+7 (499) 322-30-47  Москва

+7 (812) 385-59-71  Санкт-Петербург

8 (800) 222-34-18  Остальные регионы

Бесплатная консультация с юристом!

Патент на изобретение бпла

Изобретение относится к области авиационной техники. Беспилотный авиационный комплекс (БАК) безаэродромного базирования содержит беспилотный летательный аппарат (БПЛА) и стартовую наземную станцию, содержащую мобильную платформу и установленные на ней энергетическую установку и блок управления полетом БПЛА. БПЛА выполнен в виде двухконсольного крыла, на поворотных консолях которого установлены движители. Консоли выполнены с возможностью их поворота на 180° относительно продольной оси крыла вокруг корпуса для полезной нагрузки. На платформе стартовой наземной станции установлен вертикально трансмиссионный вал, связанный с редуктором, и стартовое устройство, установленное с помощью трех опор. Стартовое устройство содержит средства для передачи вращения от трансмиссионного вала к БПЛА, а также средства для его фиксации и расфиксации при заданной скорости вращения трансмиссионного вала. Опоры стартового устройства выполнены телескопическими с независимой регулировкой их длины от блока управления для предполетной коррекции пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата. БАК снабжен системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата. Достигается увеличение дальности и длительности действия, а также эффективности беспилотного летательного аппарата. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2403182

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), используемым в составе подвижного беспилотного авиационного комплекса (БАК) безаэродромного базирования.

Известны беспилотные летательные аппараты, например, Eagle Eye американской фирмы Bell (www janes com) типа V-22 Osprey с поворотными винтами, позволяющими летательному аппарату взлетать по-вертолетному, а затем переходить на самолетный режим полета.

Недостатком такого типа летательных аппаратов является ограничение дальности, высоты и времени его работы вследствие использования для подъема и полета летательного аппарата ограниченных внутренних источников энергии, например топлива на борту.

Использование движителями внешнего источника энергии, установленного на мобильной платформе, а также невозможность совершать самостоятельное перемещение вне привязки к наземной станции — ограничивают функциональные возможности такого беспилотного авиационного комплекса. В частности, высота подъема платформы ограничена длиной привязи, которая продиктована, в том числе, массой входящего в нее кабеля.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности действия беспилотного летательного аппарата, расширение контролируемой площади, дальности его действия и длительности его функционирования за счет использования внешнего источника энергии (установленного на мобильной платформе) для накопления кинетической энергии и обеспечения «прыжкового взлета» беспилотного летательного аппарата на заданную высоту и его перехода на самолетный режим работы.

Поставленная задача решена благодаря тому, что в беспилотном авиационном комплексе, содержащем беспилотный летательный аппарат, включающий движители и корпус для полезной нагрузки, и стартовую наземную станцию, содержащую мобильную платформу, например колесную, и установленные на ней энергетическую установку и блок управления полетом беспилотного летательного аппарата, согласно изобретению беспилотный летательный аппарат выполнен в виде двухконсольного крыла, на консолях которого установлены движители, причем консоли выполнены с возможностью их поворота на 180° относительно продольной оси крыла вокруг корпуса для полезной нагрузки, например шарообразного, а на платформе стартовой наземной станции установлен вертикально трансмиссионный вал, связанный с редуктором, и стартовое устройство, которое установлено с помощью трех опор и содержит средства для передачи вращения от трансмиссионного вала к беспилотному летательному аппарату, а также средства для его фиксации и расфиксации относительно стартового устройства.

В частности, стартовое устройство может быть снабжено двумя жестко связанными с трансмиссионным валом кронштейнами с захватами, взаимодействующими с ответными силовыми узлами беспилотного летательного аппарата и выполненными с возможностью их фиксации и расфиксации при заданной скорости вращения трансмиссионного вала.

Опоры стартового устройства выполнены телескопическими с независимой регулировкой их длины от блока управления для предполетной коррекции пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата.

Беспилотный авиационный комплекс снабжен также системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата.

Использование стартового устройства для подъема беспилотного летательного аппарата путем «прыжкового взлета» (термин, используемый, например, применительно к автожиру) за счет внешнего источника питания обеспечивает ему запас кинетической энергии, которая используется для его подъема на заданную высоту и для перехода на самолетный режим работы. Выполнение беспилотного летательного аппарата в виде крыла, консоли которого вместе с движителями на них имеют возможность поворота на 180 градусов относительно продольной оси крыла, обеспечивает беспилотному летательному аппарату различные режимы работы — от взлетного режима, обеспечивающего его раскрутку с помощью стартовой наземной станции, до самолетного режима, обеспечивающего автономный длительный полет. Движители могут быть выполнены с турбореактивными, с турбовинтовыми, а также с поршневыми или электрическими двигателями.

Вертикальный трансмиссионный вал, передающий вращение с кронштейнов стартового устройства беспилотному летательному аппарату при зафиксированных захватах, позволяет раскрутить его до заданной скорости вращения трансмиссионного вала, обеспечивая ему запас кинетической энергии. При расфиксации захватов кронштейнов, например, при заданной скорости вращения трансмиссионного вала, беспилотный летательный аппарат совершает «прыжковый взлет» до необходимой расчетной высоты. При раскрутке беспилотного летательного аппарата на трансмиссионном валу стартовой наземной станции, консоли его крыла с движителями находятся в положении, обеспечивающими его вращение. Возможность автоматической предполетной коррекции стартовой пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата, а также возможность предполетной автоматической статической балансировки его (дистанционно со стартовой наземной станции или по заданной программе) направлены на обеспечение точности и безопасности его взлета.

Блок управления полетом, размещенный на стартовой наземной станции, обеспечивает дистанционное управление работой беспилотного летательного аппарата, в частности подает сигналы для изменения взаимного положения консолей с движителями как для работы па самолетном режиме, так и в противоположном положении — для работы в стартовом режиме. Беспилотный авиационный комплекс снабжен системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата, выполненной, например, с помощью известной системы перемещаемых грузов.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг.1 — беспилотный авиационный комплекс с беспилотным летательным аппаратом (с турбовинтовыми двигателями) при стартовом положении консолей крыла;

Фиг.2 — беспилотный авиационный комплекс с беспилотным летательным аппаратом (с турбореактивными двигателями) при стартовом положении консолей крыла;

Фиг.3 — беспилотный летательный аппарат при положении консолей крыла, соответствующем самолетному режиму полета;

Фиг.4 — схематичное изображение различных этапов вывода беспилотного летательного аппарата на самолетный режим полета,

Беспилотный авиационный комплекс состоит из собственно беспилотного летательного аппарата 1 и стартовой наземной станции 2 (фиг.1), которая служит для обеспечения «прыжкового взлета» беспилотного летательного аппарата и дистанционного управления его полетом.

Беспилотный летательный аппарат 1 выполнен в виде двухконсольного крыла, на консолях 3 и 4 которого соответственно установлены движители 5 и 6. Движители 5 и 6 могут быть выполнены, например, в виде турбовальных двигателей с винтами 7 и 8 с изменяемым углом установки лопастей. Кроме этого, они могут иметь стабилизирующие поверхности 9 и рули и 10 для управления полетом беспилотного летательного аппарата 1 (фиг.1 и 2).

Беспилотный летательный аппарат 1 имеет корпус 11 полезной нагрузки, выполненный, например, шарообразной формы для уменьшения лобового сопротивления при запуске. Корпус 11 полезной нагрузки предназначен для размещения в нем автономных бортовых источников питания, топлива для двигателей, а также различного оборудования для приема, управления и передачи на землю различной информации.

Консоли 3 и 4 выполнены профилированными по всей длине для создания подъемной силы при горизонтальном полете БПЛА, а также имеют возможность поворота на 180 градусов относительно продольной оси крыла.

Стартовая наземная станция 2 выполнена в виде платформы 12, установленной на транспортном средстве, например, на автомобильном, железнодорожном или водном. На платформе 12 установлены блок 13 управления полетом беспилотного летательного аппарата, энергетический узел 14, а также редуктор 15 с вертикальным трансмиссионным валом 16 и стартовое устройство 17, которое установлено с помощью трех телескопических опор 18.

Стартовое устройство 17 снабжено несколькими жестко связанными с трансмиссионным валом 16 кронштейнами 19 с захватами на концах (не показаны), взаимодействующими с ответными силовыми узлами беспилотного летательного аппарата 1 для передачи ему вращения от трансмиссионного вала 16. Захваты выполнены быстродействующими, с возможностью их фиксации и мгновенной расфиксации относительно стартового устройства 17 при заданной скорости вращения трансмиссионного вала 15 и связаны с блоком управления 13.

Телескопические опоры 18 выполнены с независимой регулировкой их длины от блока управления 13 для предполетной коррекции пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата 1.

Беспилотный авиационный комплекс снабжен системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата 1, которая может быть выполнена, например, за счет внутренней системы изменения его центровки, например, путем перекачки топлива или изменением положения полезной нагрузки в корпусе 11.

Беспилотный авиационный комплекс осуществляет запуск беспилотного летательного аппарата (БПЛА) 1 следующим образом. Стартовая наземная станция 2 прибывает на место старта и разворачивает свою платформу 12. БПЛА устанавливают на стартовое устройство 17, связанное с трансмиссионным валом 16, и соединяют силовые узлы крепления БПЛА с захватами на кронштейнов 19 стартового устройства 17. Затем приводят БПЛА 1 в стартовое положение (позиция А на фиг.4), при котором консоли 3 и 4 крыла с движителями 5, 6 повернуты относительно друг друга на 180 градусов относительно продольной оси крыла. После этого с помощью блока управления автоматически проводят коррекцию стартового пространственного положения БПЛА путем независимой регулировки длины телескопических опор 18 для осуществления точного и безопасного старта. Кроме этого, проводят предполетную автоматическую статическую балансировку БПЛА.

