УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ (ВАРИАНТЫ)
AIRCRAFT CONTROL DEVICE (VERSIONS)

Изобретение относится к области авиационной и космической техники, в частности к управляемым летательным аппаратам.
Известно устройство управления летательным аппаратом, содержащее килевую балку, реализующую перемещение в плоскости крыла, к которой подвешена присоединенная масса с возможностью перемещения (подвижный балласт в виде подвижного груза) вдоль килевой балки (первой направляющей) в опорах, поперечный лонжерон (вторая направляющая), вдоль которого в других опорах перемещается килевая балка, присоединенная масса выполнена с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в одной плоскости. Парус крыла соединяет килевую балку с передней кромкой крыла, на присоединенную массу действует сила тяжести. Во время полета аппарата управляет перемещением присоединенной массы и перемещает присоединенную массу дельтапланерист (патент РФ №2153441, МПК7 B64C 19/00, опубликован 27.07.2000.).
Недостатком этого устройства управления ЛА является размещение присоединенной массы вне корпуса ЛА в воздушном потоке, что создает дополнительное лобовое сопротивление летательному аппарату и тем самым снижает технические характеристики ЛА в целом.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является средство управления летательным аппаратом (заявка Великобритании №2203223, МКИ4 F42B 10/00, опубликована 12.10.88.), которое в полете подвергается как вращению относительно оси, например относительно продольной оси, так и ускорению в направлении, перпендикулярном к этой оси. Средство содержит подвижный балласт, размещенный в аппарате и состоящий из первой массы (первый подвижный груз), которая подвижна в плоскости, содержащей ось вращения, и второй массы (второй подвижный груз), которая подвижна в плоскости, содержащей ось вращения и перпендикулярной первой плоскости, устройство управления и привод перемещения подвижного балласта. Обе массы перемещаются в направлении вращения и в направлении, в котором происходит ускорение аппарата. Благодаря такому устройству формируется момент, препятствующий вращению аппарата.
Недостатками этого средства управления ЛА являются большие габаритные размеры средства управления ЛА, размещаемого в зоне полезной нагрузки по всему поперечному сечению ЛА, смещение центра масс ЛА лишь в плоскости, перпендикулярной продольной оси ЛА, что формирует момент крена, поворачивающий ЛА лишь относительно его продольной оси, и сложность его конструкции из-за наличия редуктора и реверсивного двигателя.
Технической задачей, решаемой с помощью предлагаемого устройства, является создание устройства, обеспечивающего управление летательным аппаратом.
Технический результат по первому варианту:
- расширение функциональных возможностей устройства управления и летательного аппарата в целом;
- уменьшение габаритов летательного аппарата;
- упрощение конструкции.
Для решения поставленной задачи по первому варианту предлагается устройство управления летательным аппаратом, содержащее подвижный балласт, расположенный в корпусе ЛА и состоящий из первого и второго подвижных грузов, привод и устройство управления перемещением подвижного балласта в плоскости, перпендикулярной продольной оси ЛА. В отличие от прототипа устройство управления летательным аппаратом дополнительно содержит направляющие для перемещения первого и второго подвижных грузов, размещенные в хвостовой части ЛА в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, симметрично относительно нее.
Направляющие для перемещения первого и второго подвижных грузов в устройстве управления летательным аппаратом могут быть расположены параллельно друг другу или диаметрально противоположно относительно продольной оси ЛА на заданном расстоянии от внутренней боковой поверхности корпуса ЛА.
Наличие направляющих для перемещения первого и второго подвижных грузов, размещенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси ЛА, симметрