with partial or complete disconnection of the electronics, which can provoke a spin and dive with the subsequent loss of expensive onboard equipment.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности беспилотного летательного аппарата и сохранение его управляемости при осложненных условиях эксплуатации, в том числе при сильном боковом ветре или при сбоях в работе систем радиоуправления за счет исключения переходов в штопор или в пикирование.The technical problem to be solved by the present invention is to improve the reliability of the unmanned aerial vehicle and maintain its controllability under difficult operating conditions, including in a strong crosswind or in case of malfunctions in the operation of radio control systems by eliminating transitions into a spin or a dive.

Указанная проблема решается тем, что беспилотный летательный аппарат содержит крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, выполненные в виде вертикального оперения и размещенного на опоре переднего горизонтального оперения, силовую установку, оснащенную двигателем и воздушным винтом, согласно изобретению, крыло выполнено дискообразным, переднее горизонтальное оперение выполнено в виде двух идентичных дисков, расположенных над осью вращения воздушного винта на расстоянии, превышающем половину диаметра воздушного винта, а вертикальное оперение размещено в хвостовой части дискообразного крыла, в которой установлено дополнительное горизонтальное оперение с обеспечением возможности обдува воздушным винтом со стороны верхней поверхности крыла и со стороны нижней поверхности крыла.This problem is solved by the fact that the unmanned aerial vehicle contains a wing made according to the aerodynamic scheme "flying wing", controls made in the form of a vertical tail and placed on the support of the front horizontal tail, a power plant equipped with an engine and a propeller, according to the invention, a wing is made disc-shaped, the front horizontal tail is made in the form of two identical discs located above the axis of rotation of the propeller at a distance exceeding half the diameter of the propeller, and the vertical tail is located in the tail part of the disc-shaped wing, in which an additional horizontal tail is installed with the possibility of air propeller blowing from the side of the upper surface of the wing and from the side of the lower surface of the wing.

Достигаемый технический результат заключается в поддержании стабильных условий обтекания крыла потоком воздуха при больших углах атаки и при воздействии сильного бокового ветра, а также в обеспечении условий для устойчивого парашютирования летательного аппарата при нарушениях в системе управления по каналам радиосвязи.The achieved technical result consists in maintaining stable conditions of air flow around the wing at high angles of attack and when exposed to a strong side wind, as well as in providing conditions for stable parachuting of the aircraft in case of violations in the control system via radio communication channels.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлено схематическое изображение общего вида беспилотного летательного аппарата, на фиг. 2 - показан вид сбоку, на фиг. 3 - местный вид переднего горизонтального оперения.The essence of the invention is illustrated by drawings, where FIG. 1 is a schematic diagram of a general view of an unmanned aerial vehicle; FIG. 2 is a side view, FIG. 3 is a local view of the front horizontal tail.

Беспилотный летательный аппарат (фиг. 1, 2) содержит дискообразное крыло 1, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, оснащенные вертикальным оперением 2 и размещенным на опоре 3 передним горизонтальным оперением, силовую установку, оснащенную двигателем 4 и воздушным винтом 5. Крыло 1 выполнено дискообразным. Диски 6 переднего горизонтального оперения, расположены над осью вращения 7 воздушного винта 5 на расстоянии, обозначенного позицией 8, превышающем половину диаметра воздушного винта 5. Вертикальное оперение 2 размещено в хвостовой части дискообразного крыла 1. При этом в хвостовой части дискообразного крыла 1 установлено дополнительное горизонтальное оперение 9 с обеспечением возможности обдува воздушным винтом 5 со стороны верхней поверхности крыла 1 и со стороны нижней поверхности крыла 1.The unmanned aerial vehicle (Fig. 1, 2) contains a disc-shaped wing 1, made according to the aerodynamic design "flying wing", controls equipped with a vertical tail 2 and placed on a support 3 front horizontal tail, a power plant equipped with an engine 4 and a propeller 5 Wing 1 is made disc-shaped. The disks 6 of the front horizontal tail are located above the axis of rotation 7 of the propeller 5 at a distance, indicated by the position 8, exceeding half the diameter of the propeller 5. The vertical tail 2 is located in the tail of the disc-shaped wing 1. At the same time, an additional horizontal is installed in the tail of the disc-shaped wing 1 plumage 9 with the possibility of airflow propeller 5 from the side of the upper surface of the wing 1 and from the side of the lower surface of the wing 1.

На фиг. 3 показан местный вид переднего горизонтального оперения, где его диски 6 совмещены с поворотной осью 10, установленной в шарнирном узле 11, который закреплен на опоре 3.In FIG. 3 shows a local view of the front horizontal tail, where its discs 6 are aligned with the pivot axis 10 installed in the hinge assembly 11, which is fixed on the support 3.

Беспилотный летательный аппарат работает следующим образом.The unmanned aerial vehicle works as follows.

Взлет беспилотного летательного аппарата осуществляется на взлетном режиме двигателя 4. При наборе высоты диски 6 переднего горизонтального оперения, размещенные вне зоны обдува воздушным винтом 5, отклоняются вниз, тем самым направляя набегающий воздушный поток на верхнюю поверхность крыла 1, что создает дополнительную подъемную силу, действующую как на дискообразное крыло 1, так и на переднее горизонтальное оперение.The takeoff of an unmanned aerial vehicle is carried out at the takeoff mode of the engine 4. When ascending, the disks 6 of the front horizontal tail, located outside the blowing zone of the propeller 5, deflect downward, thereby directing the incoming air flow to the upper surface of the wing 1, which creates an additional both on the disc-shaped wing 1 and on the front horizontal tail.

На малой скорости полета при порывах ветра беспилотный летательный аппарат сохраняет управляемость за счет обеспечения обдува воздушным винтом 5 верхней и нижней поверхности крыла 1, заднего горизонтального оперения 9 и заднего вертикального оперения 2.At low flight speed with gusts of wind, the unmanned aerial vehicle maintains controllability by ensuring that the propeller 5 blows the upper and lower surfaces of the wing 1, the rear horizontal tail 9 and the rear vertical tail 2.

Кроме того, расположение дисков 6 переднего горизонтального оперения, находящихся вне области влияния потока воздуха от воздушного винта 5, т.е. над осью вращения 7 воздушного винта 5 на расстоянии 8, превышающем половину его диаметра, обеспечивает сохранение управляемости беспилотного летательного аппарата при осложненных условиях эксплуатации.In addition, the location of the disks 6 of the front horizontal tail, which are outside the area of influence of the air flow from the propeller 5, i.e. above the axis of rotation 7 of the propeller 5 at a distance 8 exceeding half of its diameter, ensures the preservation of the controllability of the unmanned aerial vehicle under complicated operating conditions.

Посадка беспилотного летательного аппарата осуществляется на малых оборотах двигателя 4, при этом диски 6 ПГО отклоняются вверх, тем самым уменьшая подъемную силу, действующую на беспилотный летательный аппарат, что приводит к переводу дискообразного крыла 1 в угол планирования, в результате, чего происходит снижение БПЛА.The landing of the unmanned aerial vehicle is carried out at low engine speeds 4, while the VGO disks 6 are deflected upward, thereby reducing the lifting force acting on the unmanned aerial vehicle, which leads to the transfer of the disc-shaped wing 1 to the gliding angle, as a result of which the UAV decreases.

При приближении беспилотного летательного аппарата к посадочной поверхности диски 6 ПГО отклоняются вниз, а между дискообразным крылом 1 и посадочной поверхностью образуется воздушная подушка, которая дополнительно поддерживает БПЛА в воздухе. Этот эффект уменьшает посадочную скорость и обеспечивает плавную посадку при коротком посадочном пути.When the unmanned aerial vehicle approaches the landing surface, the PGO disks 6 deflect downward, and an air cushion is formed between the disc-shaped wing 1 and the landing surface, which additionally supports the UAV in the air. This effect reduces landing speed and provides a smooth landing with a short landing distance.

За счет применения дискообразной формы крыла и за счет дисков переднего горизонтального оперения предотвращается срыв потока с крыла при углах атаки до 45 градусов. При этом обеспечивается сохранение управляемости летательного аппарата. Также повышается надежность беспилотного летательного аппарата при осложненных условиях эксплуатации, в том числе при сильном боковом ветре или при сбоях в работе систем радиоуправления за счет исключения переходов в штопор или в пикирование. Известно, что дискообразное крыло исключает попадание в штопор с пикированием и способно обеспечить режим парашютирования на малой скорости даже при отключении бортовой радиоаппаратуры. Дискообразное крыло в сочетании с передним горизонтальным оперением в виде двух идентичных дисков придает повышенную устойчивость аэродинамической системе БПЛА в осложненных условиях эксплуатации, что эквивалентно системе из трех однотипных опорных аэродинамических поверхностей.Due to the use of a disc-shaped wing and due to the disks of the front horizontal tail, the flow stall from the wing is prevented at angles of attack up to 45 degrees. This ensures the preservation of the controllability of the aircraft. Also, the reliability of the unmanned aerial vehicle is increased under complicated operating conditions, including with a strong crosswind or in case of malfunctions of radio control systems by eliminating transitions to a spin or dive. It is known that a disc-shaped wing excludes falling into a dive spin and is capable of providing a parachuting mode at low speed even when the onboard radio equipment is turned off. The disc-shaped wing in combination with the front horizontal tail in the form of two identical discs gives increased stability to the aerodynamic system of the UAV in difficult operating conditions, which is equivalent to a system of three similar supporting aerodynamic surfaces.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что оптимальное соотношение диаметров дисков 6 переднего горизонтального оперения и диаметра дискообразного крыла 1 составляет: от 0,18 до 0,26.In the course of experimental studies, it was found that the optimal ratio of the diameters of the disks 6 of the front horizontal tail and the diameter of the disk-shaped wing 1 is: from 0.18 to 0.26.

С использованием заявляемого технического решения обеспечивается повышенная аэродинамическая устойчивость БПЛА за счет использования переднего горизонтального оперения в виде двух идентичных дисков и дискообразной формы крыла, в том числе в осложненных условиях эксплуатации, при любом направлении и интенсивности ветра и при больших углах атаки, или при частичном или полном отключении электроники с сохранением возможности для плавного парашютирования с посадкой на малой скорости и без повреждения дорогостоящего бортового оборудования.With the use of the proposed technical solution, increased aerodynamic stability of the UAV is ensured by using the front horizontal tail in the form of two identical disks and a disk-shaped wing, including in difficult operating conditions, in any direction and intensity of wind and at high angles of attack, or with partial or complete disconnection of the electronics while maintaining the ability to smoothly parachute landing at low speed and without damaging expensive airborne equipment.

Claims

An unmanned aerial vehicle containing a wing made according to the "flying wing" aerodynamic scheme, controls made in the form of a vertical tail and placed on the support of the front horizontal tail, a power plant equipped with an engine and a propeller, characterized in that the wing is disk-shaped, the front the horizontal tail is made in the form of two identical disks located above the axis of rotation of the propeller at a distance exceeding half the diameter of the propeller, and the vertical tail is located in the tail section of the disc-shaped wing, in which an additional horizontal tail is installed with the provision of the possibility of blowing the propeller from the upper surface wing and from the side of the lower surface of the wing.