Затем осуществляют раскрутку БПЛА с помощью трансмиссионного вала 16 редуктора 15 наземного энергетического узла 14 стартовой наземной станции 2. При достижении заданных расчетных оборотов трансмиссионного вала 16 блок 13 управления полетом БПЛА подает команду на расфиксацию узлов захвата кронштейнов 19. Кинетическая энергия, накопленная БПЛА, преобразуется в подъемную силу и позволяет ему осуществить «прыжковый взлет» на расчетную высоту (положения А-Г фиг.4). Блок 13 управления полетом в момент отрыва (положения А и Б фиг.4) изменяет шаг консолей 3, 4 крыла, придавая крылу свойства несущего винта.

В процессе исчерпания кинетической энергии БПЛА блок управления 13 осуществляет переходный режим с «взаимным» разворотом консолей 3, 4 крыла до их положения, соответствующего полету БПЛА «по самолетному» (положения В-Г фиг.4).

При начале падения БПЛА (из положения Г фиг.4) включаются движители 5, 6, и БПЛА переходит в самолетный режим полета (положение Д фиг.4) за счет бортовых источников энергии. Автономный полет БПЛА выполняет по программе блока управления полетом 13 на самолетном режиме.

Выполнение запуска с использованием эффекта «прыжкового взлета» позволяет существенно экономить бортовые источники энергии, что увеличивает длительность работы БПЛА, дальность и эффективность его действия.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Беспилотный авиационный комплекс, содержащий беспилотный летательный аппарат, включающий движители и корпус для полезной нагрузки, и стартовую наземную станцию, содержащую: мобильную платформу, например колесную, и установленные на ней энергетическую установку и блок управления полетом беспилотного летательного аппарата, отличающийся тем, что беспилотный летательный аппарат выполнен в виде двухконсольного крыла, на консолях которого установлены движители, причем консоли выполнены с возможностью их поворота на 180° относительно продольной оси крыла вокруг корпуса для полезной нагрузки, например шарообразного, а на платформе стартовой наземной станции установлен вертикально трансмиссионный вал, связанный с редуктором, и стартовое устройство, которое установлено с помощью трех опор и содержит средства для передачи вращения от трансмиссионного вала к беспилотному летательному аппарату, а также средства для его фиксации и расфиксации относительно стартового устройства.

2. Беспилотный авиационный комплекс по п.1, отличающийся тем, что стартовое устройство снабжено жестко связанными с трансмиссионным валом кронштейнами с захватами, взаимодействующими с ответными силовыми узлами беспилотного летательного аппарата и выполненными с возможностью их фиксации и расфиксации при заданной скорости вращения трансмиссионного вала.

3. Беспилотный авиационный комплекс по п.1, отличающийся тем, что опоры стартового устройства выполнены телескопическими с независимой регулировкой их длины от блока управления для предполетной коррекции пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата.

4. Беспилотный авиационный комплекс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата.

Защита интеллектуальной собственности в России

Сегодня мы с удовольствием сообщаем о регистрации патента на изобретение «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки»!

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий сложное сборное крыло, состоящее из генератора спрямленного воздушного потока и нескольких блоков с аэродинамическими поверхностями, расположенных последовательно друг за другом, кабину, силовую установку, систему управления и стабилизации полета, отличающийся тем, что аэродинамические поверхности в виде крылышек по четыре вертикальных ряда с предохранительными вертикальными плоскостями установлены в блоки крыльев таким образом, что крылышки не должны оказывать взаимного негативного влияния друг на друга, что по вертикали крылышки одно от другого расположены на расстоянии двойной ширины крылышка, а по горизонтали один ряд от другого отстоит на ширину крылышка, второй ряд по вертикали относительно первого ряда поднят вверх на ширину крылышка, третий ряд относительно первого поднят на одну треть ширины крылышка, четвертый ряд по вертикали относительно третьего ряда поднят вверх на ширину крылышка; перед первым блоком крылышек установлен вентилятор со спрямляющим воздушный поток устройством, при этом длина сборки блоков составляет три диаметра рабочего диаметра вентилятора, сложное сборное крыло или несколько крыльев установлены сверху кабины, на которой также установлена одна или несколько тянущих аэродинамических силовых установок, сзади кабины установлена система управления и стабилизации полета, а в нижней части кабины расположено шасси.

Желаем успешного старта вашему изобретению, новых находок и открытий, продолжения сотрудничества!

