RU2791625C1

RU2791625C1 - Aircraft docking method, docking system and hitching device

Info

Publication number: RU2791625C1
Application number: RU2022124154A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Морозов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Объединенная авиастроительная корпорация" (ПАО "ОАК")
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2023-03-13

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to the field of aviation. The coupling device is a small towed automatic aircraft (2), including a body, a conical niche with a hook (4), aerodynamic surfaces (5) with electric drives, a light signal source (7), a control system, a machine vision system with a rear-view camera (6), information communication channel and power supply. A conical niche with a hook (4) is located in the rear of the body. Aerodynamic surfaces (5) are located on the housing and are configured to control the position of the hitch in the air flow.

EFFECT: increased speed, reliability, simplicity and safety of aircraft docking.

4 cl, 8 dwg

Description

Группа изобретений относится к области авиации, а именно к способу стыковки летательных аппаратов, сцепному устройству и стыковочной системе, содержащей такое сцепное устройство, и может быть использована для выполнения возвращения летательных аппаратов, в частности беспилотных летательных аппаратов (далее - БпЛА), на борт самолета-носителя, их буксировки или дозаправки.SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of aviation, namely to a method for docking aircraft, a coupling device and a docking system containing such a coupling device, and can be used to return aircraft, in particular unmanned aerial vehicles (hereinafter referred to as UAVs), on board an aircraft carrier, their towing or refueling.

Из уровня техники известны способы применения БпЛА с борта другого самолета (пилотируемого или беспилотного), использующегося в качестве носителя, обладающего значительной дальностью полета, и служащего для доставки БпЛА в район действия, управления БпЛА, выполняя функцию ретранслятора или воздушного пункта управления, и эвакуации БпЛА после выполнения задания. Для реализации таких способов применения крайне необходимы системы, позволяющие выполнять автоматическую стыковку двух летательных аппаратов в воздухе с последующим возвращением БпЛА на борт самолета-носителя, при этом стыковка и возвращение должны выполняться быстро, безопасно, в сложных метеоусловиях и ночью, а также в условиях воздействия радиопомех.From the prior art, methods are known for using an UAV from another aircraft (manned or unmanned), which is used as a carrier with a significant flight range and is used to deliver the UAV to the area of operation, control the UAV, acting as a repeater or air control center, and evacuate the UAV after completing the task. To implement such applications, systems are urgently needed that allow automatic docking of two aircraft in the air with the subsequent return of the UAV to the carrier aircraft, while the docking and return must be carried out quickly, safely, in adverse weather conditions and at night, as well as under impact conditions. radio interference.

Для целей передачи топлива от одного самолета другому самолету или вертолету (т.е. дозаправки) в настоящее время широко используются два основных способа выполнения стыковки двух летательных аппаратов, находящихся в воздухе. Один из способов стыковки с целью дозаправки реализуется с помощью шланга, выпускаемого самолетом-заправщиком, имеющего на свободном конце конический захват, стабилизируемый в потоке воздуха за счет его аэродинамической формы, к которому стыкуется заправляемый самолет с помощью заправочной штанги, под управлением пилота заправляемого самолета (США был также проведен успешный эксперимент стыковки этим способом БпЛА Х-47 к самолету-заправщику). Недостатком такого способа является наличие высоких требований к профессиональному мастерству пилота заправляемого самолета, особенно в сложных метеоусловиях и в ночное время, из-за чего отсутствует возможность выполнения подстыковки строевыми летчиками без специальной подготовки. Также сложна реализация стыковки беспилотным дистанционно или автоматически управляемым летательным аппаратом, из-за необходимости учета факторов, связанных с динамикой подхода заправляемого самолета к коническому захвату, таких как: инерционность самолета, приемистость реактивного двигателя, недостаточная для точного управления по продольной оси самолета, возмущения атмосферы, на которые легкий объект, конический захват, реагирует быстрее чем более массивный заправляемый самолет. Этот способ также малопригоден для выполнения буксировки самолета из-за значительных габаритов конического захвата, с высоким аэродинамическим сопротивлением, что определяется необходимостью обеспечения пассивной стабилизации конического захвата в потоке воздуха и требуемой большой площадью створа захвата для гарантированного попадания в него заправочной штанги заправляемого самолета. Другой известный способ стыковки с целью дозаправки выполняется с помощью жесткой, шарнирно закрепленной на самолете-заправщике телескопической штанги, имеющей аэродинамические органы управления, которыми управляет оператор заправки, находящийся на самолете-заправщике, и который выполняет стыковку выдвижного конца штанги к заправочной горловине заправляемого самолета, предварительно занявшего стабильное положение сзади и ниже самолета-заправщика на расстоянии, достижимом для штанги. Недостатком такого способа стыковки является наличие габаритной телескопической штанги, что применимо только на тяжелых самолетах, в количестве - не более одной (в то время, как шлангов по известному вышеуказанному способу может быть несколько, и шланги могут устанавливаться на легких самолетах). Также высокие требования к профессиональному мастерству пилота заправляемого самолета, особенно в сложных метеоусловиях и в ночное время, что вызвано необходимостью подхода заправляемого самолета к самолету-заправщику на близкое расстояние, определяемое длиной телескопической штанги, из-за чего отсутствует возможность выполнения подстыковки строевыми летчиками без специальной подготовки. Невозможен подход заправляемого летательного аппарата к самолету-заправщику на большой скорости и с динамичным маневрированием, с целью сокращения времени на стыковку, из-за опасности столкновения, и также затруднена реализация автоматического или дистанционно управляемого подхода беспилотного летательного аппарата. Также, при этом способе невозможна дозаправка вертолетов.For the purposes of transferring fuel from one aircraft to another aircraft or helicopter (ie, refueling), there are currently two main methods commonly used to accomplish the docking of two aircraft in the air. One of the methods of docking for the purpose of refueling is implemented using a hose produced by a refueling aircraft, which has a conical grip at the free end, stabilized in the air flow due to its aerodynamic shape, to which the refueling aircraft is docked using a refueling bar, under the control of the pilot of the refueling aircraft ( The United States also conducted a successful experiment of docking the Kh-47 UAV to a tanker aircraft in this way). The disadvantage of this method is the presence of high requirements for the professional skills of the pilot of the refueling aircraft, especially in adverse weather conditions and at night, which makes it impossible for combatant pilots to perform docking without special training. It is also difficult to implement docking by an unmanned remotely or automatically controlled aircraft, due to the need to take into account factors associated with the dynamics of the approach of a refueling aircraft to a conical grip, such as: aircraft inertia, jet engine throttle response, insufficient for accurate control along the longitudinal axis of the aircraft, atmospheric disturbances to which a light object, a conical grip, responds faster than a more massive refueling aircraft. This method is also of little use for towing an aircraft due to the significant dimensions of the conical grip, with high aerodynamic resistance, which is determined by the need to provide passive stabilization of the conical grip in the air flow and the required large area of the grip target to ensure that the filling rod of the refueling aircraft enters it. Another known method of docking for the purpose of refueling is by means of a rigid telescoping stem articulated on a tanker aircraft, which has aerodynamic controls controlled by a fueling operator located on the tanker aircraft, and which docks the retractable end of the boom to the filler neck of the aircraft being refueled, having previously taken a stable position behind and below the tanker aircraft at a distance achievable for the boom. The disadvantage of this method of docking is the presence of an overall telescopic rod, which is applicable only on heavy aircraft, in the amount of no more than one (while there can be several hoses according to the above known method, and the hoses can be installed on light aircraft). There are also high requirements for the professional skills of the pilot of the refueling aircraft, especially in difficult weather conditions and at night, which is caused by the need for the refueling aircraft to approach the refueling aircraft at a close distance, determined by the length of the telescopic rod, which makes it impossible for combatant pilots to perform docking without special preparation. It is impossible for a refueling aircraft to approach a tanker aircraft at high speed and with dynamic maneuvering, in order to reduce the time for docking, due to the risk of collision, and it is also difficult to implement an automatic or remotely controlled approach of an unmanned aerial vehicle. Also, with this method, it is impossible to refuel helicopters.

Из патента RU 2548653 С2, опубликованного 20.04.2015, Кл. B64D 39/06, известна система стыковки с целью дозаправки, в которой стыковка заправочного шланга к заправляемому летательному аппарату осуществляется с помощью датчиков взаимного расположения, использующих дифференциальное спутниковое позиционирование. Недостатком этой системы является зависимость от спутниковых систем позиционирования, которые могут быть в нерабочем состоянии или под воздействием радиопомех. Также управление «стыковочным гнездом», находящемся на конце заправочного шланга, осуществляется внешним сигналом, что проблематично при наличии радиопомех. Также система предполагает стыковку в непосредственной близости от самолета-танкера с обеспечением безопасности только за счет выдачи предупреждающих сигналов о недопустимом сближении, что опасно при наличии радиопомех и любых отказах автоматики.From patent RU 2548653 C2, published on 04/20/2015, Cl. B64D 39/06, a docking system for the purpose of refueling is known, in which the docking of a refueling hose to an aircraft to be refueled is carried out using relative position sensors using differential satellite positioning. The disadvantage of this system is the dependence on satellite positioning systems, which may be inoperative or subject to radio interference. Also, the “docking socket” located at the end of the filling hose is controlled by an external signal, which is problematic in the presence of radio interference. The system also involves docking in the immediate vicinity of the tanker aircraft with safety only due to the issuance of warning signals about impermissible approach, which is dangerous in the presence of radio interference and any automatic failures.

Примеры успешного подтягивания летательного аппарата к нижней части самолета-носителя на буксировочном тросе в настоящее время неизвестны. Сложности реализации подтягивания летательного аппарата вызваны влиянием буксировочного троса на управление буксируемым летательным аппаратом. Изменения в управляемости нарастают по мере подтягивания летательного аппарата к самолету-носителю, т.е. сокращения длины буксировочного троса, и выражаются в потере эффективности аэродинамических рулей летательного аппарата и возможной перемене рулей, что особенно опасно при начале взаимного влияния аэродинамики корпусов самолета-носителя и буксируемого летательного аппарата при их сближении. Характер изменений сильно зависит от расположения точки зацепа относительно центра масс буксируемого летательного аппарата, его массово-инерционных характеристик, длины и массы троса, а также аэродинамических характеристик всей системы. При подтягивании летательного аппарата к самолету-носителю возникает угроза взаимного повреждения летательного аппарата и конструкции самолета-носителя из-за нестабильности взаимного положения по вышеуказанным причинам (особенно в условиях атмосферной турбулентности). Тем не менее известна разрабатываемая в США система «Gremlins», https://nplus1.ru/news/2020/12/11/gremlins, в которой используется похожий способ с использованием аналога конического захвата, выпускаемого на тросе, к которому стыкуется беспилотный летательный аппарат с целью его последующего перемещения на борт самолета-носителя. В этой системе точка соединения штанги БпЛА и захвата находится над верхней частью корпуса БпЛА, примерно над центром масс, что приводит к значительным сложностям при дальнейшем подтягивании БпЛА к самолету-носителю по вышеуказанным причинам. Для уменьшения влияния возмущений атмосферы аналог конического захвата сделан довольно массивным.Examples of successfully pulling an aircraft to the bottom of a carrier aircraft on a towline are currently unknown. Difficulties in the implementation of pulling up the aircraft are caused by the influence of the towing cable on the control of the towed aircraft. Changes in controllability increase as the aircraft pulls up to the carrier aircraft, i.e. reduction in the length of the towing cable, and are expressed in the loss of efficiency of the aerodynamic rudders of the aircraft and the possible change of rudders, which is especially dangerous when the mutual influence of the aerodynamics of the hulls of the carrier aircraft and the towed aircraft begins when they approach each other. The nature of the changes strongly depends on the location of the hook point relative to the center of mass of the towed aircraft, its mass-inertial characteristics, the length and mass of the cable, as well as the aerodynamic characteristics of the entire system. When pulling up the aircraft to the carrier aircraft, there is a threat of mutual damage to the aircraft and the structure of the carrier aircraft due to the instability of the relative position for the above reasons (especially in atmospheric turbulence). Nevertheless, the Gremlins system being developed in the USA is known, https://nplus1.ru/news/2020/12/11/gremlins, which uses a similar method using an analogue of a conical grip produced on a cable to which an unmanned aerial vehicle is docked. device for the purpose of its subsequent transfer to the carrier aircraft. In this system, the connection point of the UAV rod and the grip is located above the upper part of the UAV body, approximately above the center of mass, which leads to significant difficulties in further pulling the UAV to the carrier aircraft for the above reasons. To reduce the influence of atmospheric disturbances, the analogue of the conical grip is made rather massive.

Техническая задача, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в обеспечении безопасности, надежности и упрощении процесса стыковки летательных аппаратов.The technical problem to be solved by the group of inventions is to ensure safety, reliability and simplify the process of docking aircraft.

Группа изобретений обеспечивает получение технического результата, заключающегося в значительном упрощении стыковки летательных аппаратов в воздухе, быстрой и надежной стыковки летательных аппаратов, в том числе в сложных метеоусловиях и ночью, снижении влияния человеческого фактора на процесс стыковки и обеспечение безопасности стыковки.EFFECT: group of inventions provides a technical result, which consists in significantly simplifying the docking of aircraft in the air, fast and reliable docking of aircraft, including in adverse weather conditions and at night, reducing the influence of the human factor on the docking process and ensuring docking safety.

Группа изобретений включает сцепное устройство, стыковочную систему и способ стыковки летательных аппаратов.The group of inventions includes a coupling device, a docking system and a method for docking aircraft.

Сцепное устройство, предназначенное для стыковки летательных аппаратов, представляет собой малый буксируемый автоматический летательный аппарат, включающий корпус, коническую нишу с зацепом, расположенную в задней части корпуса, аэродинамические поверхности с электрическими приводами, расположенные на корпусе и выполненные с возможностью управления положением сцепного устройства в воздушном потоке, источник светового сигнала, систему управления, систему машинного зрения с видеокамерой заднего вида, информационный канал связи и источник электропитания.The coupling device intended for docking aircraft is a small towed automatic aircraft, including a body, a conical niche with a hook located in the rear part of the body, aerodynamic surfaces with electric drives located on the body and made with the possibility of controlling the position of the coupling device in the air. flow, a light source, a control system, a machine vision system with a rear-view camera, an information communication channel and a power supply.

Стыковочная система включает сцепное устройство, буксировочный трос, лебедку буксировочного троса, штангу с механическим замком, предназначенную для сцепления с зацепом конической ниши в корпусе сцепного устройства, привод штанги, обеспечивающий управление высотой подъема штанги, мишень, выполненную в виде источника светового сигнала и разметки, расположенную на штанге, и предназначенную для взаимодействия с системой машинного зрения сцепного устройства. Стыковочная система дополнительно содержит рычажную систему, имеющую замки крепления, конформные захваты, шарнирно закрепленные на рычажной системе и имеющие замки и задние крюки, передние и задние такелажные узлы, предназначенные для сцепления с замками и задними крюками конформных захватовThe docking system includes a hitch, a tow rope, a tow rope winch, a rod with a mechanical lock designed to engage with a hook of a conical niche in the hitch body, a rod drive that provides control of the rod lifting height, a target made in the form of a source of light signal and marking, located on the bar and designed to interact with the machine vision system of the hitch. The docking system additionally contains a lever system having fastening locks, conformal grips, hinged on the lever system and having locks and rear hooks, front and rear rigging units designed to engage with locks and rear hooks of conformal grips

Способ стыковки летательных аппаратов с помощью стыковочной системы характеризуется тем, что содержит последовательно выполняемые этапы: выпуск сцепного устройства на буксировочном тросе с самолета носителя, стабилизацию сцепного устройства, с помощью аэродинамических поверхностей и системы управления, обеспечение соосности сцепного устройства и штанги стыкуемого летательного аппарата, с помощью системы управления сцепного устройства, стыковку сцепного устройства и летательного аппарата, подтягивание летательного аппарата к самолету-носителю с управлением летательного аппарата в том числе изменением высоты подъема штанги, сцепление летательного аппарата с конформными захватами путем центрирования и проскальзывания корпуса летательного аппарата в захватах до входа задних крюков захватов в задние такелажные петли летательного аппарата с последующим закрытием замков на передних такелажных петлях летательного аппарата, притягивание захватов с летательного аппарата к корпусу с одновременным складыванием рычажной системы, окончательная фиксация захватов с летательного аппарата замками, подтягивание летательного аппарата на борт самолета-носителя.The method of docking aircraft using a docking system is characterized by the fact that it contains successively performed steps: release of the coupling device on the towing cable from the carrier aircraft, stabilization of the coupling device using aerodynamic surfaces and the control system, ensuring the alignment of the coupling device and the rod of the docked aircraft, with using the hitch control system, docking the hitch and the aircraft, pulling the aircraft to the carrier aircraft with control of the aircraft, including changing the height of the boom, coupling the aircraft with conformal grips by centering and slipping the body of the aircraft in the grips to the entrance of the rear hooks of the grips into the rear rigging loops of the aircraft with subsequent closing of the locks on the front rigging loops of the aircraft, pulling the grips from the aircraft to the body with simultaneous folding the lever system, final fixation of the grips from the aircraft with locks, pulling the aircraft on board the carrier aircraft.

Группа изобретений поясняется следующими изображениями:The group of inventions is illustrated by the following images:

фиг. 1 - самолет-носитель с выпущенным на буксировочном тросе сцепным устройством и БпЛА;fig. 1 - carrier aircraft with a coupling device and a UAV released on the towing cable;

фиг. 2 - сцепное устройство;fig. 2 - coupling device;

фиг. 3 - вид А на сцепное устройство;fig. 3 - view A on the coupling device;

фиг. 4 - сцепное устройства и штанга БпЛА в процессе стыковки;fig. 4 - coupling device and UAV rod in the process of docking;

фиг.5 - стыковочная система;figure 5 - docking system;

фиг. 6 - расположение БпЛА под конформными захватами;fig. 6 - the location of the UAV under the conformal grips;

фиг.7 - центрирование корпуса БпЛА в конформных захватах;Fig.7 - centering the body of the UAV in conformal grips;

фиг.8 - фиксация БпЛА на конформных захватах.Fig.8 - UAV fixation on conformal grips.

На фигурах используются следующие обозначения:The following symbols are used in the figures:

1 - самолет-носитель;1 - carrier aircraft;

2 - сцепное устройство;2 - coupling device;

3 - БпЛА;3 - UAV;

4 - коническая ниша с зацепом;4 - conical niche with a hook;

5 - аэродинамические поверхности;5 - aerodynamic surfaces;

6 - видеокамера заднего вида;6 - rear view camera;

7 - источник светового сигнала;7 - light signal source;

8 - буксировочный трос;8 - towing cable;

9 - мишень (источник светового сигнала штанги);9 - target (source of light signal of the rod);

10 - штанга;10 - rod;

11 - ось визирования;11 - axis of sight;

12 - привод подъема штанги;12 - rod lifting drive;

13 - конформные захваты;13 - conformal grips;

14 - замки;14 - locks;

15 - задние крюки;15 - rear hooks;

16 - рычажная система;16 - lever system;

17 - замки крепления к переходной балке;17 - fastening locks to the transition beam;

18 - задние такелажные петли;18 - rear rigging loops;

19 - передние такелажные петли;19 - front rigging loops;

20 - трос лебедки притягивания;20 - pull winch cable;

21 - лебедка притягивания;21 - pull winch;

22 - лебедка буксировочного троса.22 - towing cable winch.

На приведенных фигурах изображены самолет-носитель и БпЛА в качестве стыкуемого летательного аппарата. В качестве стыкуемых летательных аппаратов могут быть использованы любые другие летательные аппараты, не ограничиваясь БпЛА. Самолет-носитель и БпЛА показаны условно, поскольку предлагаемой стыковочной системой могут быть дооборудованы самолеты различного типа. Летательные аппараты могут иметь различную размерность и конструкцию. Для осуществления стыковки летательных аппаратов диапазоны скоростей летательных аппаратов должны пересекаться.The figures shown show the carrier aircraft and the UAV as a dockable aircraft. As dockable aircraft, any other aircraft can be used, not limited to UAVs. The carrier aircraft and the UAV are shown conditionally, since the proposed docking system can be retrofitted to aircraft of various types. Aircraft can have different dimensions and designs. For the docking of aircraft, the speed ranges of aircraft must intersect.

Раскрытие заявленной группы изобретений приведено в варианте выполнения возвращения БпЛА на борт самолета-носителя и запуска БпЛА с самолета-носителя. В варианте реализации изобретения в котором в качестве стыкуемого летательного аппарата применяется БпЛА, БпЛА должен быть оборудован двигательной установкой, работающей по толкающей схеме, на верхней поверхности БпЛА не должно быть выступающих частей, препятствующих стыковке.The disclosure of the claimed group of inventions is given in the embodiment of the return of the UAV on board the carrier aircraft and the launch of the UAV from the carrier aircraft. In an embodiment of the invention in which a UAV is used as a docking aircraft, the UAV must be equipped with a propulsion system operating according to a pushing scheme, there must be no protruding parts on the upper surface of the UAV that prevent docking.

Группа изобретений также может использоваться для дозаправки как БпЛА, так и пилотируемых летательных аппаратов в воздухе. В таком варианте самолет-носитель является самолетом-заправщиком, оснащенным соответствующими перекачивающими системами, а вместо обычного буксировочного троса используется трос с заправочным шлангом. В таком варианте сцепное устройство разрабатывается с проходным каналом для топлива и с конической нишей, адаптированной к заправочной штанге заправляемого летательного аппарата.The group of inventions can also be used for refueling both UAVs and manned aircraft in the air. In this embodiment, the carrier aircraft is a tanker aircraft equipped with appropriate pumping systems, and instead of a conventional towing cable, a cable with a refueling hose is used. In such a variant, the coupling device is designed with a fuel passage and with a conical niche adapted to the fueling rod of the aircraft being refueled.

