RU2741136C1 - Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system - Google Patents

Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system Download PDF

Info

Publication number
RU2741136C1
RU2741136C1 RU2020129170A RU2020129170A RU2741136C1 RU 2741136 C1 RU2741136 C1 RU 2741136C1 RU 2020129170 A RU2020129170 A RU 2020129170A RU 2020129170 A RU2020129170 A RU 2020129170A RU 2741136 C1 RU2741136 C1 RU 2741136C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
starter
generator
engine
rotor
propeller
Prior art date
Application number
RU2020129170A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Николаевич Драненков
Михаил Николаевич Куприн
Игорь Владимирович Герасимов
Евгений Вячеславович Соловьев
Дмитрий Андреевич Поляков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «ДИАМ-АЭРО»
Антон Николаевич Драненков
Игорь Владимирович Герасимов
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 Общество с ограниченной ответственностью «ДИАМ-АЭРО», Антон Николаевич Драненков, Игорь Владимирович Герасимов filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «ДИАМ-АЭРО»
Priority to RU2020129170A priority Critical patent/RU2741136C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2741136C1 publication Critical patent/RU2741136C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of aircraft engineering and can be used in the sphere of rotary-wing AC with using the screw drive system, in particular hybrid UAV, as well as for distribution and control of rotorcraft AC power. Starter-generator of control system and transfer of torque to UAV screw, made in the form of brushless synchronous motor with constant magnates on rotor, provides for start-up of aircraft engine and power supply of on-board system. Starter-generator control board consisting of semiconductor switch, battery charge circuit, controller, three-phase power cascade, Hall sensors relates to controller to control start-up of UAV engine. Shock-absorber consisting of motor-globe with flange is intended for transfer of loads created by rotor and motor to fuselage to counteract axial and transverse loads.EFFECT: uninterrupted transmission of torque to AC screw, restart of engine in case of interruptions in its operation without interruption of flight.12 cl, 8 dwg

Description

1. Система управления и передачи вращательного момента на винт (ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА).1. Control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs).

Система управления относится к области авиационной техники и может быть использована в области винтокрылых летательных аппаратов с использованием системы привода винта, в частности гибридных БПЛА, а также для распределения и управления энергией винтокрылого летательного аппарата. The control system belongs to the field of aviation technology and can be used in the field of rotary-wing aircraft using a propeller drive system, in particular, hybrid UAVs, as well as for the distribution and control of the energy of the rotary-wing aircraft.

Система управления и передачи вращательного момента на винт (ы) предназначена преимущественно для дронов, самолетного типа и вертолетного типов, в том числе для БПЛА с несколькими винтами, например, квадракоптеров.The control system and transmission of torque to the propeller (s) is intended mainly for drones, aircraft type and helicopter types, including UAVs with several propellers, for example, quadcopters.

Известно изобретение «Стартер генератор с дифференциальным электроприводом и способ управления стартер-генератором», патент RU2 711 097, опубл.15.01.2020, МПК H02P 9/04 F02N 11/14, B60W 10/06, включающий синхронную реактивную машину, дифференциальный редуктор, электрически связанный с системой управления и с источником питания бортовой сети, узел задания режимов работы стартер генератора, двухканальную систему управления преобразователя; Вал механически соединен с валом синхронной реактивной машины, а другой вал соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, и синхронная реактивная машина подключена к преобразователю, системе управления и к узлу задания режимов работы. Позволяет увеличить пусковой момент на валу ДВС при помощи устройства стартера-генератора без увеличения числа элементов аккумуляторной батареи и повысить безотказность пуска ДВС. Однако при этом применение карданной передачи утяжеляет корпус и снижает надежность аппарата. Кроме того, не реализованы регулировочные возможности стартера - генератора в совокупности с системой управления. Не обеспечивает перезапуск двигателя при перебоях в его работе без прерывания в процессе полета дрона. Known invention "Starter generator with a differential electric drive and a method for controlling a starter-generator", patent RU2 711 097, publ. 15.01.2020, IPC H02P 9/04 F02N 11/14, B60W 10/06, including a synchronous reactive machine, differential gear, electrically connected to the control system and to the power supply of the on-board network, the unit for setting the operating modes of the generator starter, two-channel converter control system; The shaft is mechanically connected to the shaft of the synchronous reluctance engine, and the other shaft is connected to the crankshaft of the internal combustion engine, and the synchronous reactive engine is connected to converter, control system and to the unit for setting operating modes. It allows you to increase the starting torque on the internal combustion engine shaft using a starter-generator device without increasing the number of battery cells and to increase the reliability of starting the internal combustion engine. However, the use of a cardan drive makes the body heavier and reduces the reliability of the device. In addition, the adjustment capabilities of the starter-generator in conjunction with the control system are not implemented. Does not provide engine restart in case of interruptions in its operation without interruption during the flight of the drone.

Известно изобретение «Способ поддержания числа оборотов несущего винта вертолета в допустимых пределах и устройство для его реализации», патент RU2 231 479, опубл.27.06.2004, МПК B64C 27/57 G05D 13/00, при котором осуществляют контроль за числом оборотов винта, управление потребной мощностью, воздействуют на шаг винта и вводят автоматическое дополнительное изменение общего шага. При этом снабжен рычагом общего шага, проводкой управления, гидроусилителем, автоматом перекоса, устройством соединения вала двигателя с валом несущего винта и снабжен тахогенератором, а вычислитель (контроллер) соединен с тахогенератором и переключателем перенастройки оборотов винта и преобразователем электрического сигнала в механическое перемещение. Позволяет обеспечить автоматическое поддержание оборотов несущего винта вертолета в допустимых пределах при выполнении интенсивных маневров. Однако используется в другом классе летательных машин, для мощных вертолетов, имеет сложную и многозвенную систему, карданную передачу, автомат перекоса и другие составные части системы утяжеляют корпус и снижают надежность. Кроме того, устройство не предназначено для БПЛА. Хорошо стабилизируют обороты несущего винта на режимах плавного изменения параметров полета, но для выполнения маневров, точность стабилизации оборотов неудовлетворительна и имеют место большие изменения числа оборотов несущего винта, что не допустимо для дронов. Не позволяет обеспечить перезапуск двигателя при перебоях в его работе без прерывания полета дрона. Known invention "A method of maintaining the rotational speed of the main rotor of a helicopter within acceptable limits and a device for its implementation", patent RU2 231 479, publ. 27.06.2004, IPC B64C 27/57 G05D 13/00, in which control over the number of rotations of the rotor, control of the required power, affect the pitch of the screw and introduce an automatic additional change in the total pitch. At the same time, it is equipped with a common pitch lever, control wiring, a hydraulic booster, a swashplate, a device for connecting the engine shaft to the main rotor shaft and is equipped with a tachogenerator, and a calculator (controller) is connected to a tachogenerator and a propeller speed reset switch and an electrical signal converter to mechanical movement. Allows to ensure automatic maintenance of the helicopter main rotor speed within acceptable limits when performing intensive maneuvers. However, it is used in another class of aircraft, for powerful helicopters, has a complex and multi-link system, cardan transmission, swashplate and other components of the system make the body heavier and reduce reliability. In addition, the device is not designed for UAVs. They stabilize the rotor rpm well in the modes of smoothly changing flight parameters, but for maneuvers, the rpm stabilization accuracy is unsatisfactory and there are large changes in the rotor rpm number, which is not acceptable for drones. Does not allow to restart the engine in case of interruptions in its operation without interrupting the flight of the drone.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой системе является изобретение «Способ распределения и управления энергией винтокрылого летательного аппарата с гибридной системой привода винта», патент RU2 694 695, опубл.16.07.2019, МПК B64C 27/12 B64D 35/08, летательный аппарат выполнен в виде летательного аппарата с гибридной системой привода винта, содержащего несущий винт, двигатель, электрический стартер-генератор, интеллектуальную систему управления гибридной системы привода винта, бортовой аккумулятор, работающий в режимах: подачи суммарной мощности от основного двигателя и электрического стартер-генератора, переключения стартера - генератора на режим генерирования электроэнергии от редуктора, приводимого во вращение двигателем для подзарядки аккумулятора, переключение стартера-генератора на режим генерирования электроэнергии от редуктора, обеспечивая рекуперацию энергии и подзарядку аккумулятора при уменьшении частоты вращения винтов до заданного уровня, переключение стартера -генератора на режим генерирования электроэнергии для увеличения сопротивления вращению несущего винта. Позволяет повысить эффективность управления потоками мощности/энергии на различных этапах полета по заданным алгоритмам от аккумулятора к стартер-генератору и от стартер-генератора в аккумулятор от стартера-генератора. Однако требует дополнительных затрат по мощности на привод генератора и редуктор. Применение карданной передачи утяжеляет корпус и снижает надежность аппарата. Не выполняет задачу перезапуска двигателя при перебоях в его работе. Кроме того, не позволяет обеспечить бесперебойную передачу вращательного момента на винт(ы) дрона и применить схему передачи вращательного момента в совокупности с поршневым, турбовальным или иным основным двигателем. The closest technical solution to the proposed system is the invention "Method of distribution and control of energy of a rotary-wing aircraft with a hybrid propeller drive system", patent RU2 694 695, publ. 16.07.2019, IPC B64C 27/12 B64D 35/08, the aircraft is made in the form of an aircraft with a hybrid propeller drive system containing a rotor, an engine, an electric starter-generator, an intelligent control system of a hybrid propeller drive system, an on-board battery operating in the following modes: supplying the total power from the main engine and electric starter-generator, switching the starter - generator to the mode of generating electricity from the gearbox, driven by the engine to recharge the battery, switching the starter-generator to the mode of generating electricity from the reducer, providing energy recovery and recharging the battery when the rotational speed of the propellers decreases to a predetermined level, switching a hundred rter-generator to the mode of generating electricity to increase the resistance to rotation of the rotor. Allows to increase the efficiency of power / energy flow control at various stages of flight according to the specified algorithms from the battery to the starter-generator and from the starter-generator to the battery from the starter-generator. However, it requires additional power costs for the generator drive and gearbox. The use of a cardan drive makes the body heavier and reduces the reliability of the device. Does not perform the task of restarting the engine in case of interruptions in its operation. In addition, it does not allow to ensure uninterrupted transmission of torque to the propeller (s) of the drone and to apply the torque transmission scheme in conjunction with a piston, turboshaft or other main engine.

Для маневренных и мощных БПЛА в настоящее время требуется обеспечить оптимальное управление запасами мощности/энергии на разных режимах полета для различных видов БПЛА с однодвигательными и многодвигательными силовыми установками. А также повысить эффективность управления потоками мощности/энергии на различных этапах полета по заданным алгоритмам от аккумулятора к стартер-генератору и от стартер-генератора в аккумулятор, а также от стартер-генератора потребителям.For maneuverable and powerful UAVs, it is currently required to ensure optimal control of power / energy reserves in different flight modes for various types of UAVs with single-engine and multi-engine power plants. And also to increase the efficiency of power / energy flow control at various stages of flight according to the given algorithms from the battery to the starter-generator and from the starter-generator to the battery, as well as from the starter-generator to consumers.

Для этого принимаются специальные меры, чтобы не допустить в полете выхода числа оборотов несущего винта за определенный минимум или остановки винта, а при перебоях работы двигателя снова запустить работу винта. For this, special measures are taken to prevent the rotor speed from going beyond a certain minimum or to stop the rotor in flight, and in case of engine interruptions, start the propeller again.

В случае вывода из режима раскрутки путем увеличения общего шага и уменьшения угла тангажа потребная мощность быстро возрастает, а располагаемая мощность будет нарастать заметно медленнее. Требуется улучшить надежность запуска двигателя при перебоях систем питания, на переходных режимах полета, при воздействии внешних факторов. Однако в известных конструкциях дронов существуют ограничения по динамике двигателя при маневрированиях, что ведет к перебоям в работе вплоть до полной остановки двигателя. In the case of withdrawal from the spin-up mode by increasing the total pitch and decreasing the pitch angle, the required power increases rapidly, while the available power will increase noticeably more slowly. It is required to improve the reliability of starting the engine in case of power failures, in transient flight modes, under the influence of external factors. However, in the known designs of drones, there are limitations on the dynamics of the engine when maneuvering, which leads to interruptions in operation up to a complete stop of the engine.

Предлагаемая система позволяет обеспечить следующий технический результат:The proposed system provides the following technical result:

- обеспечить бесперебойную передачу вращательного момента на винт(ы) дрона и применить схему передачи вращательного момента в совокупности с поршневым, турбовальным или иным основным двигателем;- ensure uninterrupted transmission of torque to the propeller (s) of the drone and apply a torque transmission scheme in conjunction with a piston, turboshaft or other main engine;

- обеспечить перезапуск двигателя при перебоях в его работе без прерывания полета дрона, а, следовательно, существенно улучшить эксплуатационные характеристики, ведущие к увеличению продолжительности и дальности полета дрона. - to ensure the restart of the engine in case of interruptions in its operation without interrupting the flight of the drone, and, therefore, significantly improve the operational characteristics, leading to an increase in the duration and range of the drone.

- существенно уменьшить общую массу дронов за счет отказа от трансмиссии и уменьшения массогабаритных характеристик пускового агрегата ДВС. - significantly reduce the total weight of drones by eliminating the transmission and reducing the weight and size characteristics of the ICE starting unit.

Данный технический результат достигается за счет того, что система управления и передачи вращательного момента на винт (ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), включает амортизатор для крепления системы на фюзеляж, двигатель, стартер — генератор, воздушный винт и плату управления стартером генератором, осуществляющую переключение режимов работы стартера генератора с режима запуска двигателя на режим генерирования электроэнергии соответственно. В качестве двигателя может быть взят как двигатель внутреннего сгорания, так и газотурбинный двигатель, а также электрический. This technical result is achieved due to the fact that the control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs) includes a shock absorber for attaching the system to the fuselage, engine, starter-generator, propeller and starter-generator control board, which switches the operating modes of the generator starter from the engine start mode to the power generation mode, respectively. As an engine, both an internal combustion engine and a gas turbine engine, as well as an electric one, can be taken.

Новым в предложенном техническом решении является то, что в качестве стартера-генератора используют бесколлекторный синхронный электродвигатель (БСЭ) с постоянными магнитами на роторе, размещенный на валу двигателя, который соединен шпоночным соединением с ротором стартер-генератора для передачи вращающего момента на воздушный винт. Вал двигателя размещен внутри статора стартер-генератора. Стартер-генератор содержит статор с электромагнитными катушками и ротор с постоянными магнитами, который работает в двух режимах: как стартера для двигателя, так и генератора для подзарядки аккумуляторов. Стартер-генератор снабжен корпусом ротора и корпусом статора. Корпус ротора жестко соединен с воздушным винтом через штифты, а корпус статора жестко соединен с корпусом двигателя. Воздушный винт закреплен на валу двигателя гайкой-втулкой через кок обтекатель воздушного винта и жестко соединен с корпусом ротора посредством штифтов. Стартер — генератор дополнительно снабжен датчиками положения ротора с электромагнитными катушками, расположенными относительно обмоток статора. При этом датчики являются датчиками Холла в количестве, по меньшей мере, 3 (трех) датчиков, размещенных на корпусе статора и электрически соединены с платой управления стартер-генератором, а система управления и передачи вращательного момента на винт, включая корпус двигателя, совместно со стартер-генератором и воздушным винтом закреплена на мотораме с размещенным на ней амортизатором, которая (моторама) снабжена фланцем с узлами крепления на фюзеляже. A novelty in the proposed technical solution is that a brushless synchronous electric motor (BSE) with permanent magnets on the rotor, located on the engine shaft, which is keyed to the rotor of the starter-generator to transmit torque to the propeller, is used as a starter-generator. The motor shaft is located inside the starter-generator stator. The starter-generator contains a stator with electromagnetic coils and a permanent magnet rotor, which operates in two modes: both a starter for the engine and a generator for recharging the batteries. The starter generator is equipped with a rotor housing and a stator housing. The rotor housing is rigidly connected to the propeller through pins, and the stator housing is rigidly connected to the motor housing. The propeller is fixed to the engine shaft by a nut-sleeve through the spinner of the propeller fairing and is rigidly connected to the rotor housing by means of pins. The starter - generator is additionally equipped with rotor position sensors with electromagnetic coils located relative to the stator windings. In this case, the sensors are Hall sensors in the number of at least 3 (three) sensors located on the stator housing and are electrically connected to the control board of the starter-generator, and the control system and transmission of torque to the propeller, including the engine housing, together with the starter - the generator and the propeller is fixed on the motor mount with a shock absorber located on it, which (motor mount) is equipped with a flange with attachment points on the fuselage.

Предложенная конструкция иллюстрируется чертежами, которые не охватывают всех модификаций сборки и видов крепежных элементов. The proposed design is illustrated by drawings, which do not cover all assembly modifications and types of fasteners.

На Фиг. 1 — показан продольный вид системы управления и передачи вращательного момента на винт (ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), закрепленный посредством моторамы на шпангоутах фюзеляжа;FIG. 1 - shows a longitudinal view of the control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs), fixed by means of a motor mount on the fuselage frames;

На Фиг. 2 — показан вид сбоку на систему управления и передачи вращательного момента на винт (ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), закрепленный посредством моторамы на шпангоутах фюзеляжа; FIG. 2 - shows a side view of the control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs), fixed by means of a motor mount on the fuselage frames;

На Фиг. 3 — показан продольный разрез системы управления и передачи вращательного момента на винт (ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) (вал двигателя показан условно);FIG. 3 - shows a longitudinal section of the control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs) (the engine shaft is shown conditionally);

Система управления и передачи вращательного момента на винт (ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) состоит из амортизатора (1) для крепления системы на фюзеляж (2 — показан тонкими линиями), двигателя (3), стартер — генератора (4), воздушного винта (5) и платы управления (6 - показана условно) стартером генератором. Плата (6) осуществляет переключение режимов работы стартера генератора (4) с режима запуска двигателя (3) на режим генерирования электроэнергии соответственно. The control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs) consists of a shock absorber (1) for attaching the system to the fuselage (2 - shown by thin lines), an engine (3), a starter - generator (4), an air screw (5) and control board (6 - shown conditionally) by the starter-generator. The board (6) switches the operating modes of the generator starter (4) from the engine start mode (3) to the power generation mode, respectively.

Вал (7) двигателя (3) размещен внутри статора (8) стартер-генератора (4). На валу (7) размещен ротор (9) стартера — генератора (4). Вал (7) соединен шпоночным соединением (10) с ротором (9) стартер-генератора (4) для передачи вращающего момента на воздушный винт (5). Воздушный винт (5) закреплен на валу (7) двигателя гайкой-втулкой (11) через кок — обтекатель (12) воздушного винта (5). Гайка — втулка (11) одновременно удерживает всю систему в сборе на валу (7) двигателя (3). Вал (7) двигателя (3) вращается в подшипнике (13). The shaft (7) of the engine (3) is located inside the stator (8) of the starter-generator (4). The rotor (9) of the starter-generator (4) is located on the shaft (7). The shaft (7) is keyed (10) to the rotor (9) of the starter-generator (4) to transmit torque to the propeller (5). The propeller (5) is secured to the shaft (7) of the engine with a nut-sleeve (11) through the spinner (12) of the propeller (5). The nut - bushing (11) simultaneously holds the entire system assembly on the shaft (7) of the motor (3). The shaft (7) of the motor (3) rotates in the bearing (13).

В качестве стартера-генератора (4) используют бесколлекторный синхронный электродвигатель (БСЭ) с постоянными магнитами (14) на роторе (9). Также стартер-генератор (4) содержит статор (8) с электромагнитными катушками (15).As a starter-generator (4), a brushless synchronous electric motor (BSE) with permanent magnets (14) on the rotor (9) is used. Also, the starter-generator (4) contains a stator (8) with electromagnetic coils (15).

Стартер — генератора (4) работает в двух режимах: — стартера для двигателя (3) и генератора для подзарядки аккумуляторов (условно не показаны).The alternator starter (4) operates in two modes: - the starter for the engine (3) and the alternator for recharging the batteries (conventionally not shown).

Стартер-генератор (4) снабжен корпусом (16) ротора (9) и корпусом (17) статора (8). Корпус (16) ротора (9) жестко соединен с воздушным винтом (5) посредством штифтов (18). Между корпусом (17) статора (8) и валом (7) двигателя (3) размещена втулка (19). Корпус (17) статора (8) жестко соединен с корпусом (20) двигателя (3). The starter generator (4) is equipped with a rotor housing (16) (9) and a stator housing (17) (8). The housing (16) of the rotor (9) is rigidly connected to the propeller (5) by means of pins (18). A bushing (19) is located between the housing (17) of the stator (8) and the shaft (7) of the motor (3). The housing (17) of the stator (8) is rigidly connected to the housing (20) of the motor (3).

Стартер — генератор (4) дополнительно снабжен датчиками положения (21, показаны условно) ротора (9) относительно электромагнитных катушек (15) статора (8). The starter - generator (4) is additionally equipped with position sensors (21, shown conditionally) of the rotor (9) relative to the electromagnetic coils (15) of the stator (8).

Постоянные магниты (14) ротора (9) расположены относительно обмоток (электромагнитных катушек) (15) статора (8) и образуют между ними магнитное поле, на изменение которого реагируют датчики положения (21). Для определения угла поворота ротора (9) относительно статора (8) используют датчики Холла (21). Однако возможно использовать другие датчики магнитного типа. Предпочтительно применять цифровые биполярные датчики Холла, а также возможно использование практически любых как цифровых, так и аналоговых датчиков, работающих, например, как бесконтактный потенциометр. Количество датчиков положения (21) преимущественно выбирают не менее 3х штук. Эти датчики устанавливают на корпусе (17) статора (8) по окружности, например, под углом примерно 120 градусов. Датчики положения (21) электрически соединяют с платой управления (6) стартер-генератором (4). Вся система управления и передачи вращательного момента на винт, включая корпус (20) двигателя (3), совместно со стартер-генератором (4) и воздушным винтом (5) закреплена на мотораме (22), снабженной амортизаторами (1). Амортизаторы (1) размещены на мотораме (22), а сама моторама (22) снабжена фланцем (23) с узлами крепления (24) на фюзеляже (2). The permanent magnets (14) of the rotor (9) are located relative to the windings (electromagnetic coils) (15) of the stator (8) and form a magnetic field between them, to a change in which the position sensors (21) react. Hall sensors (21) are used to determine the angle of rotation of the rotor (9) relative to the stator (8). However, it is possible to use other magnetic type sensors. It is preferable to use digital bipolar Hall sensors, and it is also possible to use almost any digital and analog sensors, working, for example, as a contactless potentiometer. The number of position sensors (21) is preferably chosen at least 3 pieces. These sensors are mounted on the housing (17) of the stator (8) around the circumference, for example, at an angle of approximately 120 degrees. The position sensors (21) are electrically connected to the control board (6) by the starter-generator (4). The entire control system and transmission of torque to the propeller, including the housing (20) of the engine (3), together with the starter-generator (4) and the propeller (5), is fixed to the motor mount (22), equipped with shock absorbers (1). Shock absorbers (1) are located on the engine frame (22), and the engine frame (22) itself is equipped with a flange (23) with attachment points (24) on the fuselage (2).

По команде с автопилота происходит срабатывание стартера- генератора на запуск маршевого двигателя, при этом если магниты стартера- генератора находятся в неправильном положении относительно датчиков Холла, стартер -генератор первоначально поворачивает вал двигателя с тем, чтобы магниты стартера — генератора заняли заданное положение относительно датчиков Холла. На втором шаге он срабатывает в режиме стартера. После успешного запуска система переходит в режим генерации электроэнергии и передачи электроэнергии на полезную нагрузку и бортовое питание. On a command from the autopilot, the starter-generator is triggered to start the main engine, while if the magnets of the starter-generator are in the wrong position relative to the Hall sensors, the starter-generator initially turns the engine shaft so that the magnets of the starter-generator take a given position relative to the Hall sensors ... In the second step, it operates in starter mode. After a successful start, the system goes into the power generation mode and power transmission to the payload and onboard power supply.

2. Стартер-генератор.2. Starter-generator.

Стартер-генератор, который используется в системе управления и передачи вращательного момента на винт (ы) относится к электротехническому оборудованию БПЛА, в частности дронов, и может быть использовано в транспортных устройствах, например, для электрического пуска двигателя внутреннего сгорания, а также может быть использован при работающем двигателе внутреннего сгорания в качестве источника питания бортовой электрической сети.The starter-generator, which is used in the control system and transmission of torque to the propeller (s), refers to the electrical equipment of UAVs, in particular drones, and can be used in transport devices, for example, for the electric start of an internal combustion engine, and can also be used when the internal combustion engine is running as a power source for the on-board electrical network.

Стартер-генератор предназначен для использования в дронах в области авиастроения, в частности предназначен обеспечить запуск авиационного двигателя и электроснабжение бортовой системы БПЛА. The starter-generator is intended for use in drones in the field of aircraft construction, in particular, it is intended to ensure the start of an aircraft engine and power supply of the on-board UAV system.

Обычно в летательных аппаратах применяют управление через гидроусилитель с тарелкой автомата перекоса и рычагом поворота лопасти, но для этого требуется редуктор, соединяющий вал двигателя (двигателей) с валом несущего винта и тахогенератор с указателем числа оборотов, а также топливный регулятор, установленный на двигателе и связанный с датчиками оборотов свободной турбины и турбокомпрессора (см., например, М.М. Масленников, Ю.Г. Бехли, Ю.И. Шальман. Газотурбинные двигатели для вертолетов. М.: Машиностроение, 1969, стр. 109 и И.С. Дмитриев, С.Ю. Есаулов. Системы управления одновинтовых вертолетов, рис. 2.1, стр. 32).Usually in aircraft, control is used through a hydraulic booster with a swashplate and a blade rotation lever, but this requires a gearbox connecting the engine (s) shaft to the rotor shaft and a tachogenerator with a speed indicator, as well as a fuel regulator mounted on the engine and connected with speed sensors of a free turbine and a turbocharger (see, for example, M.M. Maslennikov, Yu.G. Behli, Yu.I. Shalman. Gas turbine engines for helicopters. M .: Mashinostroenie, 1969, p. 109 and I.S. Dmitriev, S.Yu. Esaulov Control systems for single-rotor helicopters, Fig. 2.1, p. 32).

Известно изобретение «Стартер генератор коленчатого вала», патент RU2 700 808, опубл.23.09.2019, конвенционный приоритет 16.10.2014 DE 102014015262.6, МПК F02N 11/04, F16F 15/30, G01D 5/14, G01D 5/245, G01P 3/488, H02K 11/215, H02K 29/08 , в котором с помощью блока управления устанавливается определенное положение поворота ротора относительно статора, положение поворота ротора относительно статора определяется по сигналу суперпозиции, который получается из считанного сигнала и записывающий элемент интегрирован в картер стартера генератора вала. Позволяет предоставить улучшенную возможность регистрации положения поворота ротора относительно статора стартера - генератора коленчатого вала, с помощью которой могут быть устранены недостатки традиционных технологий. Однако может быть использована не в БПЛА, а в модулях трансмиссии транспортных средств, у которых коаксиально коленчатому валу между двигателем и коробкой передач предусмотрена работающая как в режиме двигателя, так и в режиме генератора электрическая машина в виде электрического стартера генератора коленчатого вала. Требуется для того, чтобы зубчатый венец стартера с маховиком был сориентирован так, чтобы контрольная метка была размещена правильно относительно определенного положения коленчатого вала. Не может быть применен в дронах. Known invention "Starter crankshaft generator", patent RU2 700 808, publ. 09/23/2019, convention priority 10/16/2014 DE 102014015262.6, IPC F02N 11/04, F16F 15/30, G01D 5/14, G01D 5/245, G01P 3/488, H02K 11/215, H02K 29/08, in which a certain position of the rotor rotation relative to the stator is set using the control unit, the position of the rotor rotation relative to the stator is determined by the superposition signal, which is obtained from the read signal and the recording element is integrated into the starter housing shaft generator. Allows to provide an improved ability to register the position of the rotor rotation relative to the starter stator - crankshaft generator, with the help of which the disadvantages of traditional technologies can be eliminated. However, it can be used not in UAVs, but in transmission modules of vehicles in which, coaxially to the crankshaft between the engine and the gearbox, an electric machine operating both in engine mode and in generator mode is provided in the form of an electric starter of the crankshaft generator. This is required so that the flywheel starter ring gear is oriented so that the reference mark is positioned correctly relative to the defined crankshaft position. Cannot be used in drones.

Известно изобретение «Стартер генератор газотурбинного двигателя и способ его управления», патент RU2 528 950, опубл.0.09.2014, конвенционный приоритет .30.10.2009, FR 0957661, публикация WO 2011/051598 (05.05.2011), МПК F02N 11/14, H02P 1/50, H02K 19/14, в котором главная электрическая машина, выполнена с возможностью работы в режиме синхронного электрического генератора после запуска двигателя и с возможностью работы в режиме электрического двигателя во время фазы запуска двигателя, роторы главной электрической машины и блока возбуждения установлены на общем валу, предназначенном для механического соединения с валом двигателя. Однако он применим только для стартера генератора газотурбинного двигателя и не предназначен для ДВС или электрических двигателей. Такой стартер генератор может быть применим только для авиационных тяговых газотурбинных двигателей или для вспомогательных газотурбинных силовых установок или APU (“Auxiliary Power Unit”). Является двух или трехкаскадным стартером- генератором, работающим без щеток (или “brushless”). Сложность многокаскадного синхронного генератора обычно влечет за собой большую массу, низкую надежность и высокую стоимость. Кроме того, применим только в качестве вспомогательного устройства для главной электрической машины для того, чтобы подать через GCU переменное напряжение в статорную индукционную катушку блока возбуждения, чтобы получить на его роторных обмотках переменное напряжение, которое после выпрямления питает роторную индукционную катушку главной электрической машины. А для этого он должен быть спроектирован с параметрами, намного превышающими параметры, необходимые для питания блока возбуждения постоянным током в режиме генератора, что приводит к усложнению всей конструкции и не может обеспечить автоматическое поддержание оборотов несущего винта дрона в допустимых пределах при выполнении интенсивных маневров, не может обеспечить перезапуск двигателя при перебоях в его работе без прерывания полета дрона.Known invention "Starter generator of a gas turbine engine and its control method", patent RU2 528 950, publ. 09/09/2014, conventional priority .30.10.2009, FR 0957661, publication WO 2011/051598 (05.05.2011), IPC F02N 11/14 , H02P 1/50, H02K 19/14, in which the main electric machine is configured to operate in the mode of a synchronous electric generator after starting the engine and to operate in the mode of an electric motor during the phase of starting the engine, the rotors of the main electric machine and the excitation unit mounted on a common shaft intended for mechanical connection to the motor shaft. However, it is only applicable to the generator starter of a gas turbine engine and is not intended for internal combustion engines or electric motors. Such a starter generator can only be used for aircraft propulsion gas turbine engines or for auxiliary gas turbine power units or APU (“Auxiliary Power Unit”). It is a two- or three-stage starter-generator operating without brushes (or “brushless”). The complexity of a multistage synchronous generator usually entails high mass, low reliability and high cost. In addition, it is applicable only as an auxiliary device for the main electric machine in order to supply an alternating voltage through the GCU to the stator induction coil of the exciter unit in order to obtain an alternating voltage on its rotor windings, which, after rectification, feeds the rotor induction coil of the main electric machine. And for this, it must be designed with parameters that are much higher than the parameters required to supply the excitation unit with direct current in the generator mode, which leads to a complication of the entire structure and cannot automatically maintain the drone's main rotor speed within acceptable limits when performing intensive maneuvers, not can ensure the restart of the engine in case of interruptions in its operation without interrupting the flight of the drone.

Известно изобретение «Цепь электропитания летательного аппарата, включающая в себя асинхронную машину », патент RU2 525 852, опубл.20.08.2014, конвенционный приоритет 10.11.2010 FR 1059269, МПК H02K 17/44, H02P 9/46, которая снабжена генератором электропитания, выполненным с возможностью приведения во вращение посредством двигателя, содержит асинхронную машину, соединенную с устройством возбуждения, и асинхронная машина включает в себя ротор, выполненный с возможностью приведения во вращение посредством двигателя, и статор, причем устройство возбуждения выполнено с возможностью вызывать протекание реактивного тока в статоре. Является машиной, которая устойчива к внешним воздействиям, надежной и недорогой, упрощает внедрение ее в двигатель летательного аппарата. Однако использует асинхронную машину вместо бесколлекторного синхронного электродвигателя. Не позволяет преобразовывать электрический ток из переменного в постоянный.Known invention "Aircraft power supply circuit, including an asynchronous machine", patent RU2 525 852, publ. 08/20/2014, conventional priority 10.11.2010 FR 1059269, IPC H02K 17/44, H02P 9/46, which is equipped with a power generator, made with the possibility of being driven into rotation by means of a motor, comprises an asynchronous machine connected to the excitation device, and the asynchronous machine includes a rotor configured to be driven into rotation by means of a motor, and a stator, the excitation device being configured to cause a reactive current to flow in the stator ... It is a machine that is resistant to external influences, reliable and inexpensive, and simplifies its integration into an aircraft engine. However, it uses an induction machine instead of a brushless synchronous motor. Does not allow converting electric current from AC to DC.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому стартеру — генератору является изобретение «Интегрированный высокотемпературный стартер генератор и способ управления им», патент RU2 583 837, опубл.10.05.2016, МПК H02K 21/02, H02K 21/12, H02K 19/36, снабженный расположенной на статоре полюсно-переключаемой обмоткой, валом стартера- генератора и двигателем, выполненным единым, и с установленными на валу постоянными магнитами с чередующимися полярностями. В таком интегрированном стартере — генераторе в режиме работы генератором уменьшают число активных полюсов и тем самым уменьшают частоту вырабатываемого тока, а в режиме работы стартером, число активных полюсов увеличивают, обеспечивая при этом достаточный пусковой момент при автоматическом воздействии на размагничивание или намагничивание полюсов в зависимости от режима работы стартера – генератора. The closest technical solution to the proposed starter-generator is the invention "Integrated high-temperature starter generator and a method of controlling it", patent RU2 583 837, publ. 10.05.2016, IPC H02K 21/02, H02K 21/12, H02K 19/36, equipped a pole-switched winding located on the stator, a starter-generator shaft and a single motor, and with permanent magnets with alternating polarities installed on the shaft. In such an integrated starter-generator, in the generator mode, the number of active poles is reduced and thereby the frequency of the generated current is reduced, and in the starter mode, the number of active poles is increased, while providing sufficient starting torque with automatic action on demagnetization or magnetization of the poles, depending on operating mode of the starter - generator.

Однако имеет высокие массогабаритные показатели двигателя, обусловленные наличием нескольких полюсных систем ротора. (Ротор двигателя имеет две полюсные системы, образуемые постоянными магнитами, каждая из которых соответствует определенному числу полюсов обмотки статора). Так основную обмотку каждой из двух фаз подключают к источнику питания через один транзистор инвертора, а каждую из рекуперационных обмоток двух фаз подключают к источнику питания через один диод инвертора. Недостатками данного устройства являются высокие массогабаритные показатели, а также сложная система питания электрической машины, которая увеличивает потери энергии на возбуждение стартера. В следствие этого данная конструкция не позволяет увеличить величину пускового момента на валу ДВС при помощи стартера-генератора без увеличения числа элементов аккумуляторной батареи и повысить безотказность пуска ДВС; а также не обеспечивает перезапуск двигателя при перебоях в его работе без прерывания полета дрона, а, следовательно, не обеспечивает увеличение продолжительности и дальности полета дрона. However, it has high mass and dimensions of the motor due to the presence of several pole systems of the rotor. (The rotor of the motor has two pole systems formed by permanent magnets, each of which corresponds to a certain number of poles of the stator winding). So the main winding of each of the two phases is connected to the power source through one inverter transistor, and each of the recuperative windings of the two phases is connected to the power source through one inverter diode. The disadvantages of this device are high weight and dimensions, as well as a complex power supply system for an electric machine, which increases the energy loss for the excitation of the starter. As a consequence of this, this design does not allow increasing the starting torque on the ICE shaft using a starter-generator without increasing the number of battery cells and increasing the reliability of starting the ICE; and also does not provide engine restart in case of interruptions in its operation without interrupting the flight of the drone, and, therefore, does not provide an increase in the duration and range of the drone.

В известных конструкциях и стартеров и генераторов для питания бортовой сети используется электрическая машина (генератор), которая работает при средних и высоких скоростях ДВС. Поскольку просадка оборотов несущего винта может быть очень большой, вплоть до остановки, например, при выходе на малой скорости из маневра, то при этом потребная мощность окажется существенно большей, чем при исходном установившемся полете. В дронах этот недостаток преодолевают только за счет улучшения приемистости двигателей, т.е. более быстрого изменения располагаемой мощностью. Но в известных конструкциях приемистость двигателя достигается средствами самого двигателя. In known designs and starters and generators, an electric machine (generator) is used to power the on-board network, which operates at medium and high speeds of the internal combustion engine. Since the drawdown of the main rotor revolutions can be very large, up to a stop, for example, when exiting a maneuver at low speed, the required power will be significantly greater than during the initial steady flight. In drones, this drawback is overcome only by improving engine throttle response, i.e. faster change in available capacity. But in the known designs, the throttle response of the engine is achieved by means of the engine itself.

Несмотря на то, что стартер и генератор имеют близкие значения по электрической мощности, они обычно не работают одновременно, поскольку совместить их функции в одной электрической машине не удается из - за несовпадения их механических характеристик: стартеру требуются относительно малые скорости при очень больших моментах (в зимнее время превосходящих номинальный момент ДВС), а генератору сравнительно малые моменты при высоких скоростях.Despite the fact that the starter and the generator have close values in electrical power, they usually do not work at the same time, since it is not possible to combine their functions in one electrical machine due to the mismatch in their mechanical characteristics: the starter requires relatively low speeds at very high torques (in winter time exceeding the nominal torque of the internal combustion engine), and the generator has relatively small moments at high speeds.

Требуется предложить такой стартер — генератор, который позволит уменьшить массогабаритные характеристик пускового агрегата двигателя внутреннего сгорания и обеспечит работу при преобразовании электрического тока из переменного в постоянный. It is required to offer such a starter - a generator, which will reduce the weight and size characteristics of the starting unit of an internal combustion engine and ensure operation when converting electric current from AC to DC.

Предложенная конструкция стартера — генератора позволяет достичь следующего технического результата:The proposed design of the starter - generator allows achieving the following technical result:

- обеспечить перезапуск двигателя при перебоях в его работе без прерывания полета дрона за счет преобразования электрического тока из постоянного в переменный, а, следовательно, существенно улучшить эксплуатационные характеристики, уменьшить массогабаритные характеристики пускового агрегата ДВС и увеличить продолжительность и дальность полета дрона. - to ensure that the engine is restarted in case of interruptions in its operation without interrupting the flight of the drone by converting the electric current from DC to AC, and, therefore, to significantly improve operational characteristics, reduce the weight and size characteristics of the ICE launcher and increase the duration and range of the drone.

- увеличить величину пускового момента на валу ДВС при помощи стартера-генератора без увеличения числа элементов аккумуляторной батареи и повысить безотказность пуска ДВС;- increase the starting torque on the internal combustion engine shaft using a starter-generator without increasing the number of battery cells and increase the reliability of starting the internal combustion engine;

Технический результат достигается за счет того, что стартер — генератор для системы управления и передачи вращательного момента на винт БПЛА выполнен в виде бесколлекторного синхронного электродвигателя (БСЭ) с магнитами с чередующимися полярностями, который снабжен статором с расположенными на нем переключаемыми обмотками. Новым в данном техническом решении является то, что стартер — генератор содержит:The technical result is achieved due to the fact that the starter-generator for the control system and the transmission of torque to the UAV propeller is made in the form of a brushless synchronous electric motor (BSE) with magnets with alternating polarities, which is equipped with a stator with switchable windings located on it. New in this technical solution is that the starter - generator contains:

- ротор, снабженный «m» штук неодимовых постоянных магнитов радиального намагничивания,- a rotor equipped with "m" pieces of neodymium permanent magnets of radial magnetization,

- статор, снабженный «n» штук электромагнитных катушек из электротехнической стали с трехфазной намоткой «виток к витку» медным, например, одножильным проводом с соединением по схеме «треугольник»,- stator equipped with "n" pieces of electromagnetic coils made of electrical steel with three-phase winding "turn-to-turn" copper, for example, single-core wire with a delta connection,

- катушки электрически подключены к плате управления стартером генератором с возможностью изменения режимов работы с режима стартера двигателя на режим генератора тока и обратно, при этом посредством установленных на корпусе статора трех датчиков Холла контролируют положение поворота ротора относительно статора. - the coils are electrically connected to the generator starter control board with the ability to change the operating modes from the engine starter mode to the current generator mode and vice versa, while the position of the rotor rotation relative to the stator is monitored by means of three Hall sensors installed on the stator housing.

Посредством платы управления стартером генератором обеспечивают передачу электрического тока (энергии) на вал двигателя с соблюдением условия, что в любой момент времени на стартер-генератор подают двухфазный ток; и статор выполнен с внутренним цилиндрическим отверстием, сквозь которое с зазором проходит вал двигателя с возможностью его вращения и передачи крутящего момента на корпус ротора. При этом стартер — генератор обеспечивает следующие режимы работы:By means of the starter-generator control board, electric current (energy) is transmitted to the engine shaft under the condition that at any moment of time a two-phase current is supplied to the starter-generator; and the stator is made with an inner cylindrical hole through which the motor shaft passes with a gap so that it can rotate and transmit torque to the rotor housing. In this case, the starter-generator provides the following operating modes:

- стартера - в зависимости от требуемого крутящего момента на валу двигателя посредством передачи переменного тока на обмотку статора путем поочередного переключая обмоток статора и смены полярности тока на них для передачи крутящего момента на вал двигателя, - starter - depending on the required torque on the motor shaft by transferring alternating current to the stator winding by alternately switching the stator windings and changing the polarity of the current on them to transfer torque to the motor shaft,

- или генератора - в зависимости от наличия полезной нагрузки посредством передачи преобразованного переменного тока в постоянный ток. - or a generator - depending on the availability of a payload by transferring the converted AC to DC.

При этом ротор жестко скреплен посредством втулки с фланцем и, по меньшей мере, двух пальцев с воздушным винтом. In this case, the rotor is rigidly fastened by means of a sleeve with a flange and at least two fingers with a propeller.

Техническое решение стартера — генератора поясняется чертежом, который, однако не охватывает всех возможных вариантов исполнения корпусов и их соединения с воздушным винтом. The technical solution of the starter-generator is illustrated by a drawing, which, however, does not cover all possible versions of the housings and their connections with the propeller.

На Фиг. 4 — показан продольный разрез стартера — генератора, вал ротора которого соединен с валом ДВС и с другого конца скреплен с винтом. FIG. 4 shows a longitudinal section of a starter-generator, the rotor shaft of which is connected to the internal combustion engine shaft and is fastened to the screw at the other end.

Стартер — генератор (4) и винт (5) размещены на валу (7) двигателя (3). Для этого вал ротора (25) соединен шпонкой (10) с валом (7) двигателя (3), образуя общую ось для ротора (9) и винта (5). Стартер — генератор (4) выполнен в виде бесколлекторного синхронного электродвигателя (БСЭ) с магнитами (14) с чередующимися полярностями и снабжен статором (8) с расположенными на нем переключаемыми обмотками (15). Статор (8) размещен в корпусе (17), который выполнен в виде стакана с цилиндрической стенкой и конической юбкой, и снабжен «n» штук электромагнитных катушек (15), сердечник которых выполнен из электротехнической стали, а намотка из медного провода выполнена трехфазной типа «виток к витку». Медный провод преимущественно выполняют одножильным, однако допустимо провод выполнять из 2,3 и т.п. жил. Это зависит от расчета выходной мощности. Провода соединены по схеме «треугольник», допустимо соединение «звезда». Количество переключаемых обмоток может быть от 3 (трех) штук до 210 штук, кратных трем. Обмотки размещены внутри корпуса (17) между наружными и внутренними стенками корпуса. Внутренняя стенка корпуса (17) надета на втулку (19) с минимальным зазором для отсутствия биения при вращении ротора (9). Корпус (17) статора (8) закреплен на корпусе двигателя (20) посредством крепежных элементом (26). Starter - generator (4) and screw (5) are located on the shaft (7) of the engine (3). For this, the rotor shaft (25) is connected by a key (10) with the shaft (7) of the motor (3), forming a common axis for the rotor (9) and the screw (5). The starter-generator (4) is made in the form of a brushless synchronous electric motor (BSE) with magnets (14) with alternating polarities and is equipped with a stator (8) with switchable windings (15) located on it. The stator (8) is located in the housing (17), which is made in the form of a glass with a cylindrical wall and a conical skirt, and is equipped with "n" pieces of electromagnetic coils (15), the core of which is made of electrical steel, and the winding of copper wire is made of a three-phase type "Turn to turn". Copper wire is predominantly single-core, but it is permissible to make a wire of 2,3, etc. lived. It depends on the calculation of the power output. The wires are delta-connected; star connection is permissible. The number of switched windings can be from 3 (three) pieces to 210 pieces, divisible by three. The windings are placed inside the housing (17) between the outer and inner walls of the housing. The inner wall of the housing (17) is put on the bushing (19) with a minimum clearance to prevent runout when the rotor (9) rotates. The housing (17) of the stator (8) is fixed to the motor housing (20) by means of fasteners (26).

Корпус (16) ротора (9) выполнен цилиндрическим с наружной стенкой, охватывающей статор с обмотками. На внутренней поверхности цилиндрической стенки корпуса (16) закреплены «m» штук, например, неодимовых, постоянных магнитов радиального намагничивания (14). Постоянные магниты (14) размещены по окружности корпуса (16) с минимальным зазором между ними в зависимости от магнитных катушек и имеют форму, охватывающую магнитные катушки, магниты. При этом ротор (9) жестко скреплен посредством втулки с фланцем (гайки — втулки) (11) и, по меньшей мере, двух пальцев (18) с воздушным винтом (5). The housing (16) of the rotor (9) is cylindrical with an outer wall that encloses the stator with windings. On the inner surface of the cylindrical wall of the housing (16) fixed "m" pieces, for example, neodymium, permanent magnets of radial magnetization (14). Permanent magnets (14) are placed around the circumference of the housing (16) with a minimum gap between them, depending on the magnetic coils and have a shape that covers the magnetic coils, magnets. In this case, the rotor (9) is rigidly fastened by means of a sleeve with a flange (nut - sleeve) (11) and at least two pins (18) with an air screw (5).

Обмотки катушек (15) с сердечником электрически подключены каждая соответственно к силовой части платы управления (6) стартером - генератором (4) с возможностью изменения режимов работы с режима стартера двигателя на режим генератора тока и обратно. При этом посредством установленных на корпусе (17) статора (8) трех цифровых датчиков (21) в виде датчиков Холла контролируют положение поворота ротора (9) относительно статора (8). The windings of the coils (15) with a core are each electrically connected to the power section of the control board (6) by the starter-generator (4) with the possibility of changing the operating modes from the engine starter mode to the current generator mode and vice versa. In this case, the position of rotation of the rotor (9) relative to the stator (8) is monitored by means of three digital sensors (21) in the form of Hall sensors installed on the housing (17) of the stator (8).

Посредством платы управления (6) стартером генератором (4) обеспечивают передачу электрического тока (энергии) на вал (7) двигателя (3), продолжением которого является вал (ось) ротора (9). Вал (7) соединен шпоночным соединением (10) со втулкой (19), а передача электрической энергии осуществлена с соблюдением условия: чтобы в любой момент времени на стартер-генератор (4) был подан двухфазный ток, иными словами в каждый момент времени ток протекает между двумя фазами обмоток стартер-генератора (4); By means of the control board (6) of the starter, the generator (4) provides the transmission of electric current (energy) to the shaft (7) of the engine (3), the continuation of which is the shaft (axis) of the rotor (9). The shaft (7) is connected by a keyway (10) with the bushing (19), and the transmission of electrical energy is carried out in compliance with the condition: that at any moment of time a two-phase current is supplied to the starter-generator (4), in other words at each moment of time, the current flows between the two phases of the starter-generator windings (4);

Статор (8) выполнен с внутренним цилиндрическим отверстием, сквозь которое с зазором проходит вал (7) двигателя с возможностью его вращения и передачи крутящего момента на корпус (16) ротора (9). При этом стартер — генератор (4) обеспечивает следующие режимы работы:The stator (8) is made with an internal cylindrical hole through which the motor shaft (7) passes with a gap with the possibility of its rotation and the transmission of torque to the housing (16) of the rotor (9). In this case, the starter - generator (4) provides the following operating modes:

- режим стартера - в зависимости от требуемого крутящего момента на валу (7) двигателя посредством передачи переменного тока на обмотку статора (8) путем поочередного переключая обмоток статора (8) и смены полярности тока на них для передачи крутящего момента на вал (7) двигателя, - starter mode - depending on the required torque on the motor shaft (7) by transferring alternating current to the stator winding (8) by alternately switching the stator windings (8) and changing the polarity of the current to them to transfer torque to the motor shaft (7) ,

- или режим генератора - в зависимости от наличия полезной нагрузки посредством передачи преобразованного переменного тока в постоянный ток.- or generator mode - depending on the availability of a payload by transferring the converted alternating current to direct current.

Например, в дронах типа HLQ, Goliath для передачи вращательного момента на винты используется ременная передача. А в дронах типа Yeair (компании Airstier) в силовой установке используется комбинация из бензиновых и электрических моторов. Дроны типа SOAPdrones модель Belias используют специальные сервомоторы, с помощью которых происходит мгновенное изменение шага вращения винтов, но они слишком сложны по конструкции, а, следовательно, ненадежны. For example, in drones such as HLQ, Goliath, a belt drive is used to transmit torque to the propellers. And in drones such as Yeair (Airstier), the power plant uses a combination of gasoline and electric motors. Drones of the SOAPdrones type Belias model use special servo motors, with the help of which there is an instant change in the pitch of rotation of the propellers, but they are too complex in design, and therefore unreliable.

Предложенная конструкция системы для передачи вращательного момента на винты использует любой тип двигателя силовой установки, не требует дополнительного силового двигателя, чем существенно улучшает эксплуатационные характеристики дрона и уменьшает массогабаритные характеристики пускового агрегата, поскольку стартер — генератора является вспомогательным типом электрической машины, размещенной непосредственно на валу силового агрегата. А это, в свою очередь оптимизирует работу силового агрегата, следовательно, и увеличиваются возможности автономного полета дрона. The proposed design of the system for transmitting torque to the propellers uses any type of engine of the power plant, does not require an additional power engine, which significantly improves the operational characteristics of the drone and reduces the weight and size characteristics of the starting unit, since the starter-generator is an auxiliary type of electric machine located directly on the power shaft. unit. And this, in turn, optimizes the operation of the power unit, therefore, the capabilities of the autonomous flight of the drone increase.

В предложенной конструкции использована электрическая машина с внешним ротором, которую используют там, где требуется точное позиционирование и устойчивость к перегрузкам по моменту. Кроме того, магниты радиального намагничивания, т.е. направление магнитного поля в неодимовом магните направлена по радиусу к центру. Например, на роторе могут размещать неодимовые постоянные магниты с рабочей температурой использования от - 400 С до + 900 С позволяет достигать БСЭ стартера — генератора требуемой мощности. In the proposed design, an electric machine with an external rotor is used, which is used wherever precise positioning and resistance to torque overloads are required. In addition, the magnets are radially magnetized, i.e. the direction of the magnetic field in a neodymium magnet is directed radially to the center. For example, neodymium permanent magnets can be placed on the rotor with an operating temperature of -40 0 C to + 90 0 C, which allows the TSB of a starter-generator of the required power to be reached.

Управление стартера — генератора обеспечена за счет блока управления, где в контролере размещают преобразователь постоянного напряжения в трехфазное импульсное. The control of the starter-generator is provided by the control unit, where a DC-to-three-phase pulse converter is placed in the controller.

Электрическая связь обмоток, связывающая контроллер с периферийными устройствами обеспечена, например, через порты, типа I2C, SPI, USB, IMU1, IMU2, iESC, API, CAN1, CAN2 и др. [Р.Н. Набиев, А.А. Aбдуллаев. Обзор этапов развития, конструкций и проблем проектирования БПЛА типа мультикоптер.//Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия Естественные и технические науки. г. Москва, 2017. №3-4. с. 16-21. //Milli Aviasiya Akademiyasının Elmi Məcmuələri. Cild 18, №4, 2016. səh 10-17. Məqalə.]The electrical connection of the windings connecting the controller with peripheral devices is provided, for example, through ports such as I2C, SPI, USB, IMU1, IMU2, iESC, API, CAN1, CAN2, etc. [R.N. Nabiev, A.A. Abdullaev. Review of the stages of development, designs and design problems of UAVs of the multicopter type. // Modern science: actual problems of theory and practice. Series Natural and technical sciences. Moscow, 2017. No. 3-4. with. 16-21. // Milli Aviasiya Akademiyasının Elmi Məcmuələri. Cild 18, No. 4, 2016. səh 10-17. Məqalə.]

При реализации предложенной системы со стартером — генераторов может быть использован, например, двигатель внутреннего сгорания O.S. Engines GT15 или GT15 Air Gasoline Engine. When implementing the proposed system with a starter - generators, for example, an O.S. internal combustion engine can be used. Engines GT15 or GT15 Air Gasoline Engine.

При работе стартера генератора, он выводит винт в нужное для нормального запуска двигателя положение, и поворотом винтомоторной группы обеспечивает запуск двигателя, при достижении двигателем заданных оборотов переходит в режим генерации электроэнергии и передачи ее на полезную нагрузку и бортовую аппаратуру.When the generator starter is operating, it brings the propeller to the position required for normal engine start, and by turning the propeller group, it starts the engine, when the engine reaches the specified speed, it switches to the mode of generating electricity and transferring it to the payload and on-board equipment.

3. Плата управления стартером генератором.3. Starter-generator control board.

Плата управления стартером-генератором относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении стартер - генераторных систем (СГС) для летательных аппаратов, в которых для достижения высокого качества генерируемой электрической энергии применяются статические преобразователи электрической энергии. В частности, относится к системам преобразования электроэнергии, системам управления двигателями, преобразования и распределения энергии на полезную нагрузку.The starter-generator control board belongs to the field of electrical engineering and power electronics and can be used to build starter-generator systems (SGS) for aircraft, in which static converters of electrical energy are used to achieve high quality of generated electrical energy. In particular, it applies to power conversion systems, motor control systems, power conversion and distribution to payload.

Может быть использовано для реализации независимо от различных вариантов исполнения двигателей. Относится к контроллеру для управления пуском двигателя БПЛА и может быть, преимущественно, пригодна для дрона, имеющего двигатель, который автоматически запускается после автоматического останова.It can be used for implementation regardless of various engine options. Refers to a controller for controlling the start of the UAV engine and may be mainly suitable for a drone having an engine that automatically starts after an automatic stop.

Известна полезная модель «Контроллер для управления пуска двигателя транспортного средства», патент RU 154 193, опубл.20.08.2015, конвенционный приоритет 30.06.2011, публикация WO 2013/002824 (03.01.2013), US 13/174,559, МПК F02N 11/08, в которой контроллер выполнен с возможностью соединения с двигателем и генератором переменного тока, причем контроллер содержит дополнительные команды для регулировки нагрузки генератора переменного тока, приложенной к двигателю в ответ на запрос крутящего момента двигателя и запрос системы управления, и электрическая система управления электрически присоединена к аккумуляторной батарее и генератору переменного тока. Позволяет обеспечить запуск транспортного средства посредством учета входного сигнала управления транспортного средства и запроса крутящего момента двигателя, а также обеспечивает выполнение команды контроллера по регулировке нагрузки генератора переменного тока, приложенной к двигателю в ответ на спрогнозированное событие. Однако не позволяет уменьшить массогабаритные характеристики пускового агрегата двигателя внутреннего сгорания и преобразование электрического тока из переменного в постоянный.Known utility model "Controller for starting a vehicle engine", patent RU 154 193, publ. 08/20/2015, convention priority 06/30/2011, publication WO 2013/002824 (01/03/2013), US 13 / 174,559, IPC F02N 11 / 08, in which the controller is configured to be coupled to an engine and an alternator, the controller comprises additional commands for adjusting the alternator load applied to the engine in response to an engine torque request and a control system request, and the electrical control system is electrically connected to battery and alternator. Enables the vehicle to start by taking into account the vehicle control input and the engine torque request, and enables the controller command to adjust the alternator load applied to the engine in response to a predicted event. However, it does not allow to reduce the weight and size characteristics of the starting unit of the internal combustion engine and the conversion of electric current from AC to DC.