Пресс-центр Международного патентного бюро GLOBALPATENT

Электронная почта: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

* В целях соблюдения конфиденциальности, данные об авторах и правообладателе исключены из изображения

Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов

Патент № 2574224

Авторы патента

Владельцы патента

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использовано в военной технике. Прием и формирование изображений осуществляют в трех точках, размещенных на Г-образной платформе с двумя равными базами под углом 90°. В средней точке размещены четыре телевизионных датчика, размещенных по горизонтали через каждые 90°, тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможность обнаруживать МБЛА в пассивном режиме. Две другие точки комплекта телевизионных датчиков размещены по горизонтали через 180° друг от друга, тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки для определения дальности и координат до МБЛА в пассивном режиме. Технический результат — повышение возможности обнаружения МБЛА. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использовано в военной технике.

Известный способ имеет следующие недостатки: невозможно обнаружить МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, так как он позволяет обнаружить объект в направлении на контролируемое пространство в переделах работы видеосистем на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников, например CMOS-матриц с объективами, невозможностью определения пространственных координат МБЛА и определения их дальнейшего направления движения.

Задачей, стоящей перед настоящим изобретением, является повышение возможности обнаружения МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, определение пространственных координат МБЛА и его дальнейшего направления движения, с целью последующей борьбы с ними.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе пассивного обнаружения и определения координат МБЛА, заключающемся в приеме и формировании двух изображений в трех точках 1 с двумя равными базами 2, размещенными на Г-образной платформе с углом 90° посередине и с четырьмя стереопарами, состоящими из восьми телевизионных датчиков 3 с одинаковыми характеристиками, размещенными под углами 45° выше линии горизонта, при этом в средней точке размещены четыре телевизионных датчика 3, расположенных по горизонтали через каждые 90° (фиг. 1), тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможностью обнаруживать МБЛА в пространстве. В двух остальных точках комплекта телевизионные датчики размещены по горизонтали через 180 друг от друга (фиг. 1), тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки. Такое построение стереопар предназначено для определения дальности до МБЛА 6 в пассивном режиме на 360 по горизонтали и на 90° по вертикали. Все телевизионные датчики жестко закреплены и строго отъюстированы между собой по парам и имеют выходы соответственно соединенные с входами ЭВМ 4 (фиг. 2). Соединение между телевизионными датчиками 3 и ЭВМ осуществляется проводами, проложенными внутри платформы 2 и кабель-канала 5. Питание всех элементов устройства производится от аккумуляторной батареи ЭВМ 4 (фиг. 3).

Управление работой и обработкой полученной информации осуществляется программным обеспечением ЭВМ 4, в которое вводятся исходные данные: координаты Г-образной платформы (Xпл,Yпл,Zпл) и величины ориентирования ее по направлению в пространстве. Данные вводятся в автоматическом режиме с помощью датчика топопривязки и навигации 7 [6].

Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов работает следующим образом: электромагнитное излучение от МБЛА 6 поступает на два телевизионных датчика, в данном случае стереопара: 3.1.2 и 3.2.2 (фиг. 3). Обнаружение МБЛА 6 происходит на основе сравнения кадров видеопоследовательности и определения геометрических и цветовых изменений сформированных изображений телевизионным датчиком 3.2.2 [5]. ЭВМ 4 автоматически выбирает основной телевизионный датчик для определения дальности до МБЛА, в данном случае — 3.1.2 и для определения угла γ телевизионный датчик — 3.2.2 (фиг. 4).

Дальность D до МБЛА определяется по величине параллактического угла γ и по величине базы прибора Б (стереоскопический базовый метод измерения дальности) [6], определяемой положением точки проецирования МБЛА на матрице ПЗС 8 (фиг. 5)

В приборе угол γ определяется исходя из величины линейного параллакса P, измеренного по прибору как

где f — фокусное расстояние объективов прибора.

Анализ изображений проводится с помощью ЭВМ 4 и определяется величина смещения точки пикселя оптической оси P3.1.2 (телевизионный датчик 3.1.2), которая является точкой луча для определения дальности D1 9 и точкой пикселя, параллельной оптической оси стереопары (телевизионный датчик 3.2.2), относительно ее определяется Р3.2..2 10 и соответственно γ (фиг. 5). Телевизионные датчики жестко закреплены, отъюстированы и скоординированы их матрицы ПЗС, поэтому ошибка определения расстояния до МБЛА не большая.

Дальность D1 до МБЛА определяется по формулам (1) и (2) с учетом величин параллактического угла γ=P3.2.2/f и базы между телевизионными датчиками Б (фиг. 6). Используя координаты Г-образной платформы и углы направления εМБЛА, αМБЛА, ЭВМ 4 рассчитывает пространственные координаты МБЛА в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Анализируя изменяющиеся пространственные координаты МБЛА 6, ЭВМ 4 определяет скорость и направление движения, что позволяет производить сопровождение МБЛА.