На фиг. 1 изображены самолет-носитель 1, выпущенное на буксировочном тросе 8 сцепное устройство 2 и БпЛА 3 в процессе выполнения стыковки.In FIG. 1 shows the carrier aircraft 1, the coupling device 2 released on the towing cable 8 and the UAV 3 in the process of docking.

На фиг. 2-4 изображено сцепное устройство 2, представляющее собой малый буксируемый автоматический летательный аппарат, включающий корпус, в задней части которого образована коническая ниша 4 с зацепом. На корпусе сцепного устройства 2 расположены аэродинамические поверхности 5, видеокамера 6 заднего вида и источник 7 светового сигнала. В одном из вариантов выполнения сцепного устройства, показанном на фиг.3, источник 7 светового сигнала выполнен в виде двух светодиодных ламп, направленных назад, но их количество может варьироваться. Носовой частью сцепное устройство 2 крепится к буксировочному тросу 8, который располагается на лебедке 22 буксировочного троса, установленной на самолете-носителе 1. Размерность и конструкция сцепного устройства 2 может быть различной, в зависимости от размерности и конструкции БпЛА 3.In FIG. 2-4 shows a coupling device 2, which is a small towed automatic aircraft, including a body, in the rear part of which a conical niche 4 with a hook is formed. On the body of the coupling device 2 there are aerodynamic surfaces 5, a rear-view camera 6 and a source 7 of a light signal. In one embodiment of the hitch, shown in Fig.3, the source 7 of the light signal is made in the form of two LED lamps pointing back, but their number may vary. The nose part of the coupling device 2 is attached to the towing cable 8, which is located on the winch 22 of the towing cable installed on the carrier aircraft 1. The dimension and design of the coupling device 2 may be different, depending on the dimension and design of the UAV 3.

Внутри корпуса сцепного устройства имеется бортовая аппаратура, состоящая из следующих компонентов: система управления, система машинного зрения, информационный канал связи с самолетом-носителем и система электроснабжения.Inside the hitch housing there is an on-board equipment consisting of the following components: a control system, a machine vision system, an information channel for communication with the carrier aircraft and a power supply system.

Система управления включает такие средства как: бортовой вычислитель (компьютер с программным обеспечением), акселерометры, электронный гироскоп, электроприводы аэродинамических поверхностей. Система управления предназначена для управления системой машинного зрения, информационным каналом связи, системой электроснабжения, источником светового сигнала и аэродинамическими поверхностями.The control system includes such tools as: an on-board computer (a computer with software), accelerometers, an electronic gyroscope, electric drives of aerodynamic surfaces. The control system is designed to control the machine vision system, information communication channel, power supply system, light signal source and aerodynamic surfaces.

Система машинного зрения включает в себя видеокамеру заднего вида и аппаратуру обработки видеосигнала, которая располагается в корпусе сцепного устройства и может быть выполнена единым блоком с аппаратурой системы управления. Система машинного зрения предназначена для формирования сигналов, передаваемых в систему управления сцепного устройства и на борт самолета-носителя.The machine vision system includes a rear-view video camera and video signal processing equipment, which is located in the hitch housing and can be made as a single unit with the control system equipment. The machine vision system is designed to generate signals transmitted to the control system of the coupling device and on board the carrier aircraft.

Информационный канал связи предназначен для связи сцепного устройства с самолетом носителем. Канал связи состоит из внешнего приемопередающего устройства, использующего любой тип информационной связи (радио, оптический, проводной) и блока обработки входящих и исходящих сигналов, который также может быть выполнен единым блоком с аппаратурой системы управления. В варианте реализации проводной связи, в состав буксировочного троса должны входить соответствующие проводные цепи для передачи информационного сигнала. При реализации радио или оптического типа связи, в состав сцепного устройства должны входить антенно-фидерные устройства или оптическое приемо-передающее устройство соответственно. Соответствующая приемо-передающая аппаратура, также должна быть смонтирована на самолете-носителе. Информационный канал связи в любом варианте выполнения осуществляет двустороннюю передачу информационных сигналов между самолетом-носителем и сцепным устройством.The information communication channel is designed to connect the coupling device with the carrier aircraft. The communication channel consists of an external transceiver using any type of information communication (radio, optical, wired) and an incoming and outgoing signal processing unit, which can also be made as a single unit with the control system equipment. In the implementation of wired communication, the towing cable must include appropriate wired circuits for transmitting an information signal. When implementing a radio or optical type of communication, the coupling device must include antenna-feeder devices or an optical transceiver, respectively. Appropriate transceiver equipment must also be mounted on the carrier aircraft. The information communication channel in any embodiment carries out two-way transmission of information signals between the carrier aircraft and the coupling device.

Система электроснабжения включает в себя источник электропитания бортовых потребителей, который может быть внешним проводным от системы электроснабжения самолета-носителя или внутренним, в виде аккумулятора, и необходим для питания бортовых потребителей (системы управления, системы машинного зрения, информационного канала связи, источника светового сигнала). При реализации проводного источника, в состав буксировочного троса должны входить соответствующие проводные цепи для передачи электроэнергии. Включение и выключение системы электроснабжения сцепного устройства выполняется внешним сигналом с самолета-носителя. При включении системы электроснабжения, система управления стыковочного устройства приступает к выполнению заложенной программы.The power supply system includes a power source for onboard consumers, which can be external wired from the power supply system of the carrier aircraft or internal, in the form of a battery, and is necessary to power onboard consumers (control system, machine vision system, information communication channel, light signal source) . When implementing a wired source, the towing rope must include appropriate wired circuits for transmitting electricity. Switching on and off the power supply system of the coupling device is carried out by an external signal from the carrier aircraft. When the power supply system is turned on, the control system of the docking device starts to execute the programmed program.

На фиг. 5-8 показаны элементы стыковочной системы, взаимодействие элементов стыковочной системы и процесс подтягивания БпЛА к самолету-носителю.In FIG. 5-8 show the elements of the docking system, the interaction of the elements of the docking system and the process of pulling the UAV to the carrier aircraft.

Стыковочная система включает сцепное устройство 2, буксировочный трос 8, лебедку 22 буксировочного троса, штангу 10 с механическим замком, предназначенную для сцепления с зацепом конической ниши 4, расположенной в корпусе сцепного устройства 2, привод 12 штанги 10, обеспечивающий управление высотой подъема штанги 10, мишень 9, выполненную в виде источника светового сигнала и разметки, расположенную на штанге 10, и предназначенную для взаимодействия с системой машинного зрения сцепного устройства 2, рычажную систему 16, имеющую замки 17 крепления, конформные захваты 13, шарнирно закрепленные на рычажной системе 16 и имеющие замки 14 и задние крюки 15, передние и задние такелажные узлы 18, предназначенные для сцепления с замками 14 и задними крюками 15 конформных захватов 13.The docking system includes a hitch 2, a tow rope 8, a winch 22 of the tow rope, a rod 10 with a mechanical lock designed to engage with the hook of a conical niche 4 located in the body of the hitch 2, a drive 12 of the rod 10, which provides control of the lifting height of the rod 10, target 9, made in the form of a source of light signal and markings, located on the rod 10, and designed to interact with the machine vision system of the coupling device 2, the lever system 16, having fastening locks 17, conformal grippers 13, hinged on the lever system 16 and having locks 14 and rear hooks 15, front and rear rigging units 18 designed to engage with locks 14 and rear hooks 15 conformal grips 13.

При этом сцепное устройство 2, буксировочный трос 8, лебедка 22 буксировочного троса, рычажная система 16, конформные захваты 13, устанавливаются на самолете носителе 1. Штанга 10, привод 12, мишень 9, передние и задние такелажные петли 18 устанавливаются на стыкуемом летательном аппарате, в частности БпЛА 3.In this case, the coupling device 2, the towing cable 8, the winch 22 of the towing cable, the lever system 16, the conformal grips 13, are installed on the carrier aircraft 1. in particular UAV 3.

При выполнении возвращения БпЛА на борт самолета-носителя способ стыковки летательных аппаратов осуществляется следующим образом.When returning the UAV to the carrier aircraft, the way of docking the aircraft is carried out as follows.

При приближении БпЛА 3 самолет-носитель 1 выпускает сцепное устройство 2, закрепленное на буксировочном тросе 8. Буксировочный трос 8 разматывается с лебедки 22 буксировочного троса, установленной на самолете-носителе 1, но не до конца. На лебедке 22 буксировочного троса остается 2-3 метра буксировочного троса 8 для обеспечения возможности выполнения маневра сцепным устройством 2 в продольном направлении (показано стрелками на фиг. 4).As the UAV 3 approaches, the carrier aircraft 1 releases the coupling device 2, which is attached to the towing cable 8. The towing cable 8 is unwound from the winch 22 of the towing cable installed on the carrier aircraft 1, but not completely. On the winch 22 of the towing cable remains 2-3 meters of the towing cable 8 to enable the coupling device 2 to maneuver in the longitudinal direction (shown by arrows in Fig. 4).

Стабилизация сцепного устройства 2 в потоке воздуха осуществляется пассивно за счет его аэродинамической формы и расположения аэродинамических поверхностей 5. Аэродинамические поверхности 5 расположены на корпусе сцепного устройства так, что его центр масс располагается впереди и ниже центра давления. При этом буксировочное усилие будет приложено в точке соединения сцепного устройства 2 с буксировочным тросом 8, т.е. к носовой части сцепного устройства 2, далеко впереди центра масс и центра давления.The coupling device 2 is passively stabilized in the air flow due to its aerodynamic shape and the location of the aerodynamic surfaces 5. The aerodynamic surfaces 5 are located on the coupling device body so that its center of mass is located in front of and below the center of pressure. In this case, the towing force will be applied at the point of connection of the coupling device 2 with the towing cable 8, i.e. to the nose of hitch 2, well ahead of the center of mass and center of pressure.

По сигналу с самолета-носителя 1, сцепное устройство 2 включается в работу. Система управления стабилизирует сцепное устройство 2 в потоке воздуха, с помощью аэродинамических поверхностей 5, управляемых электроприводами, ориентируясь по показаниям акселерометров и электронного гироскопа, парируя резкие отклонения, вызванные возмущениями набегающего воздушного потока. При этом продолжается вышеуказанная пассивная стабилизация, определяющая положение сцепного устройства 2 за самолетом-носителем 1. На сцепном устройстве 2 включается источник 7 светового сигнала, который также работает под контролем системы управления. Световой сигнал может быть кодированным, т.е. его светимость может меняться во времени по закону, заданному вычислителем системы управления, с целью облегчения его селекции оптической аппаратурой БпЛА 3 на фоне возможных других источников света. БпЛА 3 находит в пространстве сцепное устройство 2 и занимает стабильное положение за ним на расстоянии 1-3 метра, ориентируясь на световой сигнал. БпЛА 3 может подходить к самолету-носителю 1 быстрым маневром, что особенно важно для малых реактивных БпЛА 3, имеющих ограниченный запас топлива и, следовательно, малый запас времени на стыковку. Удаленность сцепного устройства 2 от самолета-носителя 1, за счет выпуска сцепного устройства 2 на буксировочном тросе 8, обеспечивает безопасность стыковки с БпЛА 3, снижая возможность столкновения БпЛА 3 с самолетом-носителем 1.On a signal from the carrier aircraft 1, the hitch 2 is activated. The control system stabilizes the coupling device 2 in the air flow, using aerodynamic surfaces 5, controlled by electric drives, guided by the readings of accelerometers and an electronic gyroscope, fending off sharp deviations caused by disturbances of the oncoming air flow. This continues the above passive stabilization, which determines the position of the hitch 2 behind the carrier aircraft 1. On the hitch 2, the source 7 of the light signal is switched on, which also works under the control of the control system. The light signal may be coded, i. e. its luminosity can change in time according to the law set by the computer of the control system, in order to facilitate its selection by the optical equipment of the UAV 3 against the background of possible other light sources. The UAV 3 finds the hitch 2 in space and occupies a stable position behind it at a distance of 1-3 meters, focusing on the light signal. The UAV 3 can approach the carrier aircraft 1 in a quick maneuver, which is especially important for small jet UAVs 3, which have a limited fuel supply and, consequently, a short docking time. The remoteness of the coupling device 2 from the carrier aircraft 1, due to the release of the coupling device 2 on the towing cable 8, ensures the safety of docking with the UAV 3, reducing the possibility of a collision between the UAV 3 and the carrier aircraft 1.

БпЛА 3 оснащен буксировочной штангой 10, имеющей мишень 9. Мишень 9 представляет собой источник светового сигнала и разметку, предназначенных для совместной работы с системой машинного зрения сцепного устройства 2. На конце штанги 10 расположен механический замок, выполненный в виде выступов и предназначенный для сцепления с зацепом конической ниши 4 сцепного устройства 2. Штанга 10 выполнена с возможностью подъема с помощью привода 12 подъема штанги 10. Штанга 10 представляет собой силовой элемент, через который передается буксировочное усилие от самолета-носителя 1 через буксировочный трос 8 и сцепное устройство 2 на БпЛА 3.The UAV 3 is equipped with a towing bar 10 having a target 9. The target 9 is a source of light signal and markings designed to work together with the machine vision system of the coupling device 2. At the end of the bar 10 there is a mechanical lock made in the form of protrusions and designed to engage with the hook of the conical niche 4 of the coupling device 2. The rod 10 is made with the possibility of lifting with the help of the actuator 12 for lifting the rod 10. The rod 10 is a power element through which the towing force is transmitted from the carrier aircraft 1 through the towing cable 8 and the coupling device 2 to the UAV 3 .

Наличие штанги 10 и возможность изменения ее подъема на различную высоту Н обеспечивает расположение точки соединения со сцепным устройством 2 максимально далеко впереди по отношению к центру масс БпЛА 3. В процессе подтягивания БпЛА 3 к самолету-носителю 1 также имеется возможность управления (изменения) высоты подъема штанги 10 и соответственно точки соединения с сцепным устройством 2 точки приложения буксировочного усилия над продольной осью БпЛА 3. Таким образом, привод 12 подъема штанги 10, позволяющий изменять высоту подъема штанги 10, управляемый от системы управления БпЛА 3, является дополнительным органом управления БпЛА 3 по высоте (наряду с аэродинамическим рулем высоты БпЛА), что обеспечивает возможность управления расстоянием между БпЛА и нижней частью самолета-носителя 1 на завершающем этапе подтягивания БпЛА 3.The presence of the rod 10 and the possibility of changing its rise to different heights H ensures the location of the connection point with the coupling device 2 as far forward as possible in relation to the center of mass of the UAV 3. In the process of pulling the UAV 3 to the carrier aircraft 1, it is also possible to control (change) the height of the lift rod 10 and, accordingly, the point of connection with the coupling device 2 of the point of application of the towing force over the longitudinal axis of the UAV 3. height (along with the aerodynamic elevator of the UAV), which makes it possible to control the distance between the UAV and the lower part of the carrier aircraft 1 at the final stage of pulling up the UAV 3.

При занятии БпЛА 3 положения за сцепным устройством 2 мишень 9 оказывается в поле зрения видеокамеры 6 заднего вида. С этого момента система машинного зрения непрерывно формирует и передает сигнал в систему управления, показывающей отклонение по горизонтали и вертикали мишени 9 от оси визирования 11, сформированной между видеокамерой 6 и мишенью 9. На основании сигнала осуществляется маневрирование сцепного устройства 2. Маневрирование сцепного устройства 2 в воздушном потоке происходит в вертикальном и горизонтальном направлениях (показано стрелками на фиг. 3) с целью обеспечения соосности конической ниши 4 сцепного устройства 2 со штангой 10 БпЛА 3 перед стыковкой. Таким образом, как бы не отклонялся БпЛА 3 от своего положения сцепное устройство 2 автоматически поддерживает свое положение соосным со штангой 10. В случае отхода БпЛА 3 и выхода мишени 9 из поля зрения видеокамеры 6 заднего вида поддержание соосности прекращается, но снова возобновляется при приближении БпЛА 3 в стабильное положение за сцепным устройством 2.When the UAV 3 occupies a position behind the coupling device 2, the target 9 is in the field of view of the rear view camera 6. From this moment, the machine vision system continuously generates and transmits a signal to the control system showing the horizontal and vertical deviation of the target 9 from the sighting axis 11 formed between the video camera 6 and the target 9. Based on the signal, the coupling device 2 is maneuvered. the air flow occurs in the vertical and horizontal directions (shown by arrows in Fig. 3) in order to ensure the alignment of the conical niche 4 of the coupling device 2 with the rod 10 of the UAV 3 before docking. Thus, no matter how the UAV 3 deviates from its position, the coupling device 2 automatically maintains its position coaxial with the rod 10. If the UAV 3 departs and the target 9 leaves the field of view of the rear view camera 6, the alignment is stopped, but resumes again when the UAV approaches 3 to a stable position behind hitch 2.

Одновременно, система машинного зрения сцепного устройства 2 формирует сигнал, содержащий информацию о расстоянии от видеокамеры 6 до мишени 9, который непрерывно передается в систему управления сцепного устройства 2 и на борт самолета-носителя 1. На борту самолета-носителя 1 сигнал используется для управления лебедкой 22 буксировочного троса, на которую намотан буксировочный трос 8. Управление лебедкой 22 буксировочного троса может осуществляться вручную экипажем самолета-носителя или автоматически. В зависимости от расстояния между видеокамерой 6 и мишенью 9 осуществляется выбор скорости разматывания или сматывания буксировочного троса 8 на лебедке 22 и выполняется стыковка сцепного устройства 2 со штангой 10.At the same time, the machine vision system of the hitch 2 generates a signal containing information about the distance from the video camera 6 to the target 9, which is continuously transmitted to the control system of the hitch 2 and on board the carrier aircraft 1. On board the carrier aircraft 1, the signal is used to control the winch 22 of the towing cable, on which the tow cable 8 is wound. The control of the winch 22 of the towing cable can be carried out manually by the crew of the carrier aircraft or automatically. Depending on the distance between the video camera 6 and the target 9, the speed of unwinding or rewinding the towing cable 8 on the winch 22 is selected and the coupling device 2 is docked with the rod 10.

При стабильном положении БпЛА 3 и соосности его буксировочной штанги 10 с конической нишей 4 сцепного устройства 2, которое достигается вышеуказанным маневрированием сцепного устройства 2, осуществляется стыковка летательных аппаратов.With a stable position of the UAV 3 and the alignment of its towing rod 10 with the conical niche 4 of the coupling device 2, which is achieved by the above maneuvering of the coupling device 2, the aircraft are docked.

При попадании штанги 10 в коническую нишу 4 сцепного устройства 2 срабатывает замок на штанге 10, обеспечивая окончательную сцепку БпЛА 3 и сцепного устройства 2. Край конической ниши 4 сцепного устройства 2 имеет мягкую окантовку, которая минимизирует повреждения корпуса БпЛА 3 при возможных соударениях в случае промаха. После окончательной сцепки БпЛА 3 может выключить двигатель и продолжать управляемый полет в состоянии буксировки.When the rod 10 hits the conical niche 4 of the hitch 2, the lock on the rod 10 is activated, providing the final coupling of the UAV 3 and the hitch 2. The edge of the conical niche 4 of the hitch 2 has a soft edging, which minimizes damage to the body of the UAV 3 during possible collisions in case of a miss . After the final coupling, the UAV 3 can turn off the engine and continue controlled flight in the towing state.

Управление замком штанги 10 осуществляется от системы управления БпЛА 3, что позволяет БпЛА 3 в любой момент отцепиться и продолжить автономный полет. В аварийных случаях, при повреждении БпЛА 3 и невозможности безопасно вернуть его на борт самолета-носителя 1, самолет-носитель 1 имеет возможность сбросить БпЛА 3 вместе со сцепным устройством 2 или его частью.The rod lock 10 is controlled by the UAV 3 control system, which allows the UAV 3 to disengage at any time and continue its autonomous flight. In emergency cases, if the UAV 3 is damaged and it is impossible to safely return it to the carrier aircraft 1, the carrier aircraft 1 has the ability to drop the UAV 3 together with the coupling device 2 or part of it.

Дополнительно на самолет-носитель 1 передается сигнал, содержащий видеоизображение с видеокамеры 6 заднего вида до мишени 9. Этот видеосигнал не является обязательным для функционирования системы, а служит для контроля со стороны экипажа самолета-носителя 1. Таким образом, при наличии радиопомех и пропадании видеосигнала, система остается работоспособной. Поскольку при использовании проводного или оптического способа передачи вышеуказанного сигнала какое-либо радиоизлучение стыковочной системой при выполнении возвращения БпЛА на борт самолета-носителя может быть полностью исключено. На начальном этапе отработки системы, до полной реализации автоматических алгоритмов, видеосигнал может быть использован экипажем самолета-носителя для ручного дистанционного управления маневрированием сцепного устройства 2 с целью достижения соосности со штангой 10.Additionally, a signal containing a video image from the rear-view camera 6 to the target 9 is transmitted to the carrier aircraft 1. This video signal is not necessary for the operation of the system, but serves to control the crew of the carrier aircraft 1. Thus, in the presence of radio interference and loss of the video signal , the system remains operational. Since when using a wired or optical method of transmitting the above signal, any radio emission by the docking system during the return of the UAV to the carrier aircraft can be completely excluded. At the initial stage of the system development, before the full implementation of automatic algorithms, the video signal can be used by the crew of the carrier aircraft for manual remote control of the coupling device 2 maneuvering in order to achieve alignment with the rod 10.

После стыковки БпЛА 3 со сцепным устройством 2 возможно осуществление его буксировки, дозаправки или возвращения на борт самолета-носителя 1. В случае возвращения БпЛА 3 на борт самолета-носителя 1 начинается процесс подтягивания БпЛА 3 и его фиксации на борту самолета-носителя 1 для чего задействуются дополнительные элементы стыковочной системы.After docking the UAV 3 with the coupling device 2, it is possible to tow it, refuel it or return it to the carrier aircraft 1. additional elements of the docking system are involved.

Стыковочная система включает размещенные на самолете-носителе 1 элементы, а именно: сцепное устройство 2, буксировочный трос 8, лебедку 22 буксировочного троса, два конформных захвата 13, и рычажную систему 16. Конформные захваты 13 повторяют форму верхней части корпуса БпЛА 3, имеют скругленные углы и мягкую обшивку поверхности, контактирующую с корпусом БпЛА 3. На каждом из конформных захватов 13 расположены замок 14 и задний крюк 15. Конформные захваты 13 шарнирно закреплены на рычажной системе 16. Рычажная система 16 состоит из рычагов и переходных балок, закрепленных на корпусе самолета-носителя 1. На переходных балках расположены четыре замка 17, предназначенных для крепления конформных захватов 13 в сложенном положении. Лебедка 21 притягивания БпЛА 3 к самолету-носителю 1 имеет два троса 20, которые через блоки, закрепленные на переходных балках, подсоединены к конформным захватам 13. Рычажная система 16 в процессе притягивания конформных захватов 13 с помощью тросов 20 лебедки 21 притягивания, складывается и подводит конформные захваты 13 к замкам 17 крепления, расположенным на переходных балках. На БпЛА 3 расположены следующие элементы стыковочной системы: штанга 10, привод 12 штанги, две задние такелажные петли 18 и две передние такелажные петли 19, заглубленные в корпус БпЛА 3. Задние крюки 15 конформных захватов 13 входят в задние такелажные петли 18 БпЛА 3. Замки 14 соединяются с передними такелажными петлями 19. Крепление такелажных петлей 18 и 19 с задними крюками 15 и замками 14 конформных захватов 13 обеспечивает фиксацию БпЛА 3 в четырех точках.The docking system includes elements placed on the carrier aircraft 1, namely: a coupling device 2, a towing cable 8, a winch 22 of the towing cable, two conformal grippers 13, and a lever system 16. corners and soft skin of the surface in contact with the body of the UAV 3. On each of the conformal grips 13 there is a lock 14 and a rear hook 15. -carrier 1. Four locks 17 are located on the transition beams, designed to fasten the conformal grips 13 in the folded position. The winch 21 for pulling the UAV 3 to the carrier aircraft 1 has two cables 20, which are connected to the conformal grips 13 through blocks fixed on the transition beams. conformal grips 13 to the fastening locks 17 located on the transition beams. The following elements of the docking system are located on UAV 3: rod 10, rod drive 12, two rear rigging loops 18 and two front rigging loops 19 recessed into the UAV 3 body. 14 are connected to the front rigging loops 19. Attaching the rigging loops 18 and 19 to the rear hooks 15 and the locks 14 of the conformal grips 13 secures the UAV 3 at four points.

Процесс подтягивания БпЛА к самолету-носителю осуществляется, когда двигатель БпЛА выключен. Управление БпЛА выполняется в автоматическом режиме с помощью системы управления БпЛА аэродинамических рулей и привода изменения высоты подъема штанги. Алгоритм работы системы управления БпЛА обеспечивает его стабилизацию в воздушном потоке и заданное расстояние до нижней части самолета-носителя, которое может измеряться любым способом аппаратурой, имеющейся на БпЛА. В одном из вариантов выполнения на корпус самолета-носителя может быть нанесена разметка, с которой будет взаимодействовать оптическая аппаратура БпЛА. При этом расстояние до нижней части самолета-носителя будет являться функцией от положения БпЛА относительно корпуса самолета-носителя в продольном направлении. При достижении положения БпЛА под конформными захватами относительно корпуса самолета-носителя в продольном направлении, система управления БпЛА начинает уменьшать расстояние до нижней части самолета-носителя и, таким образом, корпус БпЛА входит в соприкосновение с захватами. Управление положением БпЛА относительно корпуса самолета-носителя в продольном направлении выполняется с помощью лебедки 22 буксировочного троса путем разматывания буксировочного троса 8, автоматически или вручную. Вручную разматывание буксировочного троса осуществляется экипажем самолета-носителя на основании информации, полученной с камер видеонаблюдения. При разматывании буксировочно троса 8, БпЛА сдвигается назад относительно корпуса самолета-носителя и система управления отводит БпЛА вниз. При сматывании буксировочного троса 8, БпЛА сдвигается вперед относительно корпуса самолета-носителя до положения, при котором система управления подводит БпЛА вверх до вхождения в зацепление с захватами. В случае неудачного зацепления (элементов стыковочной системы), разматывание буксировочного троса 8, сопровождающееся отводом БпЛА вниз, или сматывание буксировочного троса 8, сопровождающееся подводом БпЛА вверх, может быть многократно повторено. Возможность осуществления такого процесс особенно важно для первоначальной отладки алгоритмов системы управления БпЛА, которое должно быть выполнено для различных высот и скоростей стыковки, и в зависимости от остаточной массы БпЛА после выполнения им задания.The process of pulling the UAV to the carrier aircraft is carried out when the UAV engine is turned off. UAV control is carried out in automatic mode using the UAV control system of aerodynamic rudders and the drive for changing the height of the boom. The algorithm of the UAV control system ensures its stabilization in the air flow and the specified distance to the lower part of the carrier aircraft, which can be measured in any way by the equipment available on the UAV. In one of the embodiments, markings can be applied to the body of the carrier aircraft, with which the optical equipment of the UAV will interact. In this case, the distance to the lower part of the carrier aircraft will be a function of the position of the UAV relative to the body of the carrier aircraft in the longitudinal direction. When the UAV reaches the position under the conformal grips relative to the body of the carrier aircraft in the longitudinal direction, the UAV control system begins to reduce the distance to the lower part of the carrier aircraft and, thus, the UAV body comes into contact with the grips. The control of the position of the UAV relative to the body of the carrier aircraft in the longitudinal direction is performed using the winch 22 of the tow cable by unwinding the tow cable 8, automatically or manually. Manual unwinding of the towing rope is carried out by the crew of the carrier aircraft based on information received from CCTV cameras. When unwinding the towing cable 8, the UAV moves back relative to the body of the carrier aircraft and the control system takes the UAV down. When winding up the tow rope 8, the UAV moves forward relative to the body of the carrier aircraft to a position at which the control system brings the UAV up until it engages with the grips. In case of unsuccessful engagement (of the docking system elements), the unwinding of the towing cable 8, accompanied by the retraction of the UAV downward, or the reeling of the tow cable 8, accompanied by the approach of the UAV upward, can be repeated many times. The possibility of implementing such a process is especially important for the initial debugging of the algorithms of the UAV control system, which must be performed for various altitudes and docking speeds, and depending on the residual mass of the UAV after it completes the task.

На фиг. 6 показано расположение БпЛА 3 под конформными захватами 13, которое достигается при помощи сматывания буксировочного троса 8, при этом сцепное устройство 2 проходит между конформными захватами 13. Для достижения такого положения БпЛА используются аэродинамический руль БпЛА и управление высотой подъема штанги 10, управляемой с помощью привода 12. Применение всех органов управления БпЛА в сочетании позволяет держать БпЛА 3 на требуемом для сцепления расстоянии от самолета-носителя 1 и от выпущенных конформных захватов 13.In FIG. 6 shows the location of the UAV 3 under the conformal grips 13, which is achieved by winding the tow rope 8, while the hitch 2 passes between the conformal grips 13. To achieve this position of the UAV, the UAV's aerodynamic steering wheel and control of the lift height of the rod 10, controlled by the drive 12. The use of all the controls of the UAV in combination allows you to keep the UAV 3 at the distance required for adhesion from the carrier aircraft 1 and from the released conformal grips 13.

На фиг. 7 показано центрирование корпуса БпЛА при его соприкосновении с конформными захватами 13, которое происходит при движении БпЛА вверх, выполняемое путем одновременного управления аэродинамическим рулем высоты БпЛА 3, приводом 12 штанги 10 и приводом лебедки 22 буксировочного троса 8.In FIG. 7 shows the centering of the UAV body when it comes into contact with the conformal grips 13, which occurs when the UAV moves upwards, performed by simultaneously controlling the aerodynamic elevator of the UAV 3, the drive 12 of the rod 10 and the drive of the winch 22 of the towing cable 8.

Далее происходит проскальзывание корпуса БпЛА 3 в конформных захватах 13 до входа задних крюков 15 в задние такелажные петли 18 БпЛА (фиг. 8). Передние такелажные петли 19 заглублены в корпус БпЛА 3 и поэтому не препятствуют вышеуказанному проскальзыванию корпуса БпЛА 3 в конформных захватах 13. БпЛА 3 фиксируется в конформных захватах 13 замками 14 закрепленными в передние такелажные петли 19 и задними крюками 15 заведенными в задние такелажные петли 18 в четырех точках.Next, the UAV body 3 slips in the conformal grips 13 until the rear hooks 15 enter the UAV rear rigging loops 18 (Fig. 8). The front lifting loops 19 are recessed into the body of the UAV 3 and therefore do not interfere with the above slippage of the body of the UAV 3 in conformal grips 13. points.

После сцепления БпЛа и конформных захватах выполняется притягивание конформных захватов 13 с закрепленным на них БпЛА к корпусу самолета-носителя с помощью тросов 20 лебедки 21 притягивания. В результате чего осуществляется складывание рычажной системы 16 и окончательная фиксация конформных захватов 13 с БпЛА замками 17 крепления к переходным балкам самолета носителя.After the coupling of the UAV and the conformal grips, the conformal grips 13 are pulled with the UAV attached to them to the body of the carrier aircraft with the help of cables 20 of the pull winch 21. As a result, the lever system 16 is folded and the conformal grips 13 with the UAV are finally fixed with the locks 17 attached to the transfer beams of the carrier aircraft.

В случае необходимости, например при расположении стыковочной системы во внутреннем отсеке самолета-носителя, аэродинамические поверхности БпЛА могут быть выполнены складываемыми, и скалываться перед началом притягивания.If necessary, for example, when the docking system is located in the internal compartment of the carrier aircraft, the aerodynamic surfaces of the UAV can be made foldable and chip off before the start of attraction.

Для запуска БпЛА 3 с борта самолета носителя 1 применяется один из двух способов: быстрый сброс и постепенное отделение. Для начала запуска освобождаются замки 17 крепления и конформные захваты 13 с БпЛА опускаются вниз на тросах 20 лебедки притягивания 21 до полного раскладывания рычажной системы 16, после чего освобождаются замки 14. Для осуществления быстрого сброса, система управления БпЛА одновременно с освобождением БпЛА 3 от конформных захватов 13 открывает замок штанги 10 и БпЛА 3 расстыковываются со сцепным устройством 2. БпЛА 3 переводится в полетную конфигурацию и запускает двигатель уже свободном падении. Для осуществления постепенного отделения путем разматывания буксировочного троса 8 производится управляемый постепенный отвод БпЛА 3 от борта самолета-носителя 1, с переводом БпЛА в полетную конфигурацию, запуском двигателя и последующим открытием замка штанги 10, при готовности БпЛА 3 к отделению.To launch the UAV 3 from the carrier aircraft 1, one of two methods is used: quick release and gradual separation. To start the launch, the fastening locks 17 and conformal grips 13 are released with the UAV descending on the cables 20 of the pull winch 21 until the lever system 16 is fully unfolded, after which the locks 14 are released. To implement a quick reset, the UAV control system simultaneously with the release of the UAV 3 from conformal grips 13 opens the lock of the rod 10 and the UAV 3 is undocked from the coupling device 2. The UAV 3 is transferred to the flight configuration and starts the engine already in free fall. To implement a gradual separation by unwinding the tow rope 8, a controlled gradual withdrawal of the UAV 3 from the side of the carrier aircraft 1 is performed, with the UAV transferred to the flight configuration, starting the engine and then opening the lock of the rod 10, when the UAV 3 is ready for separation.

Таким образом, стыковочная система, включающая сцепное устройство в виде малого буксируемого автоматического летательного аппарата, раскрытой выше конструкции, а также способ стыковки летательных аппаратов позволяют эффективно выполнять быструю и безопасную стыковку двух летательных аппаратов в воздухе, а также возвращение БпЛА на борт самолета-носителя. Такие процессы могут выполняться в сложных метеоусловиях и ночью, а также в условиях воздействия радиопомех, не требуют высокого профессионального мастерства пилота стыкуемых летательных аппаратов, позволяет снизить влияние человеческого фактора на процесс стыковки. В частности, группа изобретений позволяет реализовать полностью автоматическую стыковку без участия человека.Thus, the docking system, which includes a coupling device in the form of a small towed automatic aircraft, the design disclosed above, as well as a method for docking aircraft, allows you to effectively perform quick and safe docking of two aircraft in the air, as well as return the UAV to the carrier aircraft. Such processes can be performed in difficult weather conditions and at night, as well as under conditions of radio interference, do not require high professional skills of the pilot of the docking aircraft, and can reduce the influence of the human factor on the docking process. In particular, the group of inventions makes it possible to implement fully automatic docking without human intervention.

Claims

1. A coupling device designed for docking aircraft, which is a small towed automatic aircraft, including a body, a conical niche with a hook located in the rear of the body, aerodynamic surfaces with electric drives located on the body and configured to control the position of the hitch in the air stream, a light signal source, a control system, a machine vision system with a rear-view video camera, an information communication channel and a power supply.

2. A docking system, including a hitch according to claim 1, a tow rope, a tow rope winch, a rod with a mechanical lock designed to engage with a hook of a conical niche in the hitch body, a rod drive that provides control of the rod lifting height, a target made in in the form of a light signal source and markings, located on the rod, and designed to interact with the machine vision system of the hitch.

3. Docking system according to claim 2, additionally containing a lever system having fastening locks, conformal grips, hinged on the lever system and having locks and rear hooks, front and rear rigging units designed to engage with locks and rear hooks of conformal grips.

4. The method of docking aircraft using the docking system according to claim 3, characterized in that it contains sequentially performed steps: the release of the coupling device according to claim 1 on the towing cable from the carrier aircraft, the stabilization of the coupling device using aerodynamic surfaces and the control system, ensuring the alignment of the coupling device and the rod of the docking aircraft, using the control system of the coupling device, docking the coupling device and the aircraft, pulling the aircraft to the carrier aircraft with the control of the aircraft, including changing the lift height of the rod, coupling the aircraft with conformal grips by centering and sliding the body of the aircraft in the grips until the rear hooks of the grips enter the rear rigging loops of the aircraft, followed by closing the locks on the front rigging loops of the aircraft, pulling the grips from the aircraft to body with simultaneous folding of the lever system, the final fixation of the grips from the aircraft with locks, pulling the aircraft on board the carrier aircraft.