Наиболее близким к предложенной плате управления является изобретение «Адаптивная стартер генераторная система для летательных аппаратов», патент RU2 713 390, опубл. 05.02.2020, МПК H02J 7/34, в котором к синхронному генератору с возбуждением от постоянных магнитов подключен параллельный полупроводниковый преобразователь на базе последовательно соединенного двунаправленного dc dc преобразователя, построенного на базе мостовой схемы, а выходы преобразователя подключены соответственно к трехфазной нагрузке переменного тока и к зажимам ac dc преобразователя, построенного на базе двунаправленного инвертора напряжения, и в звене постоянного тока подключен к зажимам двунаправленного dc dc преобразователя, последовательно соединенного с аккумуляторной батареей и нагрузкой постоянного тока. Изобретение позволяет наделить систему электроснабжения функциями адаптивных систем, появляются свойства так называемых «умных» электрических сетей («smart grid»), что повышает живучесть летательного аппарата. Однако невозможность его работы от синхронного генератора с переменной частотой вращения вала, так же как в коллекторных электрических машинах, содержащих коллектор и щетки, что обусловлено невозможностью их работы из — за скользящего контакта. Предложенное в изобретении техническое решение не позволяет работать от синхронного генератора с переменной частотой вращения вала двигателя. (см. Стартер генераторная система для вспомогательной силовой установки/Левин А.В., Халютин С.П., Давидов А.О., Жмуров Б.В. и др.//Научный вестник МГТУ ГА 2017. №05, Том 20. С. 5066). Closest to the proposed control board is the invention "Adaptive starter generator system for aircraft", patent RU2 713 390, publ. 02/05/2020, IPC H02J 7/34, in which a parallel semiconductor converter based on a series-connected bidirectional dc dc converter based on a bridge circuit is connected to a synchronous generator with permanent magnet excitation, and the outputs of the converter are connected, respectively, to a three-phase AC load and to the terminals of the ac dc converter built on the basis of a bidirectional voltage inverter, and in the DC link is connected to the terminals of a bidirectional dc dc converter connected in series with the battery and the DC load. The invention makes it possible to endow the power supply system with the functions of adaptive systems, the properties of the so-called "smart" electrical networks ("smart grid") appear, which increases the survivability of the aircraft. However, the impossibility of its operation from a synchronous generator with a variable shaft speed, as well as in collector electric machines containing a collector and brushes, which is due to the impossibility of their operation due to sliding contact. The technical solution proposed in the invention does not allow operation from a synchronous generator with a variable engine speed. (see Starter generator system for auxiliary power plant / Levin A.V., Khalyutin S.P., Davidov A.O., Zhmurov B.V. and others // Scientific Bulletin of MSTU GA 2017. No. 05, Volume 20 . S. 5066).

Устройства управления двигателем могут представлять собой относительно тяжелое оборудование, вес устройств управления двигателем по существу пропорционален номинальной мощности устройства управления.The motor controls can be relatively heavy equipment, the weight of the motor controls is substantially proportional to the power rating of the control.

Устройство управления двигателем в известных схемах содержит комбинацию из выпрямителей, инверторов и фильтров, которые приводят электрический сигнал, принимаемый от источника питания для использования двигателем, в определенное состояние. Каждое устройство управления двигателем имеет размер, соответствующий требованию по пиковой нагрузке на единицу мощности двигателя, который обслуживается устройством управления двигателем. Важным является совмещение функций режима стартерного запуска двигателей и режима генерации электрической энергии в одном агрегате. В предложенной схеме появляется возможность повысить надежность, а также улучшить массогабаритные показатели авиационных систем за счет отказа от большого числа быстро изнашиваемых частей оборудования летательных аппаратов. Кроме этого, требуется совместить функции генерирования электрической энергии переменного и постоянного тока, а также осуществлять перетоки электрической энергии между этими системами генерирования. В этом случае открывается возможность стартерного запуска газотурбинного или иного двигателя, как от сети переменного, так и постоянного тока. Это особенно важно, поскольку как пуск в ход, так и пуск в разгон транспортного средства с остановки может не давать требуемого ответного действия в некоторых условиях, так как двигатель может быть нагружен посредством периферийных систем, которые потребляют энергию по перезапуску двигателя.The motor control device in prior art circuits comprises a combination of rectifiers, inverters and filters that condition an electrical signal received from a power supply for use by the motor. Each motor control unit is sized to meet the peak load requirement per unit of motor power being served by the motor control unit. It is important to combine the functions of the engine starting mode and the electric power generation mode in one unit. In the proposed scheme, it becomes possible to increase the reliability, as well as to improve the weight and size indicators of aircraft systems due to the rejection of a large number of rapidly wearing parts of aircraft equipment. In addition, it is required to combine the functions of generating AC and DC electrical energy, as well as to carry out the flow of electrical energy between these generation systems. In this case, the possibility of starting a gas turbine or other engine, both from the AC and DC mains, opens up. This is especially important because both starting and accelerating the vehicle from a standstill may not give the required response in some conditions, since the engine may be loaded by peripheral systems that consume energy to restart the engine.

Предложенное техническое решение платы управления стартером генератором для системы управления и передачи вращательного момента на винт позволяет достичь следующего технического результата:The proposed technical solution of the starter-generator control board for the control system and the transmission of torque to the propeller allows achieving the following technical result:

- и преобразование электрического тока из переменного в постоянный и наоборот;- and the conversion of electric current from alternating to direct and vice versa;

- уменьшение массогабаритных характеристик пускового агрегата двигателя внутреннего сгорания.- a decrease in the weight and size characteristics of the starting unit of an internal combustion engine.

Заявленный технический результат получают за счет того, что плата управления стартером генератором системы управления и передачи вращательного момента на винт выполнена с возможностью преобразования в нем переменного тока в постоянный, что позволяет заряжать аккумулятор и питать полезную нагрузку. Новым является то, что плата состоит изThe claimed technical result is obtained due to the fact that the control board of the starter generator of the control system and transmission of torque to the propeller is made with the possibility of converting alternating current into direct current in it, which allows charging the battery and supplying the payload. What's new is that the board consists of

- полупроводникового ключа, - semiconductor key,

- схемы заряда аккумуляторной батареи, - battery charging circuits,

- контроллера, - controller,

- трехфазного силового каскада, - three-phase power stage,

- и, по меньшей мере, трех датчиков Холла. - and at least three Hall sensors.

При этом датчики Холла электрически соединены с контроллером, посредством которого с выходов контроллера снимают показания режима работы стартера генератора, а на вход контроллера поступает сигнал обратной связи с датчиков Холла, при этом угол между датчиками Холла выбран таким образом, чтобы за одно переключение обмоток бесколлекторного синхронного электродвигателя (БСЭ) поворот ротора БСЭ с магнитами оказывал влияние только на один из датчиков. При этом переключение значения датчика происходит под действием магнитного поля и южного, и северного полюса. Датчик срабатывает под действием поля от южного полюса, а отпускается под действием северного полюса, и с помощью полупроводникового ключа, который осуществляет переключение режимов работы стартера генератора. Для переключения режимов работы плата выполнена с возможностью перевода посредством трехфазного силового каскада стартера - генератора в режим передачи переменного тока на нагрузку, причем трехфазный силовой каскад состоит из трех транзисторных полумостов, которые открывают таким образом, чтобы в любой момент времени ток протекал через две фазы. In this case, the Hall sensors are electrically connected to the controller, through which readings of the operating mode of the generator starter are taken from the controller outputs, and the feedback signal from the Hall sensors is received at the controller input, while the angle between the Hall sensors is selected so that in one switching of the windings of the brushless synchronous electric motor (TSB), rotation of the TSB rotor with magnets affected only one of the sensors. In this case, the switching of the sensor value occurs under the influence of the magnetic field of both the south and north poles. The sensor is triggered by the field from the South Pole, and released by the North Pole, and with the help of a semiconductor key, which switches the operating modes of the generator starter. To switch the operating modes, the board is made with the possibility of transferring by means of a three-phase power stage of the starter-generator to the mode of transferring alternating current to the load, and the three-phase power stage consists of three transistor half-bridges, which are opened in such a way that at any time the current flows through two phases.

Устройство платы пояснено чертежом. The board device is illustrated by a drawing.

На Фиг. 5 — показан схема платы управления стартером - генераторомFIG. 5 - schematic diagram of the starter-generator control board

Аппаратная часть платы управления состоит из полупроводникового ключа (27), схемы заряда аккумуляторной батареи (28), контроллера (29), трехфазного силового каскада (30) и датчиков Холла (31). The hardware part of the control board consists of a semiconductor switch (27), a battery charging circuit (28), a controller (29), a three-phase power stage (30) and Hall sensors (31).

Представленная схема позволяет производить пуск двигателя (3), в частности, двигателя внутреннего сгорания, с установленным на его валу (7) бесколлекторным синхронным электродвигателем стартера — генератора (4). После запуска плата (6) стартер-генератора (4) преобразует переменный ток в постоянный, позволяя питать полезную нагрузку, и заряжает аккумулятор. The presented scheme allows starting the engine (3), in particular, the internal combustion engine, with the brushless synchronous electric motor of the starter-generator (4) installed on its shaft (7). Once started, the starter-alternator board (6) (4) converts the alternating current to direct current, allowing the payload to be supplied and charges the battery.

Это достигается за счет того, что плата (6) стартер-генератора (4) выполнена в виде блоков силового каскада (30) управления обмотками (15) двигателя (3), контролера (29), датчиков Холла (31), схемы заряда (28) и полупроводникового силового ключа (27) по команде в автоматическом режиме. Это позволяет запускать двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (3), преобразовывать генерируемую энергию, заряжать аккумулятор и контролировать все параметры работы модели БПЛА в разных режимах.This is achieved due to the fact that the board (6) of the starter-generator (4) is made in the form of blocks of the power stage (30) for controlling the windings (15) of the engine (3), controller (29), Hall sensors (31), charging circuit ( 28) and a semiconductor power switch (27) on command in automatic mode. This allows you to start an internal combustion engine (ICE) (3), convert the generated energy, charge the battery, and control all the parameters of the UAV model in different modes.

Контроллер (29) управляет работой блоков и замеряет параметры работы стартера — генератора (4) и всего БПЛА. Получая сигнал на за пуск двигателя (3), контроллер (29) проверяет входные условия, такие как: напряжение аккумуляторной батареи, температуру силового каскада (30), обороты вала (7) двигателя (3), значения датчиков Холла (31). Если все условия, заданные системой управления соблюдаются, контроллер (29) подает сигналы на трехфазный силовой каскад (30). Силовой каскад (30) состоит из трех транзисторных полумостов. Транзисторы открываются таким образом, чтобы в любой момент времени ток протекал через одну обмотку БСЭ стартера — генератора (4). Переключая обмотки (15) по очереди и меняя полярность тока на них, осуществляется вращение вала (7). Для получения высокого момента на валу (7) уже с первого включения обмотки (15) используют датчики Холла (31). Они встроены в конструкцию стартера — генератора (4) (электродвигателя - БСЭ) и представляют собой инкрементальный энкодер, т.е. устройство, которое определяет угол поворота вращающегося объекта, выдавая импульсный цифровой код. Угол между датчиками (31) выбран таким образом, чтобы за одно переключение обмоток (15) поворот ротора (9) с магнитами (14) оказывал влияние только на один из датчиков (31) и значение датчика менялось на противоположное с ноля на единицу или наоборот, которые соответствуют полюсам. Контроллер (29) следит за оборотами коленвала (7) и как только мотор запустится, контроллер (29) отключает управление трехфазного силового каскада (30). Вырабатываемый переменный ток выпрямляется силовым каскадом (30), который за счет внутренних обратно включенных диодов транзисторов образует выпрямительный мост Ларионова. Контроллер (29) измеряет величину вырабатываемого напряжения и если она достаточна для зарядки аккумулятора, например, составляет 14 вольт (для LiPo аккумуляторов 3S), то включает схему заряда (28). Схема заряда (28) представляет из себя стабилизатор напряжения и тока, позволяющая заряжать литиевый аккумулятор в режиме «ограничение тока» и «ограничение напряжения». Полупроводниковый ключ (27) в данной схеме переключает течение тока в зависимости от режима работы. В режиме стартера ток из аккумуляторной батареи течет через трехфазный силовой каскад (30), приводя в движение электродвигатель — БСЭ, т.е. стартер — генератор (4). В режиме генератора ключ (27) закрывается, не давая нестабилизированному напряжению и току протекать через аккумулятор. В этом случае через аккумулятор может протекать только ток схемы заряда (28). Ключевые параметры, которые измеряет контроллер (29) при работе платы (6) в режиме стартера - это напряжение аккумуляторной батареи, ток, потребляемый стартером, и время поворота ротора (9) после одного переключения обмотки (15). В режиме генератора контроллер (29) следит за оборотами (колен)вала (7), величиной вырабатываемого напряжения, током заряда аккумулятора и мощностью, отдаваемой на полезную нагрузку. The controller (29) controls the operation of the units and measures the operating parameters of the starter-generator (4) and the entire UAV. Receiving a signal to start the engine (3), the controller (29) checks the input conditions, such as: battery voltage, power stage temperature (30), engine shaft speed (7) (3), values of Hall sensors (31). If all the conditions set by the control system are met, the controller (29) sends signals to the three-phase power stage (30). The power stage (30) consists of three transistor half-bridges. The transistors open in such a way that at any time the current flows through one winding of the TSB starter - generator (4). Switching the windings (15) in turn and changing the polarity of the current on them, the shaft (7) rotates. Hall sensors (31) are used to obtain a high torque on the shaft (7) from the first turn on of the winding (15). They are built into the design of the starter - generator (4) (electric motor - TSB) and represent an incremental encoder, i.e. a device that determines the angle of rotation of a rotating object by issuing a pulse digital code. The angle between the sensors (31) is chosen so that during one switching of the windings (15) the rotation of the rotor (9) with magnets (14) affects only one of the sensors (31) and the value of the sensor changes from zero to one or vice versa that correspond to the poles. The controller (29) monitors the speed of the crankshaft (7) and as soon as the engine starts, the controller (29) turns off the control of the three-phase power stage (30). The generated alternating current is rectified by a power stage (30), which forms a Larionov rectifier bridge due to the internal reverse-connected diodes of the transistors. The controller (29) measures the value of the generated voltage and if it is sufficient to charge the battery, for example, it is 14 volts (for 3S LiPo batteries), then turns on the charging circuit (28). The charging circuit (28) is a voltage and current stabilizer that allows charging a lithium battery in the "current limiting" and "voltage limiting" modes. The semiconductor switch (27) in this circuit switches the current flow depending on the operating mode. In the starter mode, the current from the battery flows through the three-phase power stage (30), driving the electric motor - TSB, i.e. starter - generator (4). In generator mode, the key (27) closes, preventing unstabilized voltage and current from flowing through the battery. In this case, only the charging circuit current (28) can flow through the battery. The key parameters that the controller (29) measures when the board (6) is operating in the starter mode are the battery voltage, the current consumed by the starter, and the rotor turning time (9) after one switching of the winding (15). In generator mode, the controller (29) monitors the revolutions (knees) of the shaft (7), the value of the generated voltage, the battery charging current and the power supplied to the payload.

В представленном техническом решении заявленная система позволяет производить пуск двигателя внутреннего сгорания с установленным на его валу бесколлекторным синхронным электродвигателем. После запуска плата (6) стартер-генератора (4) преобразует переменный ток в постоянный, позволяя питать полезную нагрузку, и заряжает аккумулятор.In the presented technical solution, the claimed system allows starting an internal combustion engine with a brushless synchronous electric motor installed on its shaft. Once started, the starter-alternator board (6) (4) converts the alternating current to direct current, allowing the payload to be supplied and charges the battery.

Плата (6) стартер-генератора (4), выполненная в виде блоков силового каскада (30) управления обмотками (15) стартера — генератора (4), работающего как электродвигатель, контролера (29), датчиков Холла (31), схемы заряда (28) и силового ключа (27) по команде в автоматическом режиме позволяет запускать двигатель внутреннего сгорания (3), преобразовывать генерируемую энергию, заряжать аккумулятор и контролировать все параметры работы модели БПЛА в разных режимах.The board (6) of the starter-generator (4), made in the form of blocks of the power stage (30) for controlling the windings (15) of the starter-generator (4) operating as an electric motor, controller (29), Hall sensors (31), charging circuit ( 28) and the power switch (27) on command in automatic mode allows starting the internal combustion engine (3), converting the generated energy, charging the battery and controlling all the parameters of the UAV model in different modes.

Контроллер (29) управляет работой блоков и замеряет параметры работы всей системы. Получая сигнал на запуск двигателя (3), контроллер (29) проверяет входные условия, такие как: напряжение аккумуляторной батареи, температуру силового каскада (30), обороты коленвала (7), значения датчиков Холла (31). Если все условия соблюдаются, контроллер (29) подает сигналы на трехфазный силовой каскад (30). The controller (29) controls the operation of the units and measures the parameters of the entire system. Receiving a signal to start the engine (3), the controller (29) checks the input conditions, such as: battery voltage, power stage temperature (30), crankshaft speed (7), Hall sensor values (31). If all conditions are met, the controller (29) sends signals to the three-phase power stage (30).

Силовой каскад состоит из трех транзисторных полумостов. Транзисторы открываются таким образом, чтобы в любой момент времени ток протекал через две фазы статора (8). Переключая фазы по очереди и меняя полярность тока на них, осуществляется вращение вала (25) и соответственно, вала (7) БСЭ стартера — генератора (4).The power stage consists of three transistor half-bridges. The transistors open in such a way that at any time the current flows through two phases of the stator (8). By switching the phases in turn and changing the polarity of the current on them, the shaft (25) and, accordingly, the shaft (7) of the TSB starter-generator (4) are rotated.

Для получения высокого момента на валу (7) уже с первого включения обмотки (15) используются датчики Холла (31). Они встроены в конструкцию БСЭ стартера — генератора (4) и представляют собой инкрементальный энкодер. Угол между датчиками выбран таким образом, чтобы за одно переключение обмоток поворот ротора с магнитами оказывал влияние только на один из датчиков и значение датчика менялось на противоположное. Контроллер (29) следит за оборотами (колен)вала (7) и как только двигатель (3) запустится, контроллер (29) отключает управление трехфазного силового каскада (30). Вырабатываемый переменный ток выпрямляется силовым каскадом (30), который за счет внутренних обратно включенных диодов транзисторов образует выпрямительный мост Ларионова. Контроллер (29) измеряет величину вырабатываемого напряжения и если она достаточна для зарядки аккумулятора, то включает схему заряда (28). Схема заряда (28) представляет из себя стабилизатор напряжения и тока, и позволяет заряжать литиевый аккумулятор в режиме «ограничение тока» и «ограничение напряжения». Полупроводниковый ключ (27) в данной схеме переключает течение тока в зависимости от режима работы. Компонентная база состоит из общедоступных марок таких как Texas Instruments, Honeywell, INFINEON, STMICROELECTRONIX.Hall sensors (31) are used to obtain a high torque on the shaft (7) from the very first turn on of the winding (15). They are built into the design of the starter-generator TSB (4) and represent an incremental encoder. The angle between the sensors is chosen so that during one switching of the windings, the rotation of the rotor with magnets affects only one of the sensors and the sensor value changes to the opposite. The controller (29) monitors the revolutions (knees) of the shaft (7) and as soon as the engine (3) starts, the controller (29) turns off the control of the three-phase power stage (30). The generated alternating current is rectified by a power stage (30), which forms a Larionov rectifier bridge due to the internal reverse-connected diodes of the transistors. The controller (29) measures the value of the generated voltage and, if it is sufficient to charge the battery, then turns on the charging circuit (28). The charging circuit (28) is a voltage and current stabilizer, and allows charging the lithium battery in the "current limiting" and "voltage limiting" modes. The semiconductor switch (27) in this circuit switches the current flow depending on the operating mode. The component base consists of publicly available brands such as Texas Instruments, Honeywell, INFINEON, STMICROELECTRONIX.

В плате использованы стандартные комплектующие, например, существующие модели типы полупроводникового ключа (27) IRFS 3206, схемы заряда аккумуляторной батареи (28) BQ 24125, контроллера (29) STM32F103, трехфазного силового каскада (30) IRF 3205 и датчиков Холла (31) SS311PT. The board uses standard components, for example, existing models such as a semiconductor switch (27) IRFS 3206, battery charging circuit (28) BQ 24125, controller (29) STM32F103, three-phase power stage (30) IRF 3205 and Hall sensors (31) SS311PT ...

В режиме стартера ток из аккумуляторной батареи течет через трехфазный силовой каскад (30), приводя в движение стартер — генератор (4) в режиме электродвигателя. В режиме генератора ключ (27) закрывается, не давая нестабилизированному напряжению и току протекать через аккумулятор. В этом случае через аккумулятор может протекать только ток схемы заряда. Ключевые параметры, которые измеряет контроллер при работе платы в режиме стартера это напряжение аккумуляторной батареи, ток, потребляемый стартером, и время поворота ротора (9) после одного переключения обмотки (15). В режиме генератора контроллер (29) следит за оборотами коленвала (7) и величиной вырабатываемого напряжения, током заряда аккумулятора и мощностью, отдаваемой на полезную нагрузку.In starter mode, the current from the battery flows through the three-phase power stage (30), driving the starter-generator (4) in the electric motor mode. In generator mode, the key (27) closes, preventing unstabilized voltage and current from flowing through the battery. In this case, only the charging circuit current can flow through the battery. The key parameters that the controller measures when the board is operating in the starter mode are the battery voltage, the current consumed by the starter, and the rotor turning time (9) after one switching of the winding (15). In generator mode, the controller (29) monitors the crankshaft speed (7) and the value of the generated voltage, the battery charge current and the power supplied to the payload.

В результате чего уменьшаются массогабаритные характеристики пускового агрегата двигателя внутреннего сгорания и осуществляется преобразование электрического тока из переменного в постоянный.As a result, the weight and size characteristics of the starting unit of the internal combustion engine are reduced and the electric current is converted from alternating to direct current.

4. Амортизатор для этой системы.4. Shock absorber for this system.

Амортизатор применяется в единых системах передачи вращательного момента на винт от двигателя, который крепится на фюзеляже летательного аппарата. В частности, относится к авиационной технике и может быть использовано при создании конструкций фюзеляжей дронов. The shock absorber is used in unified systems for transmitting torque to the propeller from the engine, which is attached to the aircraft fuselage. In particular, it relates to aviation technology and can be used to create structures for drone fuselages.

Амортизатор предназначен для передачи нагрузок, создаваемых несущим винтом (ротором) и двигателем на фюзеляж, и, в частности, для противодействия осевым и поперечным нагрузкам, а также знакопеременным нагрузкам. The shock absorber is designed to transfer the loads generated by the rotor (rotor) and the engine to the fuselage, and, in particular, to resist axial and lateral loads, as well as alternating loads.

Из уровня техники известны заявки на изобретение № RU93003314 «Узел главного редуктора трансмиссии вертолета», где диск ступицы выполнен из гибкого материала, и заявка № 93025658 «Редуктор вертолета соосной схемы», в котором применены упругие звенья, однако они не могут быть использованы в системе передачи вращательного момента от винта на фюзеляж. From the prior art, applications for invention No. RU93003314 "Assembly of the main gearbox of a helicopter transmission" are known, where the hub disk is made of flexible material, and application No. 93025658 "Helicopter gearbox of coaxial scheme", in which elastic links are used, but they cannot be used in the system transmission of torque from the propeller to the fuselage.

Известна заявка на изобретение «Модифицированное прямозубое цилиндрическое зацепление» № RU 94040908, Конвенционный приоритет 09.03.1992 US 848623, публикация 10.08.1996, и заявка PCT US 93/01191 (10.02.1993), в которых для преодоления шума, вызванного вибрацией, используют только уменьшение люфтов между движущимися частями редуктора. Такое решение используют только в коробке передач, а не в системе, предложенной в системе с данным техническим решением. Возможность уменьшения вибрации, передаваемой на фюзеляж от самого двигателя и винта БПЛА не может быть осуществлена только за счет уменьшения люфтов между движущимися частями, так как вибрация возникает прежде всего за счет разных режимов работы как двигателя, так и винта.Known application for the invention "Modified spur gearing" No. RU 94040908, Convention priority 09.03.1992 US 848623, publication 10.08.1996, and PCT application US 93/01191 (10.02.1993), in which to overcome the noise caused by vibration, use only reduction of backlash between the moving parts of the gearbox. This solution is used only in the gearbox, and not in the system proposed in the system with this technical solution. The possibility of reducing the vibration transmitted to the fuselage from the engine itself and the UAV propeller cannot be realized only by reducing the backlash between the moving parts, since vibration occurs primarily due to different operating modes of both the engine and the propeller.

Известно изобретение ЕР 0508938, опубликовано 14.10. 1992 г., конвенционный приоритет 10.04. 1991, US 19910683211, в котором для передачи продольных, боковых, вертикальных и всех крутильных нагрузок используют интегрированный в корпус фюзеляжа сервопривод со вторичными плоскостями, которые воспринимают нагрузку вместо шпангоута фюзеляжа. Однако данная схема не подходит к предлагаемому техническому решению. Known invention EP 0508938, published 14.10. 1992, convention priority 10.04. 1991, US 19910683211, in which for the transmission of longitudinal, lateral, vertical and all torsional loads, a servo drive integrated into the fuselage housing with secondary planes is used, which take the load instead of the fuselage frame. However, this scheme does not fit the proposed technical solution.

Наиболее близким техническим решением является изобретение «Опора для установки главного редуктора с несущим винтом», патент RU 2 343 089, опубл 10.01.2009, МПК B64C 27/00 B64C 27/12, в которой корпусное тело имеет цилиндрический корпусный элемент, основание, выполненное П образной формы и узлы крепления. Создание такой опоры для установки системы с несущим винтом при ее интегрировании в конструкцию силового каркаса фюзеляжа обеспечивает оптимальное перераспределение нагрузок с несущего винта, а также позволяет воспринять сосредоточенные эксплуатационные нагрузки, в частности, от внешней грузовой подвески. Однако не используют демпферы и опора не может быть использована для системы передачи вращательного момента на винт в предложенной разработчиком схеме. Данное техническое решение не позволит существенно уменьшить общую массу дронов за счет отказа от трансмиссии и уменьшить массогабаритные характеристики ДВС. The closest technical solution is the invention "Support for the installation of the main gearbox with a main rotor", patent RU 2 343 089, publ 10.01.2009, IPC B64C 27/00 B64C 27/12, in which the body has a cylindrical body element, the base is made U-shaped and attachment points. The creation of such a support for installing a system with a main rotor, when integrated into the structure of the fuselage load-bearing frame, ensures optimal redistribution of loads from the main rotor, and also makes it possible to perceive concentrated operational loads, in particular, from the external cargo suspension. However, dampers are not used and the support cannot be used for the system for transmitting torque to the propeller in the scheme proposed by the developer. This technical solution will not significantly reduce the total weight of the drones due to the rejection of the transmission and reduce the weight and size characteristics of the internal combustion engine.

При работе ДВС, который соединен с воздушным винтом через стартер — генератор и размещен на шпангоутах фюзеляжа БПЛА возникают знакопеременные нагрузки на фюзеляж, вызывающие его вибрацию. В результате таких нагрузок требуется либо существенно уменьшить нагрузку на фюзеляж за счет демпфирования осевых и поперечных нагрузок, либо существенно утяжелять фюзеляж для придания ему необходимой прочности, что, в свою очередь повлечет увеличение мощности двигателя. Поставленная задача особенно актуальна для фюзеляжных дронов, которые по условиям штатного полета должны выполнять крутые маневры, резко снижать и наращивать число оборотов винта при маневрирования. Кроме того, частые остановки винта и последующий его запуск существенно будет увеличивать вибрацию, передаваемую на фюзеляж при раскручивании винта. Эта задача особенно важна при применении двигателей различных типов, так как в разных схемах двигателей, например, в поршневых или турбированных или электрических характеристики нагрузок при передачи на винт будут разными. During the operation of the internal combustion engine, which is connected to the propeller through a starter-generator and is located on the frames of the UAV fuselage, alternating loads appear on the fuselage, causing its vibration. As a result of such loads, it is required either to significantly reduce the load on the fuselage by damping axial and lateral loads, or to significantly heavier the fuselage to give it the necessary strength, which in turn will entail an increase in engine power. This task is especially relevant for fuselage drones, which, according to the conditions of a regular flight, must perform abrupt maneuvers, sharply reduce and increase the number of propeller revolutions during maneuvering. In addition, frequent stopping of the propeller and its subsequent launch will significantly increase the vibration transmitted to the fuselage when the propeller is unscrewed. This task is especially important when using engines of various types, since in different engine schemes, for example, in piston or turbocharged engines, or the electrical characteristics of the loads when transferring to the propeller will be different.

Для лётно-технических характеристик перспективный БПЛА должен оснащаться высокоэффективной силовой установкой (двигателем) при рациональной конструктивно-компоновочной схеме с оптимальными параметрами рабочего процесса, поэтому наличие эффективного амортизатора в предложенной системе является неотъемлемой частью самой системы, поскольку необходимо обеспечивать много режимность ее применения в крейсерском режиме полета. Кроме того, требуется обеспечить адаптацию режимов полета за счет системы управления и конструктивно — компоновочной схемы, адаптированных к возможным отказам и неисправностям. For flight performance, a promising UAV must be equipped with a highly efficient power plant (engine) with a rational design and layout scheme with optimal parameters of the working process, therefore, the presence of an effective shock absorber in the proposed system is an integral part of the system itself, since it is necessary to provide multiple modes of its use in cruise mode flight. In addition, it is required to ensure the adaptation of flight modes due to the control system and the structural and layout scheme, adapted to possible failures and malfunctions.

Предложенная конструкция амортизаторов в системах передачи вращательного момента на винт от двигателя позволяет достичь следующего технического результата:The proposed design of shock absorbers in the systems for transmitting torque to the propeller from the engine allows achieving the following technical result:

- существенно уменьшить массогабаритные характеристики полезной нагрузки за счет исключения воздействия вибрации схему управления БПЛА и полезную нагрузку, такие как платы управления, фотоаппараты, видеокамеры, тепловизоры, лазеры;- significantly reduce the weight and size characteristics of the payload by eliminating the effects of vibration, the UAV control scheme and payload, such as control boards, cameras, video cameras, thermal imagers, lasers;

- общую массу дронов за счет отказа от трансмиссии и уменьшения массогабаритных характеристик пускового агрегата ДВС - the total mass of drones due to the abandonment of the transmission and a decrease in the weight and size characteristics of the ICE starting unit

- возможность применения различных типов двигателей;- the possibility of using various types of engines;

Технический результат достигается за счет того, что амортизатор системы управления и передачи вращательного момента на винт состоит из моторамы с фланцем, который (фланец) соединен посредством вилки моторамы, имеющей ответные узлы крепления в крышке корпуса двигателя, при этом фланец размещен симметрично продольной оси стартера — генератора, и вилки моторамы, соединенной с фланцем моторамы, а фланец моторамы закреплен на шпангоутах фюзеляжа посредством вибродемпфирующих элементов. Новым является то, что - фланец моторамы и шпангоуты фюзеляжа дополнительно снабжены, по меньшей мере, четырьмя стаканами каждый, в которых размещены упруго пластические втулки. В частном случае упруго - пластические втулки выполнены из резины марки, например, Mold Max или РТ. Вилка моторамы опорной частью жестко закреплена на фланце моторамы посредством, по меньшей мере, четырех пальцев, между которыми (пальцами) размещены сегментообразные демпферы, с помощью которых гасят вибрационные усилия, возникающие при работе БСЭ и воздушного винта, и передающиеся на фюзеляж. Например, сегментообразные демпферы могут быть выполнены из, например, Mold Max или РТ.The technical result is achieved due to the fact that the shock absorber of the control system and the transmission of torque to the propeller consists of a motor mount with a flange, which (flange) is connected by means of a motor mount plug, which has reciprocal attachment points in the engine housing cover, while the flange is placed symmetrically to the longitudinal axis of the starter - generator, and the fork of the motor mount, connected to the flange of the motor mount, and the flange of the motor mount is fixed to the fuselage frames by means of vibration damping elements. What is new is that - the engine mount flange and the fuselage frames are additionally equipped with at least four cups each, in which elastically plastic bushings are placed. In a particular case, elastic - plastic bushings are made of rubber of the brand, for example, Mold Max or RT . The motor mount fork is rigidly fixed to the motor mount flange by its supporting part by means of at least four fingers, between which (fingers) are segmented dampers, with the help of which the vibration forces arising during the operation of the TSB and the propeller, and transmitted to the fuselage, are damped. For example, segment dampers can be made from, for example, Mold Max or PT.

Стаканы фланца моторамы закреплены на стаканах шпангоутов фюзеляжа соответственно посредством оси, размещенной в стаканах фюзеляжа и фланца моторамы, причем между каждой парой стаканов размещена на этой же оси бобышка виброразвязки моторамы. В частности, бобышки виброразвязки могут быть выполнены из упруго — пластического материала, например, Mold Max или РТ. Также в качестве частного примера исполнения ось может быть снабжена фланцем с наворачивающейся на нее крепежной деталью с фланцем для соединения стаканов и виброразвязки.The motor mount flange cups are fixed on the fuselage frame cups, respectively, by means of an axis located in the fuselage cups and the motor mount flange, and between each pair of cups there is a vibration isolation boss for the motor mount on the same axis. In particular, vibration isolation bosses can be made of elastic - plastic material, for example, Mold Max or PT. Also, as a particular example of the execution, the axis can be equipped with a flange with a fastening piece with a flange screwing on it for connecting the glasses and vibration isolation.

Конструкция амортизатора поясняется чертежами, которые не охватывают всех вариантов исполнения отдельных конструктивных деталей и узлов, которые могут содержать различные типы креплений и соединений деталей. The design of the shock absorber is illustrated by drawings, which do not cover all versions of individual structural parts and assemblies, which may contain various types of fasteners and connections of parts.

На Фиг. 6 — показан общий вид системы управления и передачи вращательного момента на винт с продольным разрезом по амортизатору;FIG. 6 shows a general view of the control system and transmission of torque to the screw with a longitudinal section along the shock absorber;

На Фиг. 7 — показано продольное сечение амортизатора, установленного на фюзеляж (фюзеляж показан тонкими линиями);FIG. 7 shows a longitudinal section of a shock absorber installed on the fuselage (the fuselage is shown in thin lines);

на Фиг. 8 — показано сечение А-А по демпферу с пальцами;in FIG. 8 - shows a section A-A along the damper with fingers;

Амортизатор системы управления и передачи вращательного момента на винт состоит из моторамы (22) с фланцем (23), который (фланец) соединен посредством вилки (32) моторамы (22), имеющей ответные узлы крепления (24) в крышке (33) корпуса (20) двигателя (3). При этом фланец (23) размещен симметрично продольной оси стартера — генератора (4), и вилки (32) моторамы (22), соединенной с фланцем (23) моторамы (22), а фланец (23) моторамы (22) закреплен на шпангоутах фюзеляжа (2) посредством вибродемпфирующих элементов. The shock absorber of the control system and transmission of torque to the propeller consists of a motor mount (22) with a flange (23), which (flange) is connected by means of a fork (32) of the motor mount (22), which has mating attachment points (24) in the housing cover (33) ( 20) engine (3). In this case, the flange (23) is located symmetrically to the longitudinal axis of the starter-generator (4), and the plug (32) of the motor mount (22) connected to the flange (23) of the motor mount (22), and the flange (23) of the motor mount (22) is fixed on the frames fuselage (2) by means of vibration damping elements.

Фланец (23) моторамы (22) и шпангоуты фюзеляжа (2) дополнительно снабжены, по меньшей мере, четырьмя стаканами (35) каждый, в которых размещены упруго пластические втулки (36). The flange (23) of the motor frame (22) and the fuselage frames (2) are additionally equipped with at least four cups (35) each, in which elastic-plastic bushings (36) are placed.

Вилка (32) моторамы (22) опорной частью жестко закреплена на фланце (23) моторамы (22) посредством, по меньшей мере, четырех пальцев (37), между которыми (пальцами) размещены сегментообразные демпферы (34), с помощью которых гасят вибрационные усилия, возникающие при работе двигателя (3) и воздушного винта (5), и передающиеся на фюзеляж (2).The fork (32) of the motor mount (22) is rigidly fixed to the flange (23) of the motor mount (22) by means of at least four pins (37), between which (fingers) are segmented dampers (34), with the help of which vibration forces arising from the operation of the engine (3) and the propeller (5), and transmitted to the fuselage (2).

Стаканы (35) фланца (23) моторамы (22) закреплены на стаканах (38) шпангоутов фюзеляжа (2) соответственно посредством осей или одной оси (39), размещенной в стаканах (35 и 38) фюзеляжа (38) и фланца (23) моторамы (22), причем между каждой парой стаканов (35-38) размещена на этой же оси (39) бобышка виброразвязки моторамы (40). Также в качестве частного примера исполнения ось (39) может быть снабжена фланцем с наворачивающейся на нее крепежной деталью (39´) с фланцем для соединения стаканов (35 и 38) и виброразвязки (40).The glasses (35) of the flange (23) of the motor mount (22) are fixed on the glasses (38) of the fuselage frames (2), respectively, by means of axes or one axis (39) located in the glasses (35 and 38) of the fuselage (38) and flange (23) motor mount (22), and between each pair of glasses (35-38) is placed on the same axis (39) the vibration isolation boss of the motor mount (40). Also, as a particular example of execution, the axle (39) can be equipped with a flange with a fastener (39´) screwed onto it with a flange for connecting the glasses (35 and 38) and vibration isolation (40).

При работе двигателя (винтомоторной группы) возникают колебания, связанные с дисбалансом частей силовой установки. Вибродемпфирующие элементы, установленные на шпангоуте фюзеляжа и фланце моторамы гасят разнонаправленные колебания и низкочастотные колебания, а сегментные демпферы, установленные в вилке моторамы, компенсируют вибрации, вызванные крутящим моментом силовой установки.When the engine (propeller group) is operating, vibrations occur associated with the imbalance of parts of the power plant. Vibration damping elements installed on the fuselage frame and motor mount flange dampen multidirectional vibrations and low-frequency vibrations, and segment dampers installed in the motor mount fork compensate for vibrations caused by the power plant torque.

Claims (12)

1. Система управления и передачи вращательного момента на винт(ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), включающая амортизатор для крепления системы на фюзеляж, двигатель, стартер-генератор, воздушный винт и плату управления стартером-генератором, осуществляющую переключение режимов работы стартера-генератора с режима запуска двигателя на режим генерирования электроэнергии соответственно, отличающаяся тем, что в качестве стартера-генератора используют бесколлекторный синхронный электродвигатель (БСЭ) с постоянными магнитами на роторе, размещенный на валу двигателя, который соединен разъемным соединением с ротором стартера-генератора для передачи вращающего момента на воздушный винт, вал двигателя размещен внутри статора стартера-генератора, стартер-генератор содержит статор с электромагнитными катушками и ротор с постоянными магнитами, работающий в двух режимах: стартера для двигателя и генератора для подзарядки аккумуляторов, а также стартер-генератор снабжен корпусом ротора и корпусом статора, и корпус ротора жестко соединен с воздушным винтом через штифты, а корпус статора жестко соединен с корпусом двигателя, воздушный винт закреплен на валу двигателя гайкой-втулкой через кок-обтекатель воздушного винта и жестко соединен с корпусом ротора посредством штифтов, стартер-генератор дополнительно снабжен датчиками положения ротора относительно электромагнитных катушек статора, расположенных в корпусе статора напротив торцевых частей постоянных магнитов ротора, в количестве по меньшей мере 3 (трех) датчиков, размещенных на корпусе статора и электрически соединенных с платой управления стартером-генератором, а система управления и передачи вращательного момента на винт, включая корпус двигателя, совместно со стартером-генератором и воздушным винтом закреплена на мотораме с размещенным на ней амортизатором, которая снабжена фланцем с узлами крепления на фюзеляже.1. Control system and transmission of torque to the propeller (s) in unmanned aerial vehicles (UAVs), including a shock absorber for attaching the system to the fuselage, engine, starter-generator, propeller and starter-generator control board, which switches the operating modes of the starter - generator from the engine start mode to the power generation mode, respectively, characterized in that a brushless synchronous electric motor (BSP) with permanent magnets on the rotor is used as a starter-generator, located on the engine shaft, which is connected by a detachable connection to the rotor of the starter-generator to transmit the rotating torque on the propeller, the engine shaft is located inside the stator of the starter-generator, the starter-generator contains a stator with electromagnetic coils and a rotor with permanent magnets, operating in two modes: a starter for the engine and a generator for recharging batteries, and the starter-generator is equipped with a rotor housing and to the stator housing, and the rotor housing is rigidly connected to the propeller through pins, and the stator housing is rigidly connected to the engine housing, the propeller is fixed to the engine shaft by a nut-sleeve through the propeller spinner and rigidly connected to the rotor housing by means of pins, starter-generator is additionally equipped with rotor position sensors relative to the stator electromagnetic coils located in the stator housing opposite the end parts of the rotor permanent magnets, in the amount of at least 3 (three) sensors located on the stator housing and electrically connected to the starter-generator control board, and the control system and the transmission of torque to the propeller, including the engine body, together with the starter-generator and the propeller, is fixed to the motor mount with a shock absorber located on it, which is equipped with a flange with attachment points on the fuselage. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вал двигателя соединен с ротором шпоночным соединением или посадкой на конус.2. The system of claim. 1, characterized in that the motor shaft is connected to the rotor by a keyed connection or a taper fit. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что датчики положения являются датчиками Холла.3. The system of claim. 1, characterized in that the position sensors are Hall sensors. 4. Стартер-генератор системы управления и передачи вращательного момента на винт БПЛА, выполненный в виде бесколлекторного синхронного электродвигателя (БСЭ) с магнитами с чередующимися полярностями по п.1, который снабжен статором с расположенными на нем переключаемыми обмотками, отличающийся тем, что стартер-генератор содержит ротор, снабженный m штуками неодимовых постоянных магнитов радиального намагничивания, статор, снабженный n штуками электромагнитных катушек из электротехнической стали с трехфазной намоткой «виток к витку» медным проводом с соединением по схеме «треугольник» или «звезда», катушки электрически подключены к плате управления стартером-генератором с возможностью изменения режимов работы с режима стартера двигателя на режим генератора тока и обратно с обеспечением возможности контроля положения поворота ротора относительно статора, и посредством платы управления стартером-генератором обеспечен режим работы «стартер» на подачу электрического тока на обмотки статора, а в режиме «генератор» обеспечено преобразование трехфазного переменного электрического тока в однофазный постоянный с последующей передачей на полезную нагрузку, статор выполнен с внутренним цилиндрическим отверстием, сквозь которое с зазором проходит вал двигателя с возможностью его вращения и передачи крутящего момента на корпус ротора, и стартер-генератор обеспечивает следующие режимы работы: стартера - в зависимости от требуемого крутящего момента на валу двигателя посредством передачи переменного тока на обмотку статора путем поочередного переключения обмоток статора и смены полярности тока на них для передачи крутящего момента на вал двигателя или генератора - в зависимости от наличия полезной нагрузки посредством передачи преобразованного переменного тока в постоянный ток, при этом ротор жестко скреплен посредством втулки с фланцем и по меньшей мере двух пальцев с воздушным винтом.4. The starter-generator of the control system and the transmission of torque to the UAV propeller, made in the form of a brushless synchronous electric motor (BSE) with magnets with alternating polarities according to claim 1, which is equipped with a stator with switchable windings located on it, characterized in that the starter is the generator contains a rotor equipped with m pieces of neodymium permanent magnets of radial magnetization, a stator equipped with n pieces of electromagnetic coils made of electrical steel with three-phase winding "turn-to-turn" copper wire with a connection according to the "delta" or "star" scheme, the coils are electrically connected to the board control of the starter-generator with the ability to change the operating modes from the engine starter mode to the current generator mode and vice versa with the possibility of monitoring the position of the rotor rotation relative to the stator, and through the starter-generator control board, the "starter" operating mode is provided to supply electric current to the stator windings, and in the "generator" mode, a three-phase alternating electric current is converted into a single-phase direct current with subsequent transmission to the payload, the stator is made with an internal cylindrical hole through which the motor shaft passes with a gap with the possibility of its rotation and transmission of torque to the rotor housing, and a starter - the generator provides the following operating modes: starter - depending on the required torque on the motor shaft by transferring alternating current to the stator winding by alternately switching the stator windings and changing the polarity of the current on them to transfer torque to the motor or generator shaft - depending on availability payload by transferring the converted alternating current to direct current, while the rotor is rigidly fastened by means of a sleeve with a flange and at least two pins with a propeller. 5. Стартер-генератор по п. 4, отличающийся тем, что трехфазная намотка выполнена медным многожильным или одножильным проводом сечением «х».5. The starter-generator according to claim 4, characterized in that the three-phase winding is made with copper stranded or single-core wire with a cross section "x". 6. Стартер-генератор по п. 4, отличающийся тем, что катушки электрически подключены к плате управления стартером-генератором с возможностью изменения режимов работы с режима стартера двигателя на режим генератора тока и обратно, при отслеживании режимов установленными на корпусе статора датчиками Холла.6. Starter-generator according to claim 4, characterized in that the coils are electrically connected to the control board of the starter-generator with the ability to change the operating modes from the engine starter mode to the current generator mode and vice versa, while monitoring the modes by Hall sensors installed on the stator housing. 7. Стартер-генератор по п. 4, отличающийся тем, что в качестве полезной нагрузки используют бортовую электрическую сеть и/или зарядку аккумуляторных батарей и подобных устройств.7. The starter-generator according to claim 4, characterized in that the on-board electrical network and / or charging of storage batteries and the like are used as the payload. 8. Плата управления стартером-генератором системы управления и передачи вращательного момента на винт по п. 1, выполненная с возможностью преобразования в стартере-генераторе переменного тока в постоянный, что обеспечивает зарядку аккумулятора и питание полезной нагрузки, отличающаяся тем, что плата состоит из полупроводникового ключа, схемы заряда аккумуляторной батареи, контроллера, трехфазного силового каскада и по меньшей мере трех датчиков Холла, при этом датчики Холла электрически соединены с контроллером, посредством которого с выходов контроллера снимают показания режима работы стартера-генератора, а на вход контроллера поступает сигнал обратной связи с датчиков Холла, при этом угол между датчиками Холла выбран таким образом, чтобы за одно переключение обмоток бесколлекторного синхронного электродвигателя (БСЭ) поворот ротора БСЭ с магнитами оказывал влияние только на один из датчиков, при этом значение «открыт» или «закрыт» датчика меняется на противоположное, и посредством полупроводникового ключа обеспечивают переключение режимов работы стартера-генератора, для чего плата выполнена с возможностью перевода посредством трехфазного силового каскада стартера-генератора в режим передачи трехфазного тока с последующим преобразованием в постоянный ток и подачей его на нагрузку, при этом трехфазный силовой каскад состоит из трех транзисторных полумостов, которые обеспечивают открывание ключа таким образом, чтобы в любой момент времени ток протекал через две фазы обмоток БСЭ.8. The board for controlling the starter-generator of the control system and transmission of torque to the propeller according to claim 1, made with the possibility of converting an alternating current into a constant current in the starter-generator, which provides charging the battery and powering the payload, characterized in that the board consists of a semiconductor a key, a battery charging circuit, a controller, a three-phase power stage and at least three Hall sensors, while the Hall sensors are electrically connected to the controller, through which readings of the operating mode of the starter-generator are taken from the controller outputs, and a feedback signal is sent to the controller input from Hall sensors, while the angle between the Hall sensors is chosen so that during one switching of the windings of a brushless synchronous electric motor (TSB), rotation of the TSB rotor with magnets affects only one of the sensors, while the value of "open" or "closed" of the sensor changes to the opposite, and by of the conductor switch provide switching of the operating modes of the starter-generator, for which the board is made with the possibility of transferring by means of the three-phase power stage of the starter-generator to the three-phase current transmission mode, followed by conversion to direct current and supplying it to the load, while the three-phase power stage consists of three transistor half-bridges, which provide the opening of the key in such a way that at any moment of time the current flows through two phases of the TSB windings. 9. Амортизатор системы управления и передачи вращательного момента на винт по п. 1, состоящий из моторамы с фланцем, который соединен посредством вилки моторамы, имеющей ответные узлы крепления в крышке корпуса двигателя, при этом фланец размещен симметрично продольной оси стартера-генератора, и вилки моторамы, соединенной с фланцем моторамы, а фланец моторамы закреплен на шпангоутах фюзеляжа посредством вибродемпфирующих элементов, отличающийся тем, что фланец моторамы и шпангоуты фюзеляжа дополнительно снабжены по меньшей мере четырьмя стаканами каждый, в которых размещены упругопластические втулки, вилка моторамы опорной частью через подшипники закреплена на фланце моторамы посредством стопорного крепежного элемента, между вилкой и фланцем моторамы размещены четыре пальца, между которыми размещены сегментообразные демпферы, с помощью которых гасят вибрационные усилия, возникающие при работе силовой установки и воздушного винта и передающиеся на фюзеляж, стаканы фланца моторамы закреплены на стаканах шпангоутов фюзеляжа соответственно посредством оси, размещенной в стаканах фюзеляжа и фланца моторамы, причем между каждой парой стаканов размещена на этой же оси бобышка виброразвязки моторамы, являющаяся соединительным элементом.9. The shock absorber of the control system and transmission of torque to the propeller according to claim 1, consisting of a motor mount with a flange, which is connected by means of a plug of the motor mount, which has reciprocal attachment points in the engine housing cover, while the flange is located symmetrically to the longitudinal axis of the starter-generator, and the plug the motor mount, connected to the motor mount flange, and the motor mount flange is fixed to the fuselage frames by means of vibration damping elements, characterized in that the motor mount flange and the fuselage frames are additionally equipped with at least four glasses each, in which elastoplastic bushings are placed, the motor mount fork is fixed on the supporting part through bearings the motor mount flange by means of a locking fastener, between the fork and the motor mount flange there are four pins, between which segment-shaped dampers are located, with the help of which the vibration forces arising during the operation of the power plant and the propeller and transmitted to the fuselage are damped, the motor mount flange cups are closed on the fuselage frame glasses, respectively, by means of an axis located in the fuselage glasses and in the motor mount flange, and between each pair of glasses there is a vibration isolation boss for the motor mount, which is a connecting element, is located on the same axis. 10. Амортизатор по п. 9, отличающийся тем, что упругопластические втулки выполнены из резины или полиуретана, или силикона расчетной твердости от 5 до 80 единиц, измеренной по Шору.10. A shock absorber according to claim 9, characterized in that the elastoplastic bushings are made of rubber or polyurethane, or silicone with an estimated hardness from 5 to 80 units, measured by Shore. 11. Амортизатор по п. 9, отличающийся тем, что сегментообразные демпферы выполнены из резины или полиуретана, или силикона расчетной твердости «х», измеренной по Шору.11. The shock absorber according to claim. 9, characterized in that the segment-shaped dampers are made of rubber or polyurethane, or silicone of the calculated hardness "x" measured by Shore. 12. Амортизатор по п. 9, отличающийся тем, что ось снабжена фланцем с наворачивающейся на нее крепежной деталью с фланцем для соединения стаканов и виброразвязки.12. The shock absorber according to claim. 9, characterized in that the axle is equipped with a flange with a fastener screwed on it with a flange for connecting the glasses and vibration isolation.
RU2020129170A 2020-09-03 2020-09-03 Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system RU2741136C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129170A RU2741136C1 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129170A RU2741136C1 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741136C1 true RU2741136C1 (en) 2021-01-22

Family

ID=74213357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020129170A RU2741136C1 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741136C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4147983A1 (en) * 2021-09-14 2023-03-15 Shanghai Autoflight Co., Ltd. An unmanned aerial vehicle (uav)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993018320A1 (en) * 1992-03-09 1993-09-16 United Technologies Corporation Helicopter noise reduction through gearing modifications
RU2343089C2 (en) * 2007-01-15 2009-01-10 Открытое акционерное общество "Камов" Support for installation of main reduction gear with rotor
EP3009666A1 (en) * 2014-10-16 2016-04-20 MAN Truck & Bus AG Crankshaft starter generator
RU2583837C1 (en) * 2015-01-12 2016-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Integrated high-temperature starter-generator and control method thereof
RU2694695C1 (en) * 2018-12-05 2019-07-16 Шамиль Абдулбарович Сулейманов Method of distribution and control of rotorcraft with helicopter drive hybrid system
RU2713390C1 (en) * 2019-05-20 2020-02-05 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Adaptive starter-generator system for aircrafts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993018320A1 (en) * 1992-03-09 1993-09-16 United Technologies Corporation Helicopter noise reduction through gearing modifications
RU2343089C2 (en) * 2007-01-15 2009-01-10 Открытое акционерное общество "Камов" Support for installation of main reduction gear with rotor
EP3009666A1 (en) * 2014-10-16 2016-04-20 MAN Truck & Bus AG Crankshaft starter generator
RU2583837C1 (en) * 2015-01-12 2016-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Integrated high-temperature starter-generator and control method thereof
RU2694695C1 (en) * 2018-12-05 2019-07-16 Шамиль Абдулбарович Сулейманов Method of distribution and control of rotorcraft with helicopter drive hybrid system
RU2713390C1 (en) * 2019-05-20 2020-02-05 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Adaptive starter-generator system for aircrafts

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4147983A1 (en) * 2021-09-14 2023-03-15 Shanghai Autoflight Co., Ltd. An unmanned aerial vehicle (uav)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6684359B2 (en) Hybrid power source drone
US11542021B2 (en) Aircraft propulsion system
EP3241753B1 (en) Optionally hybrid power system
US10131441B2 (en) Aircraft electrical network
EP2371702B1 (en) Propulsion arrangement
US9425670B2 (en) Reversible electrical machine for an aircraft
US8727271B2 (en) Aircraft using turbo-electric hybrid propulsion system
US7242105B2 (en) Electric engine start with two motors and single motor drive
RU2741136C1 (en) Control system and transfer of rotary moment to screw(s) in unmanned aerial vehicles (uav), starter-generator, starter-generator control board and shock absorber for this system
JP2023553214A (en) A lightweight, efficient, and energy-dense hybrid power system for reliable electric flight
US9073626B2 (en) Actuating blades of an unducted fan
CN106494613A (en) Contrarotation DCB Specimen drive system
RU2638884C1 (en) Hybrid power plant for multi-rotor flying platforms
CN110963050A (en) Multi-energy hybrid propulsion power system for unmanned aerial vehicle
RU2708118C1 (en) Method of accumulation and stabilization of the voltage generated by a brushless generator as a part of hybrid system
Tang et al. An Aerodynamic load tracking method for electric tail rotor of helicopter
CN210942280U (en) Clutch system for propeller of thrust engine of unmanned aerial vehicle
EP4060893A1 (en) Method and system for operating a variable frequency independent speed motor in an extended speed range
CN115352642A (en) Hybrid power equipment of unmanned aerial vehicle
GB2570704A (en) An electric generator for use with a jet engine
RU2021101336A (en) AIRCRAFT WITH ELECTRICLY POWERED MAIL ROTOR FOR DRIVING THE MAINS ROTOR AND/OR TAIL ROTOR OF THIS AIRCRAFT WITH ROTOR ROTOR
CN115378223A (en) Helicopter electromagnetic power transmission system
RU2521172C2 (en) Marine propulsive arrangement with power accumulator
WO2023091559A1 (en) Hybrid control system spanning multiple operation modes
RU126321U1 (en) SHIP MOTOR-MOTOR UNIT WITH ENERGY STORAGE