RU2765726C1 - Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries - Google Patents

Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries Download PDF

Info

Publication number
RU2765726C1
RU2765726C1 RU2021108664A RU2021108664A RU2765726C1 RU 2765726 C1 RU2765726 C1 RU 2765726C1 RU 2021108664 A RU2021108664 A RU 2021108664A RU 2021108664 A RU2021108664 A RU 2021108664A RU 2765726 C1 RU2765726 C1 RU 2765726C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
landing
uav
electromagnet
electromagnets
electricity
Prior art date
Application number
RU2021108664A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Юрьевич Илларионов
Владимир Александрович Герасимов
Алексей Юрьевич Филоженко
Антон Владимирович Комлев
Сергей Сергеевич Дмитриев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2021108664A priority Critical patent/RU2765726C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2765726C1 publication Critical patent/RU2765726C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle (UAV) on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity for charging batteries contains a landing pad (1), N electromagnets (2), a sensor (3) of the UAV’s approach to the landing pad (1), a control unit (4), a manual control panel (5), N keys (6), N electromagnet current transducers (7), N electromagnet coordinate identifiers (8), a secondary coil (9), a charger device (10) with a battery (11), landing support (12), non-magnetic protective coating (14).
EFFECT: economical process of charging the UAV batteries is provided, increasing the reliability of fixing the UAV at the time of landing and before takeoff.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к системам посадки, средствам обслуживания и обеспечения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и предназначено для надежной и эффективной фиксации БПЛА на посадочной площадке безэкипажного судна.The present invention relates to landing systems, means of maintenance and support for unmanned aerial vehicles (UAVs) and is intended for reliable and efficient fixation of the UAV on the landing site of an unmanned vessel.

Известно устройство для осуществления взлета и посадки судового БПЛА с использованием электромагнита, который фиксирует БПЛА после соприкосновения его посадочных опор с посадочной площадкой на палубе судна (Electromagnet-based takeoff and landing apparatus to operate ship – borne aerial vehicle in harsh condition. Патент Республики Корея KR1020190008046, от 23.01.2019). Устройство управляется по радиоканалу. При приземлении БПЛА на стальную палубу судна оператором по радиоканалу подается сигнал включения электромагнитов, которые размещены в посадочных опорах БПЛА, что обеспечивает их притяжение к палубе и фиксацию БПЛА.A device is known for taking off and landing a ship UAV using an electromagnet that fixes the UAV after its landing legs come into contact with the landing site on the deck of the vessel (Electromagnet-based takeoff and landing apparatus to operate ship - borne aerial vehicle in harsh condition. Patent of the Republic of Korea KR1020190008046 , from 01/23/2019). The device is controlled by radio. When the UAV lands on the steel deck of the vessel, the operator sends a radio signal to turn on the electromagnets, which are located in the UAV landing legs, which ensures their attraction to the deck and fixation of the UAV.

Недостатками этого устройства являются:The disadvantages of this device are:

- невозможность его использования в качестве средства посадки БПЛА на безэкипажное судно, так как оно требует наличие оператора, осуществляющего ручное управление;- the impossibility of using it as a means of landing a UAV on an unmanned vessel, since it requires the presence of an operator who performs manual control;

- электромагниты, обеспечивающие фиксацию БПЛА на палубе судна после посадки, увеличивают массу БПЛА, что приводит к уменьшению полезной нагрузки на его борту и ухудшает летные характеристики БПЛА;- electromagnets that ensure the fixation of the UAV on the deck of the ship after landing, increase the mass of the UAV, which leads to a decrease in the payload on board and worsens the flight characteristics of the UAV;

- для выполнения функций фиксации БПЛА на палубе после его посадки энергия для питания электромагнитов берется от автономного источника питания БПЛА, что уменьшает его автономность и общее полетное время;- to perform the functions of fixing the UAV on the deck after it has landed, the energy to power the electromagnets is taken from the autonomous power source of the UAV, which reduces its autonomy and total flight time;

- для зарядки аккумуляторных батарей БПЛА требуется выполнять ряд ручных операций, таких как подключение и отсоединение зарядного кабеля, что делает невозможным использование устройства на безэкипажном судне.- to charge the UAV batteries, a number of manual operations are required, such as connecting and disconnecting the charging cable, which makes it impossible to use the device on an unmanned vessel.

Известно, также, устройство для осуществления приземления БПЛА на посадочную площадку стационарного или движущегося объекта (Drone landing pad and drone landing method using same. Патент Республики Корея KR1020180043108, 27.04.2018 г.). Данное техническое решение наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению и принято за прототип. It is also known a device for landing a UAV on the landing pad of a stationary or moving object (Drone landing pad and drone landing method using the same. Patent of the Republic of Korea KR1020180043108, 04/27/2018). This technical solution is the closest in technical essence to the claimed invention and is taken as a prototype.

Известное устройство содержит посадочную площадку, в которую установлен электромагнит, датчик приближения и блок управления, с помощью которых осуществляется контроль положения БПЛА относительно посадочной площадки, а также включение электромагнита в заданный момент времени, при этом посадочные опоры БПЛА содержат элементы из ферромагнитного материала, т.е. обладают свойством магнитного реагента. При сближении посадочных опор БПЛА с посадочной площадкой по сигналу датчика приближения от блока управления подается электроэнергия на электромагнит, который за счет возникшей магнитной связи между электромагнитом и магнитными реагентами посадочных опор притягивает последние и осуществляет фиксацию БПЛА на палубе подвижного объекта, способную выдерживать воздействие внешних возмущений в виде крена, дифферента или ветрового воздействия. Электромагнит получает энергию от системы энергообеспечения безэкипажного судна с автономным источником энергии в виде аккумуляторной батареи. Кроме этого, устройство содержит пульт ручного управления, от которого по сигналу оператора могут подключаться, а также отключаться удерживающие электромагниты, что дает возможность осуществить взлет БПЛА. The known device contains a landing pad, in which an electromagnet is installed, a proximity sensor and a control unit, with the help of which the position of the UAV relative to the landing site is controlled, as well as the inclusion of the electromagnet at a given point in time, while the landing supports of the UAV contain elements of ferromagnetic material, i.e. e. possess the property of a magnetic reagent. When the landing legs of the UAV approach the landing site, according to the proximity sensor signal from the control unit, electric power is supplied to the electromagnet, which, due to the magnetic coupling that has arisen between the electromagnet and the magnetic reagents of the landing legs, attracts the latter and fixes the UAV on the deck of a moving object, capable of withstanding the effects of external disturbances in in the form of a roll, trim or wind action. The electromagnet receives energy from the power supply system of an unmanned vessel with an autonomous energy source in the form of a battery. In addition, the device contains a manual control panel, from which, at the operator's signal, holding electromagnets can be connected and also disconnected, which makes it possible to take off the UAV.

Автоматическое приземление БПЛА обычно сопровождается определенными ошибками относительно заданной точки посадки, что приводит к необходимости иметь увеличенные размеры посадочной площадки и, соответственно, увеличенные размеры электромагнита, соизмеримые с размерами посадочной площадки устройства. В этих условиях для создания магнитного поля с параметрами, обеспечивающими требуемое силовое взаимодействие с магнитным реагентом посадочных опор БПЛА, необходимо к электромагниту подводить соответствующую повышенную энергию и, вместе с тем, технически оправданный допустимый уровень подводимой энергии вынуждает ограничивать размеры посадочной площадки.The automatic landing of the UAV is usually accompanied by certain errors in relation to the given landing point, which leads to the need to have increased landing area dimensions and, accordingly, increased electromagnet dimensions commensurate with the dimensions of the device landing area. Under these conditions, in order to create a magnetic field with parameters that provide the required force interaction with the magnetic reagent of the UAV landing legs, it is necessary to supply an appropriate increased energy to the electromagnet and, at the same time, a technically justified allowable level of the supplied energy makes it necessary to limit the dimensions of the landing site.

Кроме этого, в известном устройстве посадочная площадка дополнительно содержит блок беспроводной зарядки с первичной катушкой, который размещается во внутреннем пространстве посадочной площадки или на ее внешней поверхности. In addition, in the known device, the landing pad additionally contains a wireless charging unit with a primary coil, which is located in the internal space of the landing site or on its outer surface.

Вместе с тем, вторичная катушка известного устройства расположена на БПЛА. В этом случае при посадке БПЛА и фиксации посадочных опор на посадочной площадке между первичной и вторичной катушками остается достаточно большое расстояние, определяемое, как минимум, высотой стоек посадочных опор. Это значительно снижает магнитную связь между катушками и для бесконтактной передачи электроэнергии приводит к необходимости увеличивать электрическую мощность, подводимую к первичной катушке, что при ограниченных запасах электроэнергии на безэкипажном судне является существенным недостатком. Кроме этого, известное устройство имеет еще следующие недостатки:However, the secondary coil of the known device is located on the UAV. In this case, when landing the UAV and fixing the landing legs on the landing site, a sufficiently large distance remains between the primary and secondary coils, which is determined, at least, by the height of the legs of the landing legs. This significantly reduces the magnetic coupling between the coils and for non-contact transmission of electricity leads to the need to increase the electrical power supplied to the primary coil, which is a significant drawback with limited electricity reserves on an unmanned vessel. In addition, the known device has the following disadvantages:

- ограниченные размеры посадочной площадки на судне требует высокой точности маневрирования БПЛА, которую затруднительно обеспечить при наличии качки, статического крена, дифферента или ветрового возмущения;- the limited size of the landing area on the vessel requires high accuracy of UAV maneuvering, which is difficult to ensure in the presence of pitching, static roll, trim or wind disturbance;

- большой расход электроэнергии автономного источника питания безэкипажного судна на питание удерживающего электромагнита посадочной площадки.- high power consumption of an autonomous power source of an unmanned vessel to power the holding electromagnet of the landing site.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создать устройство для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата на посадочной площадке безэкипажного судна с функцией бесконтактной передачи электроэнергии для заряда аккумуляторных батарей БПЛА, обеспечивающее экономичный процесс заряда аккумуляторных батарей, а также энергетически эффективную и надежную фиксацию БПЛА как в момент его посадки, так и в последующий до взлета интервал времени, длительность которого определяемый оператором, при наличии ветра, всех видов качки судна на волнении, а также при наличии больших статических кренов и дифферентов.The proposed invention is based on the task of creating a device for automatically fixing an unmanned aerial vehicle on the landing site of an unmanned vessel with the function of contactless power transmission for charging UAV batteries, providing an economical process for charging batteries, as well as energy-efficient and reliable fixing of the UAV as at the time of its landing , and in the subsequent time interval before take-off, the duration of which is determined by the operator, in the presence of wind, all types of ship rolling in waves, as well as in the presence of large static rolls and trims.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа на посадочной площадке безэкипажного судна c бесконтактной передачей электроэнергии для заряда аккумуляторных батарей, содержащем посадочную площадку, в которую установлено удерживающее средство в виде электромагнита, блок бесконтактной зарядки, датчик приближения БПЛА к посадочной площадке и блок управления, имеющий выход, предназначенный для управления электромагнитом. Выход датчика приближения связан с первым входом блока управления. Кроме этого, устройство содержит пульт ручного управления, выход которого связан со вторым входом блока управления. Удерживающее средство выполнено в виде N электромагнитов, имеющих малые габариты относительно размеров посадочной площадки, и образующие при включении равномерное поле локальных концентраций магнитного потока. В устройство введены также N ключей, N измерительных преобразователей тока и N идентификаторов координат электромагнитов, при этом в блоке управления предусмотрены N выходов и N входов, каждый из N выходов блока управления через шину управления (ШУ) связан с соответствующим управляющим входом электромагнита, а каждый из N входов – через шину обратных связей (ШОС) с выходом соответствующего измерительного преобразователя тока электромагнита и выходом идентификатора координат электромагнита. Питание на каждый из электромагнитов поступает от шины питания (ШП) через последовательно соединенные соответствующие ключ, измерительный преобразователь тока электромагнита и идентификатор координат электромагнита. При этом в посадочных опорах БПЛА размещены вторичные катушки, связанные через зарядное устройство с его аккумуляторной батареей, которые при посадке БПЛА находятся в зоне локальных концентраций магнитного потока, создаваемых электромагнитами с разомкнутыми магнитопроводами, являющимися, в этом случае, первичными катушками для бесконтактной передачи электроэнергии. Посадочная опора содержит ферромагнитный экран, конфигурация которого позволяет совмещать функции как магнитопровода для магнитного потока между магнитосвязанными первичными и вторичной катушками при бесконтактной передаче электроэнергии, так и магнитного реагента для осуществления фиксации беспилотного летательного аппарата на посадочной опоре, при этом количество первичных катушек, магнитосвязанных с вторичной катушкой, равно двум или более.The task is achieved by the fact that in the device for automatically fixing a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing site of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity for charging batteries, containing a landing pad in which a holding means in the form of an electromagnet is installed, a contactless charging unit, a UAV proximity sensor to the landing site and a control unit having an output designed to control the electromagnet. The output of the proximity sensor is connected to the first input of the control unit. In addition, the device contains a manual control panel, the output of which is connected to the second input of the control unit. The retaining means is made in the form of N electromagnets, having small dimensions relative to the dimensions of the landing site, and forming a uniform field of local concentrations of the magnetic flux when turned on. N keys, N measuring current transducers and N identifiers of electromagnet coordinates are also introduced into the device, while the control unit has N outputs and N inputs, each of the N outputs of the control unit is connected via the control bus (CS) to the corresponding control input of the electromagnet, and each from N inputs - through the feedback bus (SCO) with the output of the corresponding measuring transducer of the current of the electromagnet and the output of the identifier of the electromagnet coordinates. Power is supplied to each of the electromagnets from the power bus (SB) through the corresponding key, the electromagnet current measuring transducer and the electromagnet coordinate identifier connected in series. At the same time, secondary coils are placed in the landing supports of the UAV, connected through the charger to its storage battery, which, when the UAV is landing, are in the zone of local concentrations of the magnetic flux created by electromagnets with open magnetic circuits, which, in this case, are primary coils for non-contact transmission of electricity. The landing support contains a ferromagnetic screen, the configuration of which allows combining the functions of both a magnetic circuit for a magnetic flux between magnetically coupled primary and secondary coils during contactless power transmission, and a magnetic reagent for fixing an unmanned aerial vehicle on the landing support, while the number of primary coils magnetically coupled to the secondary coil, equal to two or more.

В заявленном устройстве для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа на посадочной площадке безэкипажного судна с бесконтактной передачей электроэнергии для заряда аккумуляторных батарей общими существенными для него и для его прототипа признаками являются:In the claimed device for automatically fixing an unmanned aerial vehicle of a helicopter type on the landing site of an unmanned vessel with a contactless transmission of electricity for charging batteries, the common essential features for it and for its prototype are:

- посадочная площадка;- landing site;

- удерживающее средство в виде электромагнита, датчик приближения и блок управления;holding means in the form of an electromagnet, a proximity sensor and a control unit;

- пульт ручного управления;- manual control panel;

- блок бесконтактной зарядки;- contactless charging unit;

- выход датчика приближения связан с первым входом блока управления;- the output of the proximity sensor is connected to the first input of the control unit;

- выход ручного пульта управления связан со вторым входом блока управления,- the output of the hand control panel is connected to the second input of the control unit,

- выход блока управления предназначен для управления электромагнитом.- the output of the control unit is designed to control the electromagnet.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed device and the prototype shows that the first, in contrast to the prototype, has the following distinctive features:

- удерживающее средство выполнено в виде N электромагнитов, имеющих малые габариты относительно размеров посадочной площадки и образующие при включении равномерное поле локальных концентраций магнитного потока;- the holding means is made in the form of N electromagnets, having small dimensions relative to the dimensions of the landing site and forming, when turned on, a uniform field of local concentrations of the magnetic flux;

- введены N ключей, N измерительных преобразователей тока и N идентификаторов координат электромагнитов;- N keys, N measuring current transducers and N identifiers of electromagnet coordinates are introduced;

- в блоке управления выполнены N выходов и N входов, каждый из N выходов блока управления через ШУ связан с соответствующим управляющим входом электромагнита, а каждый из N входов – через ШОС с выходом соответствующего измерительного преобразователя тока электромагнита и выходом идентификатора координат электромагнита;- the control unit has N outputs and N inputs, each of the N outputs of the control unit is connected through the control unit to the corresponding control input of the electromagnet, and each of the N inputs is connected through the SCO to the output of the corresponding electromagnet current measuring transducer and the output of the electromagnet coordinate identifier;

- питание на каждый из электромагнитов поступает от ШП через последовательно соединенные соответствующие ключ, измерительный преобразователь тока электромагнита и идентификатор координат электромагнита;- power is supplied to each of the electromagnets from the SHP through the corresponding key, electromagnet current measuring transducer and electromagnet coordinate identifier connected in series;

- блок бесконтактной зарядки образован магнитосвязанными вторичными и первичными катушками, причем вторичные катушки размещены в посадочных опорах, а первичными катушками являются обмотки электромагнитов в зоне перекрытия их вторичными катушками при посадке БПЛА на посадочную площадку;- the non-contact charging unit is formed by magnetically coupled secondary and primary coils, the secondary coils being placed in the landing supports, and the primary coils are the windings of the electromagnets in the zone of their overlap by the secondary coils when the UAV is landing on the landing site;

- в посадочной опоре установлен ферромагнитный экран, конфигурация которого совмещает функции как магнитопровода для магнитного потока между магнитосвязанными первичными и вторичной катушками при бесконтактной передаче электроэнергии, так и магнитного реагента для осуществления фиксации беспилотного летательного аппарата на посадочной площадке.- a ferromagnetic screen is installed in the landing support, the configuration of which combines the functions of both a magnetic circuit for a magnetic flux between magnetically coupled primary and secondary coils during contactless transmission of electricity, and a magnetic reagent for fixing an unmanned aerial vehicle on the landing site.

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата.Distinctive features of the proposed solution perform the following functional tasks to achieve the desired technical result.

Признаки «… удерживающее средство выполнено в виде N электромагнитов, имеющих малые габариты относительно размеров посадочной площадки и образующие при включении равномерное поле локальных концентраций магнитного потока, … введены N ключей, N измерительных преобразователей тока и N идентификаторов координат электромагнитов» – позволяют использовать для удержания и фиксации БПЛА на посадочной площадке из общего количества N электромагнитов некоторое ограниченное число электромагнитов, взаимодействующих с магнитными реагентами посадочных опор, с соответствующим уменьшенным потреблением суммарной электроэнергии от источника безэкипажного судна при увеличении размеров посадочной площадки до требуемых значений, при которых будет обеспечиваться надежная посадка БПЛА на безэкипажное судно в автоматическом режиме при наличии ветра, всех видов качки судна на волнении, а также при наличии больших статических кренов и дифферентов.Features "... the holding means is made in the form of N electromagnets, having small dimensions relative to the dimensions of the landing site and forming, when turned on, a uniform field of local concentrations of the magnetic flux, ... N keys, N measuring current transducers and N identifiers of the coordinates of electromagnets are introduced" - allow using for holding and fixing the UAV on the landing site out of the total number N of electromagnets, a certain limited number of electromagnets interacting with the magnetic reagents of the landing legs, with a corresponding reduced consumption of total electricity from the source of an unmanned vessel with an increase in the size of the landing site to the required values, which will ensure a reliable landing of the UAV on an unmanned vessel the ship in automatic mode in the presence of wind, all types of motion of the ship in waves, as well as in the presence of large static heels and trims.

Признаки «…- питание на каждый из электромагнитов поступает от ШП через последовательно соединенные соответствующие ключ, измерительный преобразователь тока электромагнита и идентификатор координат электромагнита, ... блок бесконтактной зарядки образован магнитосвязанными вторичными и первичными катушками, причем вторичные катушки размещены в посадочных опорах, а первичными катушками являются обмотки электромагнитов в зоне перекрытия их вторичными катушками при посадке БПЛА на посадочную площадку, ... в посадочной опоре установлен ферромагнитный экран, конфигурация которого совмещает функции как магнитопровода для магнитного потока между магнитосвязанными первичными и вторичной катушками при бесконтактной передаче электроэнергии, так и магнитного реагента для осуществления фиксации беспилотного летательного аппарата на посадочной площадке» – позволяют увеличить эффективность бесконтактной передачи электроэнергии, а также идентифицировать конкретные электромагниты, магнитопроводы которых перекрыты магнитными реагентами посадочных опор, и проекцией вторичной катушки, что позволяет отключать электромагниты, не участвующие в удержании и фиксации БПЛА, а также в передаче электроэнергии и, тем самым, снизить общее потребление электроэнергии от автономного источника безэкипажного судна и повысить общую энергетическую эффективность устройства.Features “... - power is supplied to each of the electromagnets from the SHP through the corresponding key, the electromagnet current measuring transducer and the electromagnet coordinate identifier, connected in series, ... the contactless charging unit is formed by magnetically coupled secondary and primary coils, with the secondary coils placed in the landing supports, and the primary the coils are the windings of electromagnets in the zone of overlapping with their secondary coils when the UAV is landing on the landing site, ... a ferromagnetic screen is installed in the landing support, the configuration of which combines the functions of both a magnetic circuit for magnetic flux between magnetically coupled primary and secondary coils in contactless transmission of electricity, and magnetic reagent for fixing an unmanned aerial vehicle on the landing site" - allow you to increase the efficiency of contactless transmission of electricity, as well as identify specific electromagnets, the magnetic circuits of which x are covered with magnetic reagents of the landing supports, and the projection of the secondary coil, which allows you to turn off the electromagnets that are not involved in holding and fixing the UAV, as well as in the transmission of electricity and, thereby, reduce the total electricity consumption from an autonomous source of an unmanned vessel and increase the overall energy efficiency of the device .

Таким образом, отличительные существенные признаки заявленного устройства для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа на посадочной площадке безэкипажного судна с бесконтактной передачей электроэнергии для заряда аккумуляторных батарей, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивают достижение технического результата, т.е. находятся с техническим результатом в причинно-следственной связи и решают поставленную задачу.Thus, the distinctive essential features of the claimed device for automatically fixing an unmanned aerial vehicle of a helicopter type on the landing site of an unmanned vessel with a contactless transmission of electricity for charging batteries, together with the features common to it and the prototype, ensure the achievement of a technical result, i.e. are in a causal relationship with the technical result and solve the problem.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 показаны элементы конструкции посадочной опоры, где а) – расположение БПЛА на посадочной площадке, б) – взаимное расположение электромагнита с первичной катушкой и вторичной катушки с посадочной опорой, в) конфигурация вторичной катушки, г) конфигурация ферромагнитного экрана в составе посадочной опоры, на фиг. 3 приведены результаты исследования в программном пакете ANSIS Maxwell процесса электромагнитного взаимодействия между первичными и вторичной катушками при бесконтактной передаче электроэнергии: а) схема модели, б) зависимости напряжения на выходе вторичной катушки от тока нагрузки при различных вариантах совмещений первичной и вторичной катушек. При этом на фиг. 1 дополнительно обозначено: ШП – шина питания, ШОС – шина обратных связей, ШУ – шина управления. На фиг.2 г) обозначены: МР – зона ферромагнитного реагента, К – зона размещения вторичной катушки.The essence of the invention is illustrated by drawings, where: in Fig. 1 shows a functional diagram of the device; in fig. Fig. 2 shows the structural elements of the landing leg, where a) is the location of the UAV on the landing site, b) is the relative position of the electromagnet with the primary coil and the secondary coil with the landing leg, c) the configuration of the secondary coil, d) the configuration of the ferromagnetic screen as part of the landing leg, on fig. Figure 3 shows the results of a study in the ANSIS Maxwell software package of the process of electromagnetic interaction between primary and secondary coils during contactless power transmission: a) model diagram, b) dependence of the voltage at the output of the secondary coil on the load current for various combinations of primary and secondary coils. Meanwhile, in FIG. 1 is additionally marked: SHP - power bus, SCO - feedback bus, SHU - control bus. In Fig.2 d) marked: MP - area of the ferromagnetic reagent, K - area of the secondary coil.

Устройство для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа на посадочной площадке безэкипажного судна с бесконтактной передачей электроэнергии для заряда аккумуляторной батареи (фиг. 1), содержит посадочную площадку 1, N электромагнитов 2, датчик 3 приближения БПЛА к посадочной площадке 1, блок 4 управления, пульт 5 ручного управления, N ключей 6, N измерительных преобразователей 7 тока электромагнита, N идентификаторов 8 координат электромагнита, вторичную катушку 9 и зарядное устройство 10 с аккумуляторной батареей 11, а также (фиг.2) посадочную опору - 12, БПЛА -13 и немагнитное защитное покрытие - 14. Выход датчика 3 приближения БПЛА к посадочной площадке 1 связан с первым входом блока 4 управления, а пульт 5 ручного управления соединен со вторым входом блока 4 управления. Питание на каждый из электромагнитов поступает от ШП через последовательно соединенные ключ 6, измерительный преобразователь 7 тока электромагнита и идентификатор 8 координат электромагнита. Управляющие входы каждого из N ключей 6 через ШУ соединены с N выходами блока 4 управления, а каждый из N дополнительных входов блока 4 управления через ШОС связан с выходом соответствующего измерительного преобразователя 7 тока электромагнита и выходом идентификатора 8 координат электромагнита. Вторичная катушка 9 соединена через зарядное устройство 10 с аккумуляторной батареей 11.A device for automatically fixing a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing site of a crewless vessel with a contactless transmission of electricity to charge the battery (Fig. 1), contains a landing site 1, N electromagnets 2, a UAV proximity sensor 3 to the landing site 1, a control unit 4, manual control panel 5, N keys 6, N electromagnet current transducers 7, N identifiers 8 electromagnet coordinates, secondary coil 9 and charger 10 with battery 11, as well as (figure 2) landing support - 12, UAV -13 and non-magnetic protective coating - 14. The output of the sensor 3 approaching the UAV to the landing site 1 is connected to the first input of the control unit 4, and the manual control panel 5 is connected to the second input of the control unit 4. Power is supplied to each of the electromagnets from the SHP through a serially connected key 6, a measuring transducer 7 of the current of the electromagnet and an identifier 8 of the coordinates of the electromagnet. The control inputs of each of the N keys 6 are connected to the N outputs of the control unit 4 through the SHU, and each of the N additional inputs of the control unit 4 through the SCO is connected to the output of the corresponding measuring transducer 7 of the electromagnet current and the output of the identifier 8 of the coordinates of the electromagnet. The secondary coil 9 is connected through the charger 10 to the storage battery 11.

Устройство для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа на посадочной площадке безэкипажного судна с бесконтактной передачей электроэнергии для заряда аккумуляторной батареи работает следующим образом.A device for automatically fixing an unmanned aerial vehicle of a helicopter type on the landing site of an unmanned vessel with a contactless transmission of electricity to charge the battery operates as follows.

От пульта 5 ручного управления активируется режим посадки БПЛА 13, после чего по сигналу от датчика 3 приближения выполняется контроль взаимного положения БПЛА и посадочной площадки 1. При сближении БПЛА с посадочной площадкой 1 на заданное расстояние по сигналу от блока 4 управления включаются все N электромагнитов 2. На посадочной площадке 1 образуется поле локальных концентраций магнитного потока. При попадании магнитных реагентов посадочных опор 12 в зону концентраций магнитного потока за счет магнитного взаимодействия осуществляется притяжение посадочных опор к посадочной площадке 1. При этом число электромагнитов 2, с которыми происходит непосредственное контактирование посадочных опор 12, будет определяться суммарной площадью зоны ферромагнитных реагентов посадочных опор и площадью проекции вторичной катушки 9 на поле электромагнитов 2 при заданном шаге их установки на посадочной площадке 1.The landing mode of the UAV 13 is activated from the manual control panel 5, after which, according to the signal from the proximity sensor 3, the mutual position of the UAV and the landing site 1 is monitored. A field of local concentrations of the magnetic flux is formed on the landing site 1. When the magnetic reagents of the landing legs 12 enter the zone of magnetic flux concentrations, the landing legs are attracted to the landing site 1 due to magnetic interaction. projection area of the secondary coil 9 on the field of electromagnets 2 at a given step of their installation on the landing site 1.

Каждый отдельный электромагнит 2, входящий в состав посадочной площадки 1 и находящийся внутри периметра посадочной опоры 12, в зависимости от взаимного расположения с опорой 12, выполняет или функцию фиксации БПЛА за счет притяжения ферромагнитных реагентов посадочной опоры 12, или является первичной катушкой в электромагните 2 в системе бесконтактной передачи электроэнергии. Each individual electromagnet 2, which is part of the landing pad 1 and located inside the perimeter of the landing support 12, depending on the relative position with the support 12, either performs the function of fixing the UAV due to the attraction of the ferromagnetic reagents of the landing support 12, or is the primary coil in the electromagnet 2 in contactless power transmission system.

Электромагниты 2 имеют магнитопровод, разомкнутый с верхней стороны (фиг. 2, а, б), т.е. при посадке БПЛА и приближении ферромагнитного реагента к электромагниту происходит замыкание его магнитопровода, что вызывает уменьшение магнитного сопротивления и соответствующее увеличение индуктивного сопротивления катушки электромагнита 2. При этом существенно снижается ток в его катушке, что регистрируется в измерительном преобразователе 7 тока и является индикатором конкретных электромагнитов, контактирующих с зонами ферромагнитных реагентов посадочных опор. Позиции этих электромагнитов в пределах посадочной площадки 1 определяются идентификатором 8 координат электромагнитов 2. Позиции электромагнитов, участвующих в создании магнитной связи с вторичной катушкой, определяются по геометрическому месту зоны (К), расположенной между зонами (МР) ферромагнитных реагентов посадочной опоры 1 (фиг. 2, г) и также регистрируются идентификатором 8.Electromagnets 2 have a magnetic circuit open on the upper side (Fig. 2, a, b), i.e. when the UAV lands and the ferromagnetic reagent approaches the electromagnet, its magnetic circuit closes, which causes a decrease in the magnetic resistance and a corresponding increase in the inductive resistance of the coil of the electromagnet 2. This significantly reduces the current in its coil, which is recorded in the current measuring transducer 7 and is an indicator of specific electromagnets, contacting with zones of ferromagnetic reagents landing supports. The positions of these electromagnets within the landing pad 1 are determined by the identifier 8 of the coordinates of the electromagnets 2. The positions of the electromagnets involved in creating a magnetic connection with the secondary coil are determined by the locus of the zone (K) located between the zones (MR) of the ferromagnetic reagents of the landing support 1 (Fig. 2d) and are also registered with identifier 8.

Таким образом, при посадке БПЛА выполняется идентификация координат электромагнитов, перекрываемых контуром посадочной площадки, что позволяет указанные выделенные электромагниты оставить включенными, а электромагниты, находящиеся за периметром посадочной опоры – отключить. Thus, when landing the UAV, the identification of the coordinates of the electromagnets overlapped by the contour of the landing site is performed, which allows these selected electromagnets to be left on, and the electromagnets located outside the perimeter of the landing support to be turned off.

В итоге при посадке БПЛА 13 на посадочную площадку 1 под посадочной опорой 12 находятся определенное число включенных электромагнитов, одна часть которых обеспечивает фиксацию БПЛА 13 за счет притяжения к ним посадочных опор 12 через ферромагнитные реагенты (МР), а другая – выполняет функцию первичной катушки, магнитосвязанной с вторичной катушкой и осуществляет бесконтактную передачу электроэнергии на БПЛА для заряда его аккумуляторных батарей.As a result, when landing the UAV 13 on the landing site 1, under the landing support 12 there are a certain number of switched on electromagnets, one part of which ensures the fixation of the UAV 13 due to the attraction of the landing supports 12 to them through ferromagnetic reagents (MR), and the other part performs the function of the primary coil, magnetically connected to the secondary coil and carries out contactless transmission of electricity to the UAV to charge its batteries.

За счет отключения не используемых электромагнитов существенно снижается потребляемая электроэнергия от автономного источника безэкипажного судна и повышается энергетическая эффективность устройства. Использование N электромагнитов с распределенными по посадочной площадке зонами локальных концентраций магнитного потока, ограниченное количество которых обладает способностью надежно удерживать и фиксировать БПЛА на посадочной площадке, позволяет также выполнить площадку с увеличенными размерами, достаточными для посадки БПЛА без предъявления повышенных требований к точности его маневрирования. By disabling unused electromagnets, the consumed electricity from an autonomous source of an unmanned vessel is significantly reduced and the energy efficiency of the device is increased. The use of N electromagnets with zones of local magnetic flux concentrations distributed over the landing site, a limited number of which has the ability to reliably hold and fix the UAV on the landing site, also makes it possible to make the platform with increased dimensions sufficient for landing the UAV without imposing increased requirements on the accuracy of its maneuvering.

При необходимости осуществить взлет БПЛА 13 оператором через пульт 5 ручного управления подается соответствующая команда на блок 4 управления, отключающая удерживающие электромагниты.If it is necessary to take off the UAV 13, the operator sends the appropriate command to the control unit 4 via the manual control panel 5, which disables the holding electromagnets.

Результаты моделирования (фиг. 3) процесса бесконтактной передачи электроэнергии как результата электромагнитного взаимодействия между первичными и вторичной катушками позволили определить зависимости напряжения UН * на выходе вторичной катушки от тока нагрузки IН * для различных взаимных положениях вторичной катушки относительно первичных. Зависимости UН *(IН *) определены в относительном виде, где базовой величиной является напряжение на выходе вторичной катушки при холостом ходе и максимальном значении коэффициента магнитной связи между катушками, что имеет место при перекрытии обводами площади вторичной катушки максимально возможного числа первичных катушек при выбранных параметрах. При смещении или повороте вторичной катушки площадь электромагнитного взаимодействия уменьшается, что приводит к снижению коэффициента магнитной связи и некоторому соответствующему уменьшению передаваемой электрической мощности, но с сохранением процесса заряда аккумуляторных батарей. Это наглядно иллюстрируют графики на фиг. 3б, где характеристики 1 и 2 определены для максимального и возможного минимального коэффициентов магнитной связи, откуда следует, что для заряда аккумуляторной батареи до напряжения UАБ во втором случае может потребоваться примерно в два раза больше времени, что следует из сопоставления значений токов I1 и I2. Вместе с тем, система остается в работоспособном состоянии и процесс бесконтактной передачи электроэнергии осуществляется с достаточной эффективностью.The simulation results (Fig. 3) of the contactless power transmission process as a result of electromagnetic interaction between the primary and secondary coils made it possible to determine the dependences of the voltage U H * at the output of the secondary coil on the load current I H * for various mutual positions of the secondary coil relative to the primary ones. Dependences U N * (I N * ) are defined in relative form, where the base value is the voltage at the output of the secondary coil at idle and the maximum value of the magnetic coupling coefficient between the coils, which occurs when the contours of the secondary coil area overlap the maximum possible number of primary coils at selected options. When the secondary coil is displaced or rotated, the electromagnetic interaction area decreases, which leads to a decrease in the magnetic coupling coefficient and some corresponding decrease in the transmitted electric power, but with the preservation of the battery charging process. This is clearly illustrated by the graphs in Fig. 3b, where characteristics 1 and 2 are determined for the maximum and possible minimum magnetic coupling coefficients, from which it follows that in the second case it may take approximately twice as long to charge the battery to voltage U AB , which follows from a comparison of the values of currents I 1 and I 2 . At the same time, the system remains operational and the process of contactless transmission of electricity is carried out with sufficient efficiency.

Claims (1)

Устройство для автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата вертолетного типа на посадочной площадке безэкипажного судна c бесконтактной передачей электроэнергии для заряда аккумуляторных батарей, содержащее посадочную площадку, в которую установлено удерживающее средство в виде электромагнита, блок бесконтактной зарядки, датчик приближения БПЛА к посадочной площадке и блок управления, имеющий выход, предназначенный для управления электромагнитом, причем выход датчика приближения связан с первым входом блока управления, кроме этого устройство содержит пульт ручного управления, выход которого связан со вторым входом блока управления, отличающееся тем, что удерживающее средство выполнено в виде N электромагнитов, имеющих малые габариты относительно размеров посадочной площадки и образующих при включении равномерное поле локальных концентраций магнитного потока, введены также N ключей, N измерительных преобразователей тока и N идентификаторов координат электромагнитов, при этом в блоке управления предусмотрены N выходов и N входов, каждый из N выходов блока управления через шину управления связан с соответствующим управляющим входом электромагнита, а каждый из N входов – через шину обратных связей с выходом соответствующего измерительного преобразователя тока электромагнита и выходом идентификатора координат электромагнита, питание на каждый из электромагнитов поступает от шины питания через последовательно соединенные соответствующие ключ, измерительный преобразователь тока электромагнита и идентификатор координат электромагнита, при этом в посадочных опорах БПЛА размещены вторичные катушки, связанные через зарядное устройство с его аккумуляторной батареей, которые при посадке БПЛА находятся в зоне локальных концентраций магнитного потока, создаваемых электромагнитами с разомкнутыми магнитопроводами, являющимися, в этом случае, первичными катушками для бесконтактной передачи электроэнергии, посадочная опора содержит ферромагнитный экран, конфигурация которого позволяет совмещать функции как магнитопровода для магнитного потока между магнитосвязанными первичными и вторичной катушками при бесконтактной передаче электроэнергии, так и магнитного реагента для осуществления фиксации беспилотного летательного аппарата на посадочной опоре, при этом количество первичных катушек, магнитосвязанных со вторичной катушкой, равно двум или более.A device for automatically fixing an unmanned aerial vehicle of a helicopter type on the landing site of a crewless vessel with contactless transmission of electricity for charging batteries, comprising a landing site in which a holding means in the form of an electromagnet is installed, a contactless charging unit, a UAV proximity sensor to the landing site and a control unit, having an output designed to control an electromagnet, and the proximity sensor output is connected to the first input of the control unit, in addition, the device contains a manual control panel, the output of which is connected to the second input of the control unit, characterized in that the holding means is made in the form of N electromagnets having small dimensions relative to the dimensions of the landing site and forming a uniform field of local concentrations of the magnetic flux when switched on, N keys, N measuring current transducers and N identifiers of the coordinates of electromagnets are also introduced, with In this case, the control unit has N outputs and N inputs, each of the N outputs of the control unit is connected via the control bus to the corresponding control input of the electromagnet, and each of the N inputs is connected via the feedback bus to the output of the corresponding electromagnet current measuring transducer and the output of the electromagnet coordinate identifier, power is supplied to each of the electromagnets from the power bus through the corresponding key, the measuring transducer of the electromagnet current and the identifier of the electromagnet coordinates, connected in series, while the landing supports of the UAV have secondary coils connected through the charger to its battery, which, when the UAV is landing, are in the zone local concentrations of the magnetic flux created by electromagnets with open magnetic circuits, which in this case are primary coils for contactless transmission of electricity, the landing support contains a ferromagnetic shield, the configuration of the The latter makes it possible to combine the functions of both a magnetic circuit for a magnetic flux between magnetically coupled primary and secondary coils during contactless transmission of electricity, and a magnetic reagent for fixing an unmanned aerial vehicle on a landing support, while the number of primary coils magnetically coupled to the secondary coil is two or more.
RU2021108664A 2021-03-31 2021-03-31 Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries RU2765726C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108664A RU2765726C1 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108664A RU2765726C1 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2765726C1 true RU2765726C1 (en) 2022-02-02

Family

ID=80214706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108664A RU2765726C1 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765726C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170036297A (en) * 2015-09-24 2017-04-03 한국과학기술원 Unmanned Aerial Vehicle, Base Station, Unmanned Aerial System and Control Method thereof
KR20170040960A (en) * 2015-10-06 2017-04-14 엘지이노텍 주식회사 wireless charging system for unmaned aircraft and method having the same
CN106985977A (en) * 2017-03-31 2017-07-28 武汉理工大学 A kind of unmanned plane, ship wireless charging device and joint cruise rescue method
RU185019U1 (en) * 2018-07-05 2018-11-19 Публичное акционерное общество "МРСК Центра" Base station with unmanned aerial vehicle battery charging function
RU194136U1 (en) * 2019-08-27 2019-11-28 Общество с ограниченной ответственностью "Мкод" Station for unmanned aerial vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170036297A (en) * 2015-09-24 2017-04-03 한국과학기술원 Unmanned Aerial Vehicle, Base Station, Unmanned Aerial System and Control Method thereof
KR20170040960A (en) * 2015-10-06 2017-04-14 엘지이노텍 주식회사 wireless charging system for unmaned aircraft and method having the same
CN106985977A (en) * 2017-03-31 2017-07-28 武汉理工大学 A kind of unmanned plane, ship wireless charging device and joint cruise rescue method
RU185019U1 (en) * 2018-07-05 2018-11-19 Публичное акционерное общество "МРСК Центра" Base station with unmanned aerial vehicle battery charging function
RU194136U1 (en) * 2019-08-27 2019-11-28 Общество с ограниченной ответственностью "Мкод" Station for unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9630517B2 (en) Unmanned aerial vehicle, charging station, and automatic charging system for unmanned aerial vehicle including the same
Junaid et al. Design and implementation of autonomous wireless charging station for rotary-wing UAVs
Ure et al. An automated battery management system to enable persistent missions with multiple aerial vehicles
EP4293466A1 (en) Modular multifunctional workcells for autonomous guided vehicle applications
EP2963519B1 (en) Mobile unmanned aerial vehicle infrastructure and management system and related method
JP5479338B2 (en) Method and system for in-flight fueling of unmanned flying vehicles
CN106132864B (en) System and method for determining the magnetic field orientating of magnetic part in cordless elevator system
CN106672227B (en) Agricultural plant protection system, trans-regional plant protection operating method based on multi-rotor unmanned aerial vehicle
JP2019121405A (en) Flight control system and flight plan creation method
KR20200013352A (en) The active guided docking station and a combined vehicle for automatically landing the drones at the docking station
WO2013108224A2 (en) Automated ground handling of aircraft
CN106101511A (en) A kind of full-automatic unmanned machine system
KR101858244B1 (en) Wireless power transmission apparatus for drones in the air and wireless power transmission system including the same
US20190004540A1 (en) System for guidance of a robot through a passenger cabin of an aircraft
CN106998095A (en) A kind of unmanned plane management platform
CN106068594A (en) Electric power system program, electric supply installation, lugs program and lugs
KR20170036297A (en) Unmanned Aerial Vehicle, Base Station, Unmanned Aerial System and Control Method thereof
WO2020075249A1 (en) Power supply device
RU2765726C1 (en) Device for automatic fixation of a helicopter-type unmanned aerial vehicle on the landing pad of an unmanned vessel with contactless transmission of electricity to charge batteries
KR101867424B1 (en) Wireless power charging apparatus transmitting power wirelessly for drones airborne
KR102538053B1 (en) Station apparatus for take-off and landing of aircraft
CN107031808A (en) System and method based near space stratospheric airship electromagnetic launch unmanned plane
RU2751735C1 (en) Device for automatic fixation of helicopter-type unmanned aerial vehicle
US20210002002A1 (en) Aerial vehicle securing system and method
CN110518705A (en) It is a kind of can wireless charging mobile device