Информация о координатах Г-образной платформы рассчитывается в автоматическом режиме и поступает с датчика топопривязки и навигации 7 или введенных данных в ручном режиме, полученных с топографических карт (например, Xпл, Yпл, Zпл), поступает в ЭВМ 4. В ЭВМ 4 полученные данные о расстоянии между Г-образной платформой и МБЛА, равном D1, горизонтальном угле αМБЛА и вертикальном угле εМБЛА (телевизионного датчика), в данном случае εМБЛА=45°-εтд, с Г-образной платформы на МБЛА 6, обрабатываются и рассчитываются пространственные координаты МБЛА по формулам (фиг. 6), где угол по горизонтали — βМБЛА рассчитывается формуле (Pα величина приращения параллактического смещения Ρ3.1.2 по оси X ПЗС — матрицы телевизионного датчика), а угол по вертикали εтд рассчитывается по формуле , (P εтд величина приращения параллактического смещения Р3.1.2 по оси Υ ПЗС — матрицы телевизионного датчика) (фиг. 5) [4].

На основе постоянной корректировки местоположения МБЛА на мониторе ЭВМ 4 оператору выдается информация текущих координат и расстояния до цели, а также вырисовывается направление его движения для прицеливания средства борьбы с МБЛА.

Таким образом, способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов, имея малые габариты, энергопотребление и стоимость, позволяет обнаруживать МБЛА на 360° по горизонтали и на 90° по вертикали, в оптическом диапазоне электромагнитных волн, определяя пространственные координаты МБЛА в пассивном режиме, с целью последующей борьбы с ними.

1. Способ пассивного обнаружения и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА), заключающийся в селекции объекта на удаленном фоне, приеме и формировании изображений в пространственно разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений высокоскоростными фотоприемниками, анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного, отличающийся тем, что в приеме и формировании изображений используются три точки с двумя равными базами, размещенными на Г-образной платформе с углом 90° посередине и с четырьмя стереопарами, состоящими из восьми телевизионных датчиков с одинаковыми характеристиками, размещенных под углами 45° выше линии горизонта, при этом в средней точке размещены четыре телевизионных датчика, размещенных по горизонтали через каждые 90°, тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможность обнаруживать МБЛА в пассивном режиме.

2. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что две другие точки комплекта телевизионных датчиков размещены по горизонтали через 180° друг от друга, тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки для определения дальности до МБЛА в пассивном режиме.

3. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что анализ изображений проводится с помощью ЭВМ и определяется величина смещения точки пикселя оптической оси первого телевизионного датчика стереопары, которая является точкой луча для определения дальности до МБЛА и точкой пикселя параллельной оптической оси второго телевизионного датчика стереопары, относительно которой определяется смещение пикселя как величина линейного параллакса Ρ и рассчитывается параллактический угол γ по выражению γ=P/f, где f — фокусное расстояние объективов телевизионных датчиков, дальность до МБЛА рассчитывается по формуле Д=Б/tgγ, где Б — расстояние между стереопарами.

4. Способ пассивного обнаружения и определения координат МБЛА по п. 1, отличающийся тем, что и определения пространственных координат XМБЛА, УМБЛА, ZМБЛА заключается в расчете ЭВМ по формулам XМБЛА=XПЛ+ΔX=XПЛ+Дcos (αМБЛА), УМБЛАПЛ+ΔУ=УПЛ+Дsin (αМБЛА), ZMBЛA=ZПЛ+ΔZ=ZПЛ+Дsin (εМБЛА), где αМБЛА — угол по горизонтали, который рассчитывается по величине приращения параллактического смещения точки пикселя по оси X ПЗС — матрицы телевизионного датчика, εМБЛА — угол по высоте, который рассчитывается по формуле εМБЛА=45°±εтд, где εтд рассчитывается по величине приращения параллактического смещения точки пикселя по оси Y ПЗС — матрицы телевизионного датчика, при этом информация о пространственных координатах Г-образной платформы XПЛ, YПЛ, ZПЛ вводится в ЭВМ в ручном режиме или в автоматическом режиме с датчика топопривязки и навигации.

Патент на изобретение бпла

Общая концепция решаемых задач

Одной из основных задач, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание беспилотного летательного аппарата с автоматизированным управлением, способного производить вертикальное приводнение, набор огнегасящей жидкости (воды) в баки при нахождении аппарата на плаву, взлетать вертикально, доставлять жидкость к месту пожара и производить её сброс на очаг пожара по сигналам бортовых датчиков.

Второй задачей является разработка такого аппарата, который мог бы иметь защищенную силовую установку от попадания брызг воды при его взлете и посадке, а также быть безопасным в эксплуатации для окружающих.

Третьей задачей является обеспечение такой компоновки аппарата, при которой баки с огнегасящей жидкостью сосредоточены в непосредственной близости от его оси с наименьшим разносом масс.

Основные требования к аппарату в рамках решаемых задач

– отсутствие низкочастотных вибраций, присущих летательным аппаратам вертолетных схем из-за работы автомата перекоса;

– относительная простота аэродинамических исполнительных органов управления;

– достижение более высокого КПД;

– относительно небольшой разнос масс, позволяющий иметь довольно высокую маневренность аппарата.

Пути решения поставленных задач

Один из вариантов решения поставленных технических задач представлен следующим образом. Беспилотный летательный аппарат для выполнения противопожарных работ обеспечен возможностью вертикального взлёта и посадки, выполнен по дисковидной компоновке. Создание аэродинамической подъемной силы аппарата основано на эффекте «Коанда», а тяги – на использовании центростремительного расширения выходящей струи воздуха под корпусом аппарата. Он оснащен турбовальным силовым агрегатом со свободной турбиной, установленным сверху дисковидного корпуса по его вертикальной оси. Силовой агрегат имеет газодинамический и механический приводы на вентиляторы противоположного вращения. Один из вентиляторов, центробежный в кольце, прикреплённом коаксиально с зазором к внешней поверхности наружного дисковидного корпуса, нагнетает поток с изменением направления от осевого к радиальному вдоль поверхности «Коанда». Другой обеспечивает движение потока с его центростремительным расширением на выходе из внутреннего пространства дисковидного корпуса. Внутри дисковидного корпуса содержится удобообтекаемый модуль оборудования и целевой нагрузки, который размещен эквидистантно его внутренней поверхности. Внутри модуля содержатся баки для огнегасящей жидкости и различное обеспечивающее оборудование. Изменение величины подъемной силы, управление и перемещения аппарата в пространстве осуществляются в автоматизированном режиме полета отклонениями дополнительного кольцевого крыла, обдуваемого потоком воздуха реактивной струи. Развороты аппарата вокруг вертикальной оси обеспечивают выдвигаемые в поток из модуля оборудования и целевой нагрузки аэродинамические управляющие поверхности.

Существенными признаками технического решения являются:

– Применение турбовального силового агрегата, который имеет газодинамическую связь с центробежным вентилятором левого вращения и механическую связь с центробежным вентилятором правого вращения, или наоборот.

– Использование наружной поверхности аппарата, сформированной в виде поверхности «Коанда» для создания дополнительной подъемной силы путем ее обдува потоком воздуха.

– Использование центростремительной реактивной струи воздуха, истекающей из кольцевого сопла центробежного вентилятора, которая обтекает верхнюю поверхность дополнительного кольцевого крыла для создания управляемого приращения подъёмной силы.

– Применение подвижного подвеса крыла на эластомерных втулках, скользящих независимо вдоль опор шасси аппарата, позволяет менять углы установки крыла относительно осей X и Z.

– Использование выдвижных аэродинамических поверхностей управления по курсу и для его разворотов относительно оси Y позволяет устранить выступающие за габариты аппарата элементы.

– Использование внутреннего осесимметричного водяного бака в зоне вертикальной оси аппарата позволяет выполнять более точный сброс огнегасящей жидкости на очаг пожара.

– Использование кольцевого поплавка с обдуваемой верхней профилированной поверхностью, над которой проходит эжектируемый воздух, позволяет иметь дополнительную подъемную силу.

– на рис. 1 – вид аппарата сбоку в разрезе на водной поверхности.

– на рис. 2 – вид аппарата сверху;

Технический результат, полученный особенностями компоновки аппарата – интеграция используемых аэродинамических эффектов, поясняет возникновение его подъемной силы за счет следующих составляющих:

– использование эффекта Коанда для создания разряжения на верхней поверхности крыла;

– наддув нижней поверхности круглого крыла;

– эжектирующее действие выходящей струи воздуха на поверхность кольцевого крыла

– эжектирующее действие выходящей струи воздуха на поверхность кольцевого поплавка.

– совместное действие всех или части этих сил;

Описание конструкции и работа аппарата

Летательный аппарат для выполнения противопожарных работ (рис. 1, рис. 2), выполнен в виде дисковидного несущего корпуса, образованного двумя линзообразными поверхностями 1, 2, установленными с определенным зазором 3 одна относительно другой. Под дисковидным несущим корпусом зазор 3 формирует кольцевое сопло 4 аппарата и обеспечивает центростремительное направление расширения реактивной струи 5. Линзообразная поверхность 1 сформирована в соответствии с математическим описанием поверхности «Коанда». Одновременно, эквидистантно сформированная линзообразная поверхность 2, принадлежит модулю оборудования и целевой нагрузки 6.

Аппарат оснащен турбовальным силовым агрегатом 7 со свободной турбиной 8. Турбовальный агрегат 7 вращает центробежные вентиляторы 9, 10 во взаимно противоположных направлениях. С вентилятором 9 турбовальный агрегат 7 соединен газодинамической связью, а с вентилятором 10 – механической.

Вентилятор 9 нагнетает поток воздуха, смешанный с выхлопными газами турбовального агрегата 7, в сопло 11 и интенсивно обдувает линзообразную поверхность 1, сформированную в виде поверхности «Коанда». В результате такого обдува линзообразной поверхности 1 возникает зона пониженного давления с повышенной температурой, а с противоположной, нижней стороны поверхности модуля оборудования и целевой нагрузки 6 – зона повышенного давления, что и приводит к возникновению подъемной силы.

Вал свободной турбины 8, соединенный с центробежным вентилятором 10, вращает его, нагнетая поток в зазор 3 между двумя линзообразными поверхностями 1, 2. Далее поток направляется в центростремительном направлении в кольцевое сопло 4. Кольцевое сопло 4 обеспечивает центростремительное расширение потока 5 воздушной струи. Поток 5 направляется вдоль нижней поверхности модуля оборудования и целевой нагрузки 6 вниз и создает реактивную тягу.

Изменение величины подъемной силы, управление и перемещения аппарата в пространстве осуществляются отклонениями дополнительного кольцевого крыла управления 12, обдуваемого потоком воздуха реактивной струи из кольцевого сопла 4. Крыло 12 закреплено подвижно на эластомерных втулках, скользящих независимо вдоль опор шасси аппарата. Такая схема подвески кольцевого крыла управления 12 позволяет его противоположно расположенным частям попеременно то удаляться, то приближаться к кольцевому соплу 4 центробежного вентилятора 10. В результате меняется интенсивность обдува этих участков кольцевого крыла 12 с соответствующим изменением аэродинамических сил. Сам процесс качания кольцевого крыла управления 12 во всем диапазоне его отклонений на заданные углы относительно осей X и Z практически не сказывается на аэродинамике полета аппарата ввиду очень малых относительных значений углов его отклонения.

Силовой турбовальный агрегат 7 закреплен по оси аппарата над линзообразной поверхностью 1 посредством пилонов 13 в кольцевом обтекателе 14. Во внутренней полости кольцевого обтекателя 14 размещено электронное оборудование, БСАУ 15, системы навигации, связи, управления и телеметрии.

Модуль оборудования и целевой нагрузки 6 состоит из обшивки двойной кривизны 17, меридиональных 18 и экваториальных 19 элементов каркаса с прикреплёнными к ним узлами 20 крепления опор шасси 21. Опоры 21 являются скользящими направляющими кольцевого крыла управления 12, обеспечивающими его независимое качание по осям X и Z.

Во внутренней полости 16 модуля оборудования и целевой нагрузки 6 расположен осесимметричной бак 22 для огнегасящей жидкости и различное оборудование.

Развороты аппарата вокруг вертикальной оси обеспечивают выдвижные из модуля оборудования и целевой нагрузки 6 аэродинамические управляющие поверхности 23, установленные на его максимальном радиусе. Они имеют возможность поступательно перемещаться в радиальном направлении и в четном количестве связаны с объединенным узлом управления по курсу.

На внутренней линзообразной поверхности 1 расположены лопатки диффузора 24 центробежного вентилятора 10. Нагнетаемый вентилятором 10 в зазор 3 поток воздуха проходит между лопатками диффузора 24, расширяется, трансформируя, таким образом, в соответствии с законом Бернулли, энергию скоростного напора воздуха в энергию давления. Кроме того, направление закрутки лопаток диффузора 24 создает силу, позволяющую полностью нейтрализовать действие реактивного момента от силовой установки на конструкцию аппарата.

Для обеспечения непотопляемости аппарата на плаву при наборе воды и выполнении иных задач с базированием на водной поверхности, аппарат оснащен кольцевым водоизмещающим поплавком 25. В нижней части аппарата выполнены створки 26, обеспечивающие набор и сброс воды. Там же размещены и датчики наведения вертикального сброса воды 27.

Дополнительная подъемная сила возникает также от эжектирующего влияния выходящей из кольцевого сопла 4 струи воздуха, обтекающей поверхность кольцевого поплавка 28.

При условии превышения суммы подъемной силы и тяги аппарата над его массой аппарат взлетает.

Управление взлетом, набором необходимой высоты, горизонтальным полетом, снижением высоты и посадкой аппарата обеспечивается бортовой автоматизированной системой управления (БСАУ) 15.

Бортовая автоматизированная система управления (БСАУ) 15 содержит:

– датчики скорости полета (Vx, Vy, Vz);

– датчики угловых скоростей (ωx, ωy, ωz);

– датчики угловых отклонений (θ, γ, χ);

– датчики высоты полета (Y1, Y2);

– датчики позиционирования (GPS) (X, Z);

– бортовой процессор (БСАУ);

– подсистемы автоматизированного управления центробежными вентиляторами

(δ1, δ2) и турбовальным силовым агрегатом (δ3);

– подсистему адаптивного управления дополнительным кольцевым крылом 9 (∆1, ∆2, ∆3, ∆4);

– подсистему адаптивного управления аэродинамическими управляющими поверхностями 19;

– подсистему ввода информации (заданный маршрут, профиль полета, базовые законы управления);

– командный блок управления ЛА;

– подсистему определения зоны повышенных температур и задымления;

– подсистему набора, учета количества и сброса огнегасящей жидкости.

Взлет и набор воды для тушения очага пожара

Необходимым предварительным условием взлета аппарата является включение наземной станции управления. При этом наземная станция управления может быть установлена внутри технического средства (ТС) (возимый вариант) или находиться непосредственно у оператора (носимый вариант).

Взлет аппарата с поверхности земли осуществляется вертикально вверх при включении оператором бортовой системы автоматизированного управления (БСАУ) 15. Далее команды, необходимые для управления полетом аппарата, подает уже сама БСАУ 15. Высота подъема аппарата измеряется с помощью высотомера, входящего в состав БСАУ 15. Его показания передаются в процессор БСАУ, в котором сравниваются с заданным пороговым значением. После перехода в режим зависания аппарат сохраняет неизменной высоту своего подъема и ориентацию. Стабилизация в пространстве осуществляется автоматически по принципу автопилота, в котором имеются три канала стабилизации: курса, крена и тангажа. В качестве измерителей угловых скоростей используются микромеханические гироскопы, расположенные в бесплатформенном инерциальном блоке. После выдерживания заданной высоты зависания аппарата, наклоном дополнительного кольцевого крыла управления 12, задается пропульсивная сила, перемещающая аппарат с горизонтальной скоростью к водоему, из которого будет производиться набор воды. Над водоемом аппарат снижает горизонтальную скорость до нулевой. После зависания аппарата над водоемом плавно уменьшается подъемная сила, создаваемая центробежным вентилятором 9 при обдуве поверхности «Коанда», и обороты вентилятора 10, который обеспечивает центростремительное расширение потока воздушной струи с наддувом нижней части аппарата. По мере уменьшения подъемной силы и тяги сокращается высота полета аппарата до касания его корпуса водной поверхности. Определенная глубина погружения корпуса аппарата в водоем является сигналом для открытия створок 26 и заполнения бака 22 огнегасящей жидкостью. Дозаполнение бака 22 водой выше уровня водоема обеспечивается бортовой насосной системой. Во время нахождения аппарата на водной поверхности с целью набора воды его турбовальный силовой агрегат 7 работает в режиме «малого газа». После заполнения бака 22 огнегасящей жидкостью (водой) по сигналам, поступающим в процессор БСАУ 15 от датчиков, сервоприводы герметично закрывают створки 26. Аппарат при этом имеет положительную плавучесть и гарантию непотопляемости.

Для взлета с водной поверхности с заполненным баком 22 работа турбовального силового агрегата 7 переводится во «взлетный» режим. Аппарат отрывается от водной поверхности, набирает высоту и в горизонтальной конфигурации полета направляется к очагу пожара.

При входе в область задымления и повышенных температур, в соответствии с сигналами датчиков нахождения аппарата в такой зоне, он может снижать или, наоборот, увеличивать высоту полета и горизонтальную скорость. В зависимости от скорости и высоты распространения огня, аппарат в режиме зависания по сигналам датчиков наведения вертикального сброса воды 27 или с заданной горизонтальной скоростью производит сброс огнегасящей жидкости на очаг пожара.

Выводы

Обеспечиваемый технический результат заключается в интеграции используемых аэродинамических эффектов и особенностей компоновки аппарата, которые позволяют придать новые свойства классу летательных аппаратов, выполненных по схеме «Летающая тарелка» и использовать подобные аппараты для тушения пожаров.

Одной из особенностей аппарата является его возможность зависать и находиться некоторое время в зоне повышенных температур благодаря отводу большого количества тепла при центростремительном расширении выходящей струи воздуха в нижней части аппарата.

Описываемый летательный аппарат вертикального взлёта и посадки может производить компактный прицельный сброс огнегасящего состава на очаги пожара.

Аппарат имеет повышенную безопасность, надежность и эффективность при полете в условиях турбулентной атмосферы, он ветроустойчив и может быть использован для работы в горных районах, северных широтах, а также в Военно-морском флоте России.

Беспилотный летательный аппарат для выполнения противопожарных работ может приземляться на улицах и площадях городов и населенных пунктов при отсутствии там воздушных линий электропередач и связи для заполнения баков водой от существующих пожарных гидрантов.

Аппарат имеет возможность приводняться на водоемы малой глубины и площади, набирать внутрь бака воду под действием собственной массы.

Таким образом, разработана концепция беспилотного летательного аппарата, способного работать при тушении пожаров в стесненных городских условиях.

Авторами проводятся работы по изготовлению летающих моделей прототипов летательного аппарата вертикального взлёта и посадки для исследований и отработки их аэродинамических свойств, изучения динамики полета при вертикальном взлете, зависании и посадке.

Статья написана по материалам сайтов: globalpatent.ru, patentdb.ru, top-technologies.ru.

»

Это интересно:  Патент на работу фмс москва
Помогла статья? Оцените её
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Добавить комментарий

Adblock detector
Классы МПК: B64C27/00 Винтокрылые летательные аппараты; несущие винты для них
Автор(ы): Мидзяновский Станислав Петрович (RU)
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля» (RU)
Приоритеты: