RU2761991C2 - Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями - Google Patents
Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761991C2 RU2761991C2 RU2020117310A RU2020117310A RU2761991C2 RU 2761991 C2 RU2761991 C2 RU 2761991C2 RU 2020117310 A RU2020117310 A RU 2020117310A RU 2020117310 A RU2020117310 A RU 2020117310A RU 2761991 C2 RU2761991 C2 RU 2761991C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impellers
- impeller
- bearing
- electric motors
- esc
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
Abstract
Изобретение относится к области авиации, а именно к летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки - мультикоптерам с увеличенной мобильностью и компактностью. Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями включает независимо работающие электродвигатели несущих импеллеров, электронные регуляторы хода (ESC), аккумуляторные батареи (АКБ) и бортовой летный компьютер с пропорционально-интегрально-дифференцирующим регулятором (PID - регулятором). Обеспечивается компактность и мобильность, повышение безопасности летательного аппарата, повышение эффективности работы движителей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области авиации, а именно к летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки - мультикоптерам с увеличенной мобильностью и компактностью.
Из уровня техники известно множество летательных аппаратов (ЛА), которые включают от двух до нескольких десятков электродвижителей в виде электромоторов с пропеллерами (винтами) (см., например, заявки и патенты на изобретения и полезные модели: DE 102013108206, US 2015012154, KR 20180102781, CN 208233360, US 2016114887, RU 147731, RU 2547950, RU 2577822).
Недостатками известных ЛА являются:
- большие массогабаритные размеры ЛА и низкая безопасность полета за счет наличия открытых вращающихся лопастей сравнительно большого размера;
- невозможность обеспечения должного уровня тяги при использовании открытых лопастей (пропеллеров) малого диаметра.
Из уровня техники известны летательные аппараты, которые включают электродвигатели (моторы) с пропеллерами (винтами) с защитой (см. патенты RU 127039 и RU 163412 на полезные модели).
Недостатками известных ЛА являются:
- большие массогабаритные размеры ЛА за счет наличия лопастей и защитных экранов сравнительно большого размера;
- невозможность обеспечения должного уровня тяги при сравнительно малом диаметре лопастей;
- сложность конструкции (используются пары электродвигателей с пропеллерами, помещаемые в защитный корпус-кольцо).
Техническими результатами заявленного изобретения являются:
- увеличение компактности и мобильности летательного аппарата - мультикоптера;
- увеличение безопасности полета летательного аппарата - мультикоптера;
- увеличение эффективности работы движителей на больших скоростях (увеличение тяги).
Технические результаты достигаются тем, что мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями включает:
- N - независимо работающие электродвигатели несущих импеллеров в горизонтальной плоскости, установленные равными блоками на левом и правом борту летательного аппарата по направлению движения, противоположно и симметрично относительно друг друга и продольной оси летательного аппарата;
- К - электронные регуляторы хода (ESC);
- М - аккумуляторные батареи (АКБ);
- бортовой летный компьютер с пропорционально-интегрально-дифференцирующим регулятором (PID-регулятором);
где:
N=К - целое положительное четное число, ≥2;
М - целое число, ≥1;
при этом:
- N - независимо работающие электродвигатели несущих импеллеров взаимосвязаны с К - электронными регуляторами хода (ESC);
- К - электронные регуляторы хода (ESC) взаимосвязаны с бортовым летным компьютером;
- для каждого несущего импеллера используется индивидуальный независимо работающий электродвигатель;
при этом бортовой летный компьютер выполнен с возможностью:
- управления электродвигателями несущих импеллеров через электронные регуляторы хода ESC;
- расчета по поступившему сигналу управления от пилота или от системы стабилизации необходимой тяги индивидуально для каждого независимо работающего электродвигателя несущего импеллера;
- выдачи управляющих сигналов на равномерное перераспределение или увеличение, в случае необходимости, тяги к электродвигателям несущих импеллеров;
- автоматического контроля за тягой путем подачи управляющих сигналов электродвигателям несущих импеллеров, используя данные датчиков, например, акселерометра, барометра, гироскопа, компаса и gps;
- управления скоростями вращения каждого отдельного независимого несущего импеллера;
- контроля соответствия заданному режиму работы;
- обеспечения синхронной работы электродвигателей несущих импеллеров.
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежом (см. фиг. 1), где показан пример реализации ЛА - мультикоптера вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями в виде летающего мотоцикла.
На фигуре 1 обозначено следующее:
1 - N - несущих импеллеров (в примере N=8);
2 - N - электронных регуляторов хода - ESC (в примере N=8, расположение перед каждым из N импеллеров);
3 - М - аккумуляторных батарей (АКБ);
4 - бортовой летный компьютер.
Заявленный ЛА (см. фиг. 1) содержит от 2-х до N (где N - целое положительное четное число) электродвигателей с импеллерами (1), кабину пилота (либо сидение, либо его отсутствие в случае БПЛА) и аккумуляторную батарею (3). Питание всех устройств и элементов ЛА осуществляется от одной или нескольких аккумуляторных батарей (3). Вместо АКБ (3) может использоваться генератор. Вентилятор внутри импеллера (1) ("Рабочее колесо") неподвижно закреплено на оси электродвигателя. Каждому импеллеру (1) присвоен индивидуальный электрический двигатель. Возможно использование преобразователя энергии в виде ДВС с генератором и по меньшей мере одного накопителя энергии в виде батареи или суперконденсатора.
Бортовой летный компьютер (4) выполнен с возможностью:
- управления электродвигателями несущих импеллеров (1) через ESC (2);
- по поступившему сигналу управления (от пилота, либо от системы стабилизации, заложенной в алгоритм), бортовой летный компьютер (4), по заданной программе рассчитывает необходимую тягу индивидуально для каждого независимо работающего электродвигателя несущего импеллера (1), выдает команду (сигнал) управления на равномерное перераспределение и увеличение, в случае необходимости, тяги к электродвигателям несущих импеллеров (1), увеличивая при этом скорость их работы;
- автоматического контроля за тягой путем подачи управляющих сигналов (команд) электродвигателям несущих импеллеров (1), используя данные от любых подключаемых датчиков (например, акселерометра, барометра, гироскопа, компаса, gps и др.);
- управления скоростями вращения каждого отдельного независимого несущего импеллера (1);
- контроля соответствия заданному режиму работы;
- обеспечения синхронной работы электродвигателей несущих импеллеров (1).
В программу бортового летного компьютера (4) заложен пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД-регулятор), алгоритм с обратной связью, для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса.
Электронный регулятор хода (ESC) (2) предназначен для управления оборотами электродвигателя, позволяет плавно варьировать электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.
Бортовой летный компьютер (4) в соответствии сигналам от пилота или заданной программе полета, рассчитывает данные о необходимой тяге и необходимой электроэнергии для каждого из N импеллеров (1), и отправляет управляющий сигнал на ESC (2), который обрабатывает этот запрос, и в соответствии с этим запросом распределяет выделенную мощность на электродвигатели несущих импеллеров (1).
Этот этап проходит следующим образом: сначала отправляются данные на электронные регуляторы хода (ESC) (2) (электродвигатель полностью компенсирует разницу предыдущего состояния и нового). Сразу после этого отправляются данные на алгоритм пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (PID-регулятора), который заложен в ПО бортового летного компьютера (4). В результате меняется ток двигателя, электронный регулятор хода (ESC) (2) это определяет и отправляет данные о токе, оборотах, а также о других параметрах винтомоторной группы на бортовой летный компьютер (4), который проверяет соответствие с запрашиваемыми параметрами (если достигли - ничего не предпринимаем, если не достигли повторяем процедуру).
Возможность маневрирования по рысканию, как и тангажу и крену, с точки зрения распределения энергии на движители полетным компьютером, остается для данного изобретения неизменной. Т.к. крутящий момент присутствует как у открытого пропеллера, так и у импеллера, то разница моментов может быть нивелирована программно.
Использование импеллеров (1) позволяет обеспечить требуемый уровень тяги по сравнению с использованием открытых пропеллеров малых диаметров. При аналогичных диаметрах, тяга открытого пропеллера будет меньше, чем у импеллера (1) за счет отсутствия концентрирующего воздушный поток канала, меньшего количествава лопастей и индуктивных потерь.
В заявленном ЛА не требуется дополнительная защита пропеллеров, т.к. вместо пропеллеров используются "рабочие колеса" с лопатками, скрытые в цилиндрическом воздушном канале импеллера (см. фиг. 1, поз. 1).
Также, в заявленном изобретении не требуется специальное помещение пропеллеров с электродвигателями и их пар в защитный корпус - кольцо.
Одним из преимуществ заявленного ЛА является то, что основным параметром является тяга винтомоторной группы, которая устанавливается сразу же после получения данных от пилота или бортового летного компьютера с заданной программой полета, что показывает отличные динамические характеристики.
Увеличение компактности и мобильности летательного аппарата достигаются благодаря использованию импеллеров - "рабочих колес" с лопатками, скрытых в цилиндрическом воздушном канале импеллера малого размера.
Увеличение безопасности полета мультикоптера достигается за счет отсутствия открытых вращающихся лопастей и наличия пропорционально-интегрально-дифференциального алгоритма стабилизации полета (ПИД-регулятора).
Увеличение эффективности работы движителей на больших скоростях (увеличения тяги) достигается за счет аэродинамических свойств используемых импеллеров.
Заявленный мультикоптер, в частных вариантах выполнения, может быть выполнен беспилотным, либо может содержать кабину пилота или сидение».
Проведенный анализ уровня техники позволил установить: аналоги с совокупностью существенных признаков, тождественных и идентичных существенным признакам заявленного мультикоптера отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной мультикоптера условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений с целью выявления существенных признаков, совпадающих с отличительными от аналогов существенными признаками заявленного мультикоптера, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники, а также не установлена известность влияния отличительных существенных признаков на указанные автором технические результаты. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Несмотря на то, что заявленное изобретение показано и описано со ссылкой на его определенные предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны в нем без отклонения от сущности и объема изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения с учетом описания и чертежа.
Claims (21)
1. Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями, включающий:
- N - независимо работающие электродвигатели несущих импеллеров в горизонтальной плоскости, установленные равными блоками на левом и правом борту летательного аппарата по направлению движения противоположно и симметрично относительно друг друга и продольной оси летательного аппарата;
- К - электронные регуляторы хода (ESC);
- М - аккумуляторные батареи (АКБ);
- бортовой летный компьютер с пропорционально-интегрально-дифференцирующим регулятором (PID - регулятором);
где:
N=К - целое положительное четное число, ≥2;
М - целое число, ≥1;
при этом:
- N - независимо работающие электродвигатели несущих импеллеров взаимосвязаны с К - электронными регуляторами хода (ESC);
- К - электронные регуляторы хода (ESC) взаимосвязаны с бортовым летным компьютером;
- для каждого несущего импеллера используется индивидуальный независимо работающий электродвигатель;
при этом бортовой летный компьютер выполнен с возможностью:
- управления электродвигателями несущих импеллеров через электронные регуляторы хода ESC;
- расчета по поступившему сигналу управления от пилота или от системы стабилизации необходимой тяги индивидуально для каждого независимо работающего электродвигателя несущего импеллера;
- выдачи управляющих сигналов на равномерное перераспределение или увеличение, в случае необходимости, тяги к электродвигателям несущих импеллеров;
- автоматического контроля за тягой путем подачи управляющих сигналов электродвигателям несущих импеллеров, используя данные датчиков, например, акселерометра, барометра, гироскопа, компаса и gps;
- управления скоростями вращения каждого отдельного независимого несущего импеллера;
- контроля соответствия заданному режиму работы;
- обеспечения синхронной работы электродвигателей несущих импеллеров.
2. Мультикоптер по п. 1, отличающийся тем, что выполнен беспилотным, либо содержит кабину пилота или сидение.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117310A RU2761991C2 (ru) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117310A RU2761991C2 (ru) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020117310A3 RU2020117310A3 (ru) | 2021-11-26 |
RU2020117310A RU2020117310A (ru) | 2021-11-26 |
RU2761991C2 true RU2761991C2 (ru) | 2021-12-14 |
Family
ID=78719234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020117310A RU2761991C2 (ru) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761991C2 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU127039U1 (ru) * | 2012-12-14 | 2013-04-20 | Василий Владимирович Кириченко | Аэробайк |
RU134515U1 (ru) * | 2013-06-28 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата |
US20170267367A1 (en) * | 2012-02-22 | 2017-09-21 | E-Volo Gmbh | Aircraft |
RU2657666C1 (ru) * | 2017-03-09 | 2018-06-14 | Александр Викторович Атаманов | Система для увеличения продолжительности и дальности полета мультикоптера |
US20180186464A1 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | X Development Llc | Electrical System for Unmanned Aerial Vehicles |
RU2714977C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2020-02-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Способ и система автоматического управления дроном |
-
2020
- 2020-05-26 RU RU2020117310A patent/RU2761991C2/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170267367A1 (en) * | 2012-02-22 | 2017-09-21 | E-Volo Gmbh | Aircraft |
RU127039U1 (ru) * | 2012-12-14 | 2013-04-20 | Василий Владимирович Кириченко | Аэробайк |
RU134515U1 (ru) * | 2013-06-28 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Комплекс авианаблюдения для беспилотного летательного аппарата |
US20180186464A1 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | X Development Llc | Electrical System for Unmanned Aerial Vehicles |
RU2657666C1 (ru) * | 2017-03-09 | 2018-06-14 | Александр Викторович Атаманов | Система для увеличения продолжительности и дальности полета мультикоптера |
RU2714977C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2020-02-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Способ и система автоматического управления дроном |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Д.А.Журман и др. "Настройка ПИД регулятора для БПЛА на базе микроконтроллера семейства ARDUINO", найдено онлайн в интернете: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/52541/1/conference_tpu-2018 C04_p267-268.pdf. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020117310A3 (ru) | 2021-11-26 |
RU2020117310A (ru) | 2021-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108473199B (zh) | 具有竖直起降能力的飞行器及其操作方法 | |
CN108367803B (zh) | 混合动力推进式垂直起降航空器 | |
US9376213B2 (en) | Distributed propulsion system and method of control | |
US20170015417A1 (en) | Multi-Propulsion Design for Unmanned Aerial Systems | |
CN108945394A (zh) | 一种具备固定翼面与水平推进器的长续航多旋翼飞行器及其控制方法 | |
US11174035B2 (en) | Hybrid flight vehicle | |
CN104859853A (zh) | 一种六旋翼油电混合飞行器 | |
KR20110083656A (ko) | 적어도 하나의 독립적으로 회전 가능한 프로펠러/팬을 포함하는 하이브리드 추진 엔진 | |
CN101437720A (zh) | 可变换式飞行器 | |
US10737770B2 (en) | Method and device for increasing the stability and maneuverability of unmanned aerial vehicles (UAV) using a gyroscopic effect | |
EP3764189B1 (en) | Takeoff / landing stability augmentation by active wind gust sensing | |
EP3647184A1 (en) | Electric propeller and ducted fan propulsion unit | |
CN115258149A (zh) | 具有用于控制飞行取向转换的多风扇推进系统的飞行器 | |
CN108163195A (zh) | 一种四轴滚翼飞行器 | |
RU2761991C2 (ru) | Мультикоптер вертикального взлета и посадки с импеллерными движителями | |
WO2020250010A1 (en) | Operating method for a convertible uav | |
Ma et al. | Optimal level turn of solar-powered unmanned aerial vehicle flying in atmosphere | |
CN205418106U (zh) | 涵道式固定翼油电混合动力无人机 | |
Min et al. | Experimental study of a quadrotor cyclocopter | |
Lee et al. | Design, analysis, and experimental investigation of a cyclocopter with two rotors | |
RU201900U1 (ru) | Электрический дирижабль | |
RU2681464C1 (ru) | Малогабаритный летательный аппарат (ЛА) вертикального взлета/посадки с увеличенной дальностью полета | |
RU2657666C1 (ru) | Система для увеличения продолжительности и дальности полета мультикоптера | |
RU2743768C1 (ru) | Электродвигатель с обеспечением управления балансировкой дронов с двигателем внутреннего сгорания | |
CN111498122A (zh) | 一种无人机电动功率耗电量的控制方法 |