RU2777576C1 - System for refuelling an unmanned aerial vehicle in flight - Google Patents

System for refuelling an unmanned aerial vehicle in flight Download PDF

Info

Publication number
RU2777576C1
RU2777576C1 RU2021118482A RU2021118482A RU2777576C1 RU 2777576 C1 RU2777576 C1 RU 2777576C1 RU 2021118482 A RU2021118482 A RU 2021118482A RU 2021118482 A RU2021118482 A RU 2021118482A RU 2777576 C1 RU2777576 C1 RU 2777576C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
refueling
uav
cone
unit
unmanned aerial
Prior art date
Application number
RU2021118482A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Донцов
Алексей Валентинович Сафонов
Владислав Петрович Кириллов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2777576C1 publication Critical patent/RU2777576C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: system for refuelling an unmanned aerial vehicle (UAV) in flight comprises the equipment of the UAV refueller and the equipment of the refuelled UAV. The equipment of the UAV refueller comprises a fuelling hose with a cone installed at one end, a refuelling set, a control unit, a cone position sensor, and a docking sensor, installed on the cone of the fuelling hose. The equipment of the refuelled UAV comprises a fuelling rod, a cone position detection unit, a misalignment parameter computing unit, and a fuel level sensor.
EFFECT: increased safety and reliability of docking and undocking for automatic refuelling in flight.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, а более конкретно к оборудованию, обеспечивающему заправку воздушных судов (ВС) топливом в полете, и может быть использовано в системе беспилотных летательных аппаратов-заправщиков и заправляемых беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с целью повышения эффективности применения последних, а именно, увеличения времени пребывания в воздухе, радиуса боевого применения, массы полезной нагрузки при взлете.The invention relates to aviation, and more specifically to equipment that provides in-flight refueling of aircraft (AC) and can be used in a system of unmanned aerial vehicles-refuelers and refueling unmanned aerial vehicles (UAVs) in order to increase the efficiency of the use of the latter, namely , increasing the time spent in the air, the radius of combat use, the mass of the payload during takeoff.

Известна «Система заправки самолета топливом в полете» (см. патент РФ №2104229, С1, МПК B64D 39/00). Система заправки включает заправочный шланг с конусом, установленный на самолете-заправщике, устройство выпуска-уборки шланга, заправочную штангу, установленную на заправляемом самолете, датчики положения конуса и заправочной штанги, средство определения взаимного положения конуса и заправочной штанги, содержащее вычислитель. В системе используются приемники спутниковой навигационной системы (СНС), предназначенные для высокоточного измерения относительных координат и скоростей между самолетом-заправщиком, заправляющимся самолетом и конусом, которые выводятся на экран индикатора, и на основании которых пилот заправляющегося самолета производит управление самолетом до попадания заправочной штанги в конус и производства стыковки. Однако данная система не предназначена для решения задачи заправки БЛА. Недостатком данной системы является зависимость от СНС, что приводит к усложнению бортового оборудования ВС.Known "In-flight aircraft refueling system" (see RF patent No. 2104229, C1, IPC B64D 39/00). The refueling system includes a refueling hose with a cone mounted on the refueling aircraft, a hose releasing device, a refueling bar mounted on the refueling aircraft, cone and refueling bar position sensors, a means for determining the relative position of the cone and refueling bar containing a calculator. The system uses satellite navigation system (SNS) receivers designed for high-precision measurement of the relative coordinates and velocities between the refueling aircraft, the refueling aircraft and the cone, which are displayed on the indicator screen, and on the basis of which the pilot of the refueling aircraft controls the aircraft until the refueling bar hits the cone and docking production. However, this system is not designed to solve the problem of UAV refueling. The disadvantage of this system is the dependence on the SNS, which leads to the complication of the onboard equipment of the aircraft.

Ближайшим аналогом изобретения является «Способ и устройство для заправки в полете беспилотного самолета» (см. патент США №5131438, кл. B64D 39/00), который может быть принят в качестве прототипа.The closest analogue of the invention is the "Method and device for in-flight refueling of an unmanned aircraft" (see US patent No. 5131438, class B64D 39/00), which can be taken as a prototype.

Устройство содержит на беспилотном самолете выдвижной заправочный шланг, снабженный заправочным конусом, устройство управления шлангом, управляемое из самолета-заправщика, снабженного заправочной штангой. Кроме того, устройство снабжено передающим средством, установленным на самолете-заправщике, и приемным средством, установленным на беспилотном самолете, принимающим сигналы от передающего средства и управляющим устройством управления шлангом. При этом приемное и передающее средства выполнены в виде индуктивных катушек самовозбуждения, установленных на конусе и заправочной штанге.The device comprises a retractable refueling hose on the unmanned aircraft, equipped with a refueling cone, a hose control device controlled from a refueling aircraft equipped with a refueling bar. In addition, the device is equipped with a transmitter mounted on a tanker aircraft and a receiving means mounted on an unmanned aircraft, receiving signals from the transmitter and a hose control device. In this case, the receiving and transmitting means are made in the form of inductive self-excitation coils mounted on the cone and the filling rod.

Недостатками такой системы являются большие психофизические нагрузки на пилота самолета-заправщика ввиду отсутствия у него точных координат о взаимном положении конуса и штанги, возможность применения только при малом расстоянии между ними, что снижает надежность и безопасность заправки, а также - невозможность осуществления заправки в сложных метеоусловиях, особенно в темное время суток.The disadvantages of such a system are large psychophysical loads on the tanker pilot due to the lack of accurate coordinates about the relative position of the cone and rod, the possibility of using only with a small distance between them, which reduces the reliability and safety of refueling, as well as the impossibility of refueling in adverse weather conditions. especially at night time.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является выполнение заправки БЛА топливом в полете в автоматическом режиме, а также повышение безопасности и надежности на этапе стыковки.The technical result, to which the present invention is directed, is the automatic refueling of the UAV in flight, as well as an increase in safety and reliability at the docking stage.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая система заправки БЛА топливом в полете обеспечивает организованное взаимодействие воздушных судов, вывод БЛА в зону заправки и эффективное выполнение стыковки конуса БЛА-заправщика с заправочной штангой заправляемого БЛА в любое время года и суток вне зависимости от спутниковой навигационной системы.The technical result is achieved by the fact that the proposed system for refueling UAVs with fuel in flight ensures organized interaction of aircraft, bringing UAVs to the refueling zone and efficient docking of the UAV tanker cone with the fueling bar of the refueling UAV at any time of the year and day, regardless of the satellite navigation system.

Сущность изобретения заключается в том, что в систему заправки БЛА топливом в полете, содержащую оборудование, установленное на БЛА-заправщике в составе заправочного шланга с установленным на одном конце конусом, агрегата заправки, выход которого соединен с другим концом заправочного шланга, и оборудование, установленное на заправляемом БЛА в составе заправочной штанги, дополнительно введены блок управления, выход которого соединен со входом агрегата заправки, и установленные на конусе заправочного шланга датчик положения конуса и датчик стыковки, выход которого соединен со вторым входом блока управления, а в состав оборудования, установленного на заправляемом БЛА, введены последовательно соединенные блок определения положения конуса и блок расчета параметров рассогласования, а также установленный в баке датчик уровня топлива, выход которого соединен со вторым входом блока расчета параметров рассогласования, и при этом блок управления и блок расчета параметров рассогласования соединены линией связи, а также блок определения положения конуса установлен на заправочной штанге на заданном расстоянии от узла стыковки заправочной штанги и связан с датчиком положения конуса оптической линией связи и кроме того, блок расчета параметров рассогласования связан с системой автоматического управления (САУ) и инерциальной навигационной системой (ИНС) заправляемого БЛА, а блок управления связан с ИНС БЛА-заправщика.The essence of the invention lies in the fact that the in-flight UAV refueling system contains equipment installed on the UAV tanker as part of a refueling hose with a cone installed at one end, a refueling unit, the outlet of which is connected to the other end of the refueling hose, and equipment installed on the refueling UAV as part of the refueling bar, a control unit is additionally introduced, the output of which is connected to the input of the refueling unit, and a cone position sensor and a docking sensor installed on the cone of the refueling hose, the output of which is connected to the second input of the control unit, and the equipment installed on the refueling UAV, a unit for determining the position of the cone and a unit for calculating the mismatch parameters are introduced, as well as a fuel level sensor installed in the tank, the output of which is connected to the second input of the unit for calculating the mismatch parameters, and at the same time the control unit and the unit for calculating the mismatch parameters are connected by a communication line, as well as a block for determining the position of the cone is installed on the filling rod at a predetermined distance from the docking unit of the filling rod and is connected to the cone position sensor by an optical communication line, and in addition, the block for calculating the misalignment parameters is connected to the automatic control system (ACS) and the inertial navigation system (INS) of the refueling UAV, and the control unit is connected to the INS of the UAV tanker.

На фиг. 1 изображена блок-схема системы заправки БЛА топливом в полете, которая включает оборудование, установленное на БЛА-заправщике, и оборудование, установленное на заправляемом БЛА; на фиг. 2 - примерная структура кода радиочастотной идентификационной метки (РЧИМ); на фиг. 3 - схема взаимодействия БЛА-заправщика с группой БЛА в зоне заправки; на фиг. 4 - положение конуса в системе координат блока определения положения конуса.In FIG. 1 shows a block diagram of an in-flight UAV refueling system, which includes equipment installed on a tanker UAV and equipment installed on a UAV being refueled; in fig. 2 is an exemplary RFID tag (RFIM) code structure; in fig. 3 - scheme of interaction of the UAV tanker with the group of UAVs in the refueling zone; in fig. 4 - the position of the cone in the coordinate system of the block for determining the position of the cone.

Оборудование БЛА-заправщика 1 включает (см. фиг. 1): заправочный шланг 5, с установленным на одном конце конусом 6, агрегат заправки 4, выход которого соединен с другим концом заправочного шланга, блок управления 3 и установленные на конусе заправочного шланга датчик стыковки 7 и датчик положения конуса (ДПК) 8.The equipment of the UAV-refueler 1 includes (see Fig. 1): a filling hose 5, with a cone 6 installed at one end, a filling unit 4, the outlet of which is connected to the other end of the filling hose, a control unit 3 and a docking sensor installed on the cone of the filling hose 7 and cone position sensor (CDP) 8.

Оборудование заправляемого БЛА 2 включает (см. фиг. 1): заправочную штангу 10, блок определения положения конуса 9, блок расчета параметров рассогласования 11, а также датчик уровня топлива 12.The equipment of the refueling UAV 2 includes (see Fig. 1): a filling rod 10, a block for determining the position of the cone 9, a block for calculating the mismatch parameters 11, and a fuel level sensor 12.

Агрегат заправки 4 может быть выполнен, например, в виде блока автоматического управления процессами выпуска-уборки заправочного шланга с конусом и подачи топлива, и должен включать электрооборудование, обеспечивающее электропитание ДПК и систем, реализующих указанные процессы.Refueling unit 4 can be made, for example, in the form of an automatic control unit for the processes of releasing and retracting a filling hose with a cone and supplying fuel, and must include electrical equipment that provides power to the WPC and systems that implement these processes.

Конус заправочного шланга 6 может быть известной конструкции, кроме того, на нем размещаются датчик стыковки 7 и ДПК 8.The cone of the filling hose 6 can be of a known design, in addition, the docking sensor 7 and the WPC 8 are placed on it.

Датчик стыковки 7, в составе заправочного конуса 6, предназначен для выдачи в блок управления 3 сигнала об осуществлении стыковки (расстыковки) заправочной штанги 10 и конуса 6.The docking sensor 7, as part of the filling cone 6, is designed to issue a signal to the control unit 3 about the docking (undocking) of the filling rod 10 and the cone 6.

ДПК 8, при измерении параметров взаимного положения конуса 6 и заправочной штанги 10, может быть выполнен, например, в виде двух источников оптического излучения (маркеров), которые расположены на ободе конуса 6 диаметрально противоположно друг другу по горизонтали, чтобы исключить возможность затенения одного из маркеров при сближении заправочной штанги 10 с конусом 6, и своим излучением «подсвечивают» его для распознавания блоком определения положения конуса 9.WPC 8, when measuring the parameters of the relative position of the cone 6 and the filling rod 10, can be made, for example, in the form of two sources of optical radiation (markers), which are located on the rim of the cone 6 diametrically opposite to each other horizontally to exclude the possibility of shading one of markers when the filling rod 10 approaches the cone 6, and “illuminate” it with their radiation for recognition by the block for determining the position of the cone 9.

Блок определения положения конуса 9 предназначен для выдачи в блок расчета параметров рассогласования 11 координат конуса 6, дальности до конуса и скорости сближения с ним, и может быть выполнен, например, в виде объектива с цифровой матрицей, установленного на заправочной штанге 10 так, чтобы направление его апертуры совпадало с направлением оси заправочной штанги.The block for determining the position of the cone 9 is designed to output to the block for calculating the mismatch parameters 11 the coordinates of the cone 6, the distance to the cone and the speed of approach to it, and can be made, for example, in the form of a lens with a digital matrix mounted on the filling rod 10 so that the direction its aperture coincided with the direction of the filling rod axis.

Датчик уровня топлива 12, расположенный в баке заправляемого БЛА, предназначен для выдачи в блок расчета параметров рассогласования 11 сигнала о достижении требуемого значения уровня топлива.The fuel level sensor 12, located in the tank of the refueling UAV, is designed to issue a signal to the mismatch parameters calculation unit 11 that the required fuel level value has been reached.

Блок управления 3 в составе оборудования БЛА-заправщика 1 и блок расчета параметров рассогласования 11 в составе оборудования заправляемого БЛА 2 могут быть выполнены, например, как бортовые цифровые вычислительные машины (БЦВМ), связанные с приемопередающими устройствами, формирующие на основании исходных и поступающих данных сигналы управления, подаваемые на исполнительные устройства. При этом, блок управления 3 БЛА-заправщика и блок расчета параметров рассогласования 11 заправляемого БЛА соединены линией связи.The control unit 3 as part of the UAV-refueling equipment 1 and the mismatch parameter calculation unit 11 as part of the equipment of the UAV 2 being refueled can be implemented, for example, as on-board digital computers (OBCM) associated with transceiver devices that generate signals based on the initial and incoming data controls supplied to the actuators. At the same time, the control unit 3 of the UAV tanker and the unit for calculating the mismatch parameters 11 of the UAV being refueled are connected by a communication line.

Таким образом, блок управления 3 выполняет основные функции по осуществлению взаимодействия с заправляемыми БЛА, управлению процессами выпуска-уборки заправочного шланга 5 с конусом 6 и подачи топлива. Блок расчета параметров рассогласования 11, в свою очередь, решает задачу обеспечения взаимодействия с БЛА-заправщиком, формирует параметры рассогласования и выдает их в САУ заправляемого БЛА, обеспечивая тем самым выход заправляемого БЛА в зону заправки, выполнение маневрирования заправляемого БЛА для сближения с заправочным конусом и стыковку с ним.Thus, the control unit 3 performs the main functions of interacting with refueling UAVs, managing the processes of releasing and retracting the filling hose 5 with a cone 6 and supplying fuel. The mismatch parameters calculation unit 11, in turn, solves the problem of ensuring interaction with the UAV tanker, generates the mismatch parameters and outputs them to the ACS of the refueling UAV, thereby ensuring that the refueling UAV enters the refueling zone, maneuvering the refueled UAV to approach the refueling cone and docking with him.

Работа системы заправки БЛА топливом в полете может выполняться по вновь разработанному алгоритму, состоящему из нескольких этапов:The operation of the UAV refueling system in flight can be performed according to a newly developed algorithm consisting of several stages:

1 этап - выход заправляемого БЛА в зону заправки и заход БЛА-заправщику в заднюю полусферу (ЗПС);stage 1 - exit of the refueling UAV into the refueling zone and entry of the refueling UAV into the rear hemisphere (ZPS);

2 этап - сближение с БЛА-заправщиком;stage 2 - rendezvous with the UAV tanker;

3 этап - стыковка заправочной штанги заправляемого БЛА с конусом БЛА-заправщика;stage 3 - docking of the filling rod of the refueling UAV with the cone of the UAV tanker;

4 этап - заправка и расстыковка.Stage 4 - refueling and undocking.

Первый этап - выход заправляемого БЛА в зону заправки и заход БЛА-заправщику в ЗПС. На данном этапе для осуществления заправки назначается специальная зона, границы которой вводятся в память БЦВМ БЛА (например, на этапе предполетной подготовки). В установленной зоне барражирует БЛА-заправщик. Взаимодействие с ним каждого БЛА группы осуществляется, например, на основе использования известной технологии радиочастотных идентификационных меток (РЧИМ).The first stage is the exit of the refueling UAV to the refueling zone and the entry of the UAV-refueler into the ZPS. At this stage, a special zone is assigned for refueling, the boundaries of which are entered into the memory of the onboard computer of the UAV (for example, at the stage of pre-flight preparation). In the established zone, a UAV tanker patrols. Interaction with him each UAV group is carried out, for example, based on the use of well-known technology of radio frequency identification marks (RFIM).

РЧИМ в предлагаемой системе представляет собой передаваемый по радиочастотным каналам некоторый код, содержащий, например, следующую информацию: пароль системы опознавания «свой-чужой», бортовой номер БЛА, остаток топлива (кг), остаток боезапаса авиационных средств поражения (АСП) (кг), координаты БЛА, определяющие его текущее местоположение. Текущее местоположение БЛА может определяться различными способами, например с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС). Примерная структура кода РЧИМ представлена на фиг. 2.RFFM in the proposed system is a code transmitted over radio frequency channels, containing, for example, the following information: the password of the “friend or foe” identification system, the UAV tail number, the remaining fuel (kg), the remaining ammunition of aviation weapons (ASP) (kg) , UAV coordinates that determine its current location. The current location of the UAV can be determined in various ways, for example, using an inertial navigation system (INS). An exemplary RFFM code structure is shown in FIG. 2.

БЛА при входе в зону заправки посредством всенаправленной антенны периодически излучает в пространство радиоимпульсы, содержащие запрос на получение информации от находящегося в зоне заправки БЛА-заправщика о его координатах. При получении запроса БЛА-заправщик посредством всенаправленной антенны излучает в пространство радиоимпульсы, содержащие информацию о его координатах и запрос на получение данных от находящихся в зоне заправки БЛА. При их получении БЛА посредством РЧИМ передают записанную на них информацию, которая поступает для обработки в блок управления, находящийся на борту БЛА-заправщика (фиг. 3).The UAV, when entering the refueling zone, by means of an omnidirectional antenna, periodically emits radio pulses into space containing a request to receive information from the refueling UAV located in the refueling zone about its coordinates. Upon receipt of a request, the UAV-refueler, by means of an omnidirectional antenna, radiates radio pulses into space containing information about its coordinates and a request to receive data from the UAVs located in the refueling zone. When they are received, the UAVs transmit the information recorded on them by means of RFFM, which is sent for processing to the control unit on board the UAV tanker (Fig. 3).

В процессе обработки информации определяется очередность обслуживания БЛА и разрешение конфликтных ситуаций, если таковые возникают. Конфликт может возникнуть при одновременном поступлении запроса на обслуживание от нескольких БЛА. Для разрешения конфликта используется принцип приоритетности по следующим параметрам: остатку топлива (ОТ), остатку боезапаса АСП (ОАСП), удалению БЛА от БЛА-заправщика. Приоритетом обладает БЛА с наименьшим из сравниваемых ОТ. При равенстве этого параметра приоритетом пользуется БЛА с наибольшим ОАСП. При равенстве и этого параметра приоритетом обладает БЛА с наименьшим удалением от БЛА-заправщика. В результате формируется список очередности заправки БЛА, согласно которому БЛА-заправщик по радиочастотному каналу посылает команды на подход, сближение и стыковку для заправки БЛА с определенным номером.In the process of information processing, the order of UAV service and the resolution of conflict situations, if any, are determined. A conflict can arise when a service request is received from several UAVs at the same time. To resolve the conflict, the principle of priority is used according to the following parameters: the remaining fuel (OT), the remaining ammunition of the ASP (OASP), the removal of the UAV from the UAV tanker. Priority is given to the UAV with the lowest of the compared OT. If this parameter is equal, the UAV with the highest UASF takes priority. If this parameter is equal, the priority is given to the UAV with the smallest distance from the tanker UAV. As a result, a UAV refueling sequence list is formed, according to which the UAV tanker sends commands via a radio frequency channel to approach, rendezvous and dock for refueling a UAV with a certain number.

БЛА, получивший команду от БЛА-заправщика на подход для выполнения заправки, используя координаты БЛА-заправщика, изменяет параметры своего движения таким образом, чтобы по кратчайшему пути выполнить подход к БЛА-заправщику и оказаться в его ЗПС.The UAV, which received a command from the UAV tanker to approach to perform refueling, using the coordinates of the UAV tanker, changes its movement parameters in such a way as to approach the UAV tanker along the shortest path and end up in its APS.

Второй этап - сближение с БЛА-заправщиком. Данный этап начинается с момента захода БЛА-заправщику в ЗПС. Предварительно блок управления БЛА-заправщика формирует управляющий сигнал на выпуск заправочного шланга с конусом и подачу электропитания на ДПК.The second stage is the rendezvous with the UAV tanker. This stage begins from the moment the tanker UAV enters the ZPS. Previously, the UAV tanker control unit generates a control signal to release the filling hose with a cone and supply power to the WPC.

При обнаружении конуса в блоке определения положения конуса формируются оценочные значения координат конуса, дальности и скорости сближения с ним, которые поступают в блок расчета параметров рассогласования. Оценка координат конуса может быть реализована, например, на основании вновь полученных уравнений квазиоптимальной фильтрацииWhen a cone is detected in the block for determining the position of the cone, the estimated values of the coordinates of the cone, the range and speed of approach to it are formed, which are fed into the block for calculating the mismatch parameters. The estimate of the cone coordinates can be realized, for example, on the basis of the newly obtained quasi-optimal filtration equations

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- текущие оценки координат центра конуса, радиуса и случайной начальной фазы изменения углового положения маркера относительно центра изображения;
Figure 00000004
- эквивалентные постоянные времени; R - радиус маркера, N - спектральная плотность шума; П1, П2, П3, П4 - показатели степени, имеющие видwhere
Figure 00000003
- current estimates of the coordinates of the center of the cone, the radius and the random initial phase of the change in the angular position of the marker relative to the center of the image;
Figure 00000004
- equivalent time constants; R - marker radius, N - noise spectral density; P 1 , P 2 , P 3 , P 4 - exponents having the form

Figure 00000005
Figure 00000005

На основании определенных параметров положения ДПК

Figure 00000006
относительно координат центра матрицы объектива (X0; Y0) блок расчета параметров рассогласования выдает в САУ следующие параметры (фиг. 4)Based on certain parameters of the position of the duodenum
Figure 00000006
relative to the coordinates of the center of the lens matrix (X 0 ; Y 0 ), the block for calculating the misalignment parameters outputs the following parameters to the ACS (Fig. 4)

Figure 00000007
Figure 00000007

Параметры рассогласования ΔГ и ΔВ определяют угловые отклонения линии визирования конуса относительно продольной оси заправочной штанги в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а параметр δ - величину отклонения центра апертуры объектива от центра конуса. САУ, используя указанные параметры, формирует управляющие воздействия на рулевые механизмы для отклонения соответствующих рулей (направления, высоты, элеронов, флаперонов) таким образом, чтобы свести к нулю значения параметров рассогласования. При этом маневрирование должно выполняться без отклонения БЛА по углам рысканья и тангажа.Mismatch parameters Δ Г and Δ В determine the angular deviations of the line of sight of the cone relative to the longitudinal axis of the filling rod in the horizontal and vertical planes, and the parameter δ is the deviation of the center of the lens aperture from the center of the cone. The ACS, using the specified parameters, generates control actions on the steering mechanisms to deflect the corresponding rudders (direction, height, ailerons, flaperons) in such a way as to reduce the values of the mismatch parameters to zero. In this case, maneuvering should be carried out without deflecting the UAV in yaw and pitch angles.

Дальность до конуса с известными размерами однозначно определяется по размеру его изображения на матрице объектива, а по изменению дальности вычисляется скорость сближения как производная от дальности.The distance to a cone with known dimensions is uniquely determined by the size of its image on the lens matrix, and the change in range is used to calculate the approach velocity as a derivative of the distance.

Третий этап - стыковка заправочной штанги заправляемого БЛА с конусом агрегата заправки БЛА-заправщика. Данный этап является наиболее важным с точки зрения безопасности и надежности стыковки и начинается при подходе к конусу на расстояние нескольких метров. На этом этапе отклонение центра апертуры объектива от центра конуса не должно превышать половины радиуса конуса. Для этого текущий параметр рассогласования δ сравнивается с требуемым δT, который определяется по выражениюThe third stage is the docking of the refueling bar of the refueling UAV with the cone of the refueling unit of the refueling UAV. This stage is the most important in terms of safety and reliability of docking and begins when approaching the cone at a distance of several meters. At this stage, the deviation of the center of the lens aperture from the center of the cone should not exceed half the radius of the cone. To do this, the current mismatch parameter δ is compared with the required δ T , which is determined by the expression

Figure 00000008
Figure 00000008

Если δ>δТ, то от блока расчета параметров рассогласования в САУ БЛА поступает сигнал на удаление от конуса, после чего отрабатывается рассогласование и продолжается сближение до момента стыковки.If δ>δ T , then from the unit for calculating the mismatch parameters in the ACS of the UAV, a signal is received to move away from the cone, after which the mismatch is worked out and the approach continues until the moment of docking.

Четвертый этап - заправка и расстыковка. После того, как произошла стыковка заправочной штанги с конусом, от датчика стыковки поступает сигнал в блок управления. Блок управления, получив сигнал от датчика стыковки, выдает разрешающий сигнал на блок автоматического управления процессом подачи топлива агрегата заправки и начинается процесс передачи топлива от БЛА-заправщика к заправляемому БЛА. В момент, когда уровень топлива достигает определенного значения, сигнал от датчика уровня топлива поступает в блок расчета параметров рассогласования заправляемого БЛА и передается на блок управления БЛА-заправщика по линии связи, при этом блок управления выдает запрещающий сигнал на блок автоматического управления процессом подачи топлива агрегата заправки, при этом передача топлива прекращается и от БЛА-заправщика обратно поступает разрешающий сигнал на расстыковку.The fourth stage is refueling and undocking. After the filling rod has docked with the cone, a signal is sent from the docking sensor to the control unit. The control unit, having received a signal from the docking sensor, issues an enabling signal to the automatic control unit for the fuel supply process of the refueling unit, and the process of transferring fuel from the tanker UAV to the refueling UAV begins. At the moment when the fuel level reaches a certain value, the signal from the fuel level sensor enters the unit for calculating the mismatch parameters of the refueling UAV and is transmitted to the control unit of the refueling UAV via the communication line, while the control unit issues a prohibiting signal to the automatic control unit for the fuel supply process of the unit refueling, at the same time, the transfer of fuel is stopped and an enabling signal for undocking is returned from the UAV tanker.

Таким образом, предлагаемая система заправки БЛА топливом в полете позволит производить заправку БЛА топливом в полете в любое время года и суток в автоматическом режиме, повысить надежность и безопасность на этапе стыковки, а в случае ее применения для пилотируемых ВС значительно снизить психофизические нагрузки на экипаж ВС. Тем самым устраняются недостатки прототипа.Thus, the proposed in-flight refueling system for UAVs will make it possible to refuel UAVs in flight at any time of the year and day in automatic mode, increase reliability and safety at the docking stage, and, if used for manned aircraft, significantly reduce psychophysical stress on the aircraft crew . This eliminates the shortcomings of the prototype.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известна система заправки БЛА топливом в полете, работающая в условиях представленного алгоритма взаимодействия БЛА-заправщика и заправляемого БЛА и позволяющая производить оценку координат конуса, дальности до конуса и скорости сближения с ним по формируемому в блоке определения положения конуса изображению, отличающаяся тем, что в состав оборудования, установленного на БЛА-заправщике, дополнительно введены блок управления и установленные на конусе заправочного шланга датчик положения конуса и датчик стыковки, а в состав оборудования, установленного на заправляемом БЛА, введены блок определения положения конуса и блок расчета параметров рассогласования, а также установленный в баке датчик уровня топлива. Кроме того, блок управления БЛА-заправщика и блок расчета параметров рассогласования заправляемого БЛА соединены линией связи, при этом блок расчета параметров рассогласования связан с системой автоматического управления и инерциальной навигационной системой заправляемого БЛА, а блок управления связан с инерциальной навигационной системой БЛА-заправщика.The proposed technical solution is new, since from publicly available information there is no known in-flight UAV refueling system that operates under the conditions of the presented algorithm for the interaction of the UAV-refueling UAV and the UAV being refueled and allows estimating the coordinates of the cone, the distance to the cone and the speed of approach with it according to the one formed in the block determining the position of the cone to the image, characterized in that the equipment installed on the refueling UAV additionally includes a control unit and a cone position sensor and a docking sensor installed on the cone of the filling hose, and a position determination unit is introduced into the equipment installed on the refueling UAV cone and a block for calculating mismatch parameters, as well as a fuel level sensor installed in the tank. In addition, the control unit of the refueling UAV and the unit for calculating the mismatch parameters of the refueling UAV are connected by a communication line, while the unit for calculating the mismatch parameters is connected to the automatic control system and the inertial navigation system of the refueling UAV, and the control unit is connected to the inertial navigation system of the refueling UAV.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы штатные средства, входящие в состав бортового радиоэлектронного оборудования воздушных судов.The proposed technical solution is practically applicable, since for its implementation regular means that are part of the aircraft avionics equipment can be used.

Claims (2)

1. Система заправки беспилотного летательного аппарата топливом в полете, содержащая оборудование, установленное на беспилотном летательном аппарате-заправщике в составе заправочного шланга с установленным на одном конце конусом, агрегата заправки, выход которого соединен с другим концом заправочного шланга, и оборудование, установленное на заправляемом беспилотном летательном аппарате в составе заправочной штанги, отличающаяся тем, что в состав оборудования, установленного на беспилотном летательном аппарате-заправщике, дополнительно введены блок управления, выход которого соединен со входом агрегата заправки, и установленные на конусе заправочного шланга датчик положения конуса и датчик стыковки, выход которого соединен со вторым входом блока управления, а в состав оборудования, установленного на заправляемом беспилотном летательном аппарате, введены последовательно соединенные блок определения положения конуса и блок расчета параметров рассогласования, а также установленный в баке датчик уровня топлива, выход которого соединен со вторым входом блока расчета параметров рассогласования, и при этом блок управления и блок расчета параметров рассогласования соединены линией связи.1. A system for refueling an unmanned aerial vehicle with fuel in flight, containing equipment installed on an unmanned aerial vehicle refueling vehicle as part of a refueling hose with a cone installed at one end, a refueling unit, the outlet of which is connected to the other end of the refueling hose, and equipment installed on the refueling an unmanned aerial vehicle as part of a filling rod, characterized in that the equipment installed on the unmanned aerial vehicle refueling unit additionally includes a control unit, the output of which is connected to the input of the refueling unit, and a cone position sensor and a docking sensor installed on the cone of the refueling hose, the output of which is connected to the second input of the control unit, and the equipment installed on the refueling unmanned aerial vehicle includes a unit for determining the position of the cone and a unit for calculating the misalignment parameters, connected in series, as well as installed in the tank d a fuel level sensor, the output of which is connected to the second input of the mismatch parameters calculation unit, and the control unit and the mismatch parameters calculation unit are connected by a communication line. 2. Система заправки беспилотного летательного аппарата топливом в полете по п. 1, отличающаяся тем, что блок определения положения конуса установлен на заправочной штанге на заданном расстоянии от узла стыковки заправочной штанги и связан с датчиком положения конуса оптической линией связи, при этом блок расчета параметров рассогласования связан с системой автоматического управления и инерциальной навигационной системой заправляемого беспилотного летательного аппарата, а блок управления связан с инерциальной навигационной системой беспилотного летательного аппарата-заправщика.2. The system for refueling an unmanned aerial vehicle with fuel in flight according to claim 1, characterized in that the block for determining the position of the cone is installed on the filling rod at a predetermined distance from the docking node of the filling rod and is connected to the cone position sensor by an optical communication line, while the parameter calculation unit mismatch is connected to the automatic control system and the inertial navigation system of the unmanned aerial vehicle being refueled, and the control unit is connected to the inertial navigation system of the unmanned aerial vehicle tanker.
RU2021118482A 2021-06-23 System for refuelling an unmanned aerial vehicle in flight RU2777576C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2777576C1 true RU2777576C1 (en) 2022-08-08

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1193008A (en) * 1967-04-03 1970-05-28 United Aircraft Corp In-Flight Pressure Refueling Probe
RU2104229C1 (en) * 1996-08-19 1998-02-10 Государственное унитарное предприятие "Пилотажно-исследовательский центр" Aircraft in-flight fuelling system
RU2111154C1 (en) * 1997-06-11 1998-05-20 Виктор Александрович Бублик Device for check of aircraft in-flight refuelling process
RU2575301C1 (en) * 2014-08-18 2016-02-20 Публичное акционерное Общество "Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева" (ПАО "ТАНТК им. Г.М. Бериева") Method to ensure safety of in-flight refuelling and apparatus therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1193008A (en) * 1967-04-03 1970-05-28 United Aircraft Corp In-Flight Pressure Refueling Probe
RU2104229C1 (en) * 1996-08-19 1998-02-10 Государственное унитарное предприятие "Пилотажно-исследовательский центр" Aircraft in-flight fuelling system
RU2111154C1 (en) * 1997-06-11 1998-05-20 Виктор Александрович Бублик Device for check of aircraft in-flight refuelling process
RU2575301C1 (en) * 2014-08-18 2016-02-20 Публичное акционерное Общество "Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева" (ПАО "ТАНТК им. Г.М. Бериева") Method to ensure safety of in-flight refuelling and apparatus therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6889941B1 (en) Aircraft formation/refueling guidance system
EP2338793B1 (en) System and method of automatic piloting for in-flight refuelling of aircraft, and aircraft comprising said system
US11126201B2 (en) Image sensor based autonomous landing
EP2933656B1 (en) Aerial positioning systems and methods
US6966525B1 (en) In-flight refueling system, alignment system, and method for automatic alignment and engagement of an in-flight refueling boom
KR101494654B1 (en) Method and Apparatus for Guiding Unmanned Aerial Vehicle and Method and Apparatus for Controlling Unmanned Aerial Vehicle
US10051178B2 (en) Imaging method and appartus
EP2118713B1 (en) Precision approach control
CN108255190B (en) Accurate landing method based on multiple sensors and tethered unmanned aerial vehicle using same
CN104340371A (en) Autonomous and automatic landing method and system
EP3077760B1 (en) Payload delivery
EP3077880B1 (en) Imaging method and apparatus
EP3333085A1 (en) Object detection system
RU2777576C1 (en) System for refuelling an unmanned aerial vehicle in flight
EP3772464B1 (en) Relative navigation and machine vision for automated aerial refueling system and method
Yayla Application of STANAG 4586 standard for Turkish aerospace industries UAV systems
GB2522327A (en) Determining routes for aircraft
US11667379B1 (en) Systems, apparatus, and methods for airborne data retrieval
CN113311872B (en) Unmanned aerial vehicle delivery position determining method and device
EP2881697A1 (en) Capturing and processing images
EP2881827A1 (en) Imaging method and apparatus
GB2522328A (en) Payload delivery
WO2015082594A1 (en) Determining routes for aircraft
EP2881825A1 (en) Imaging method and apparatus
EP2881698A1 (en) Payload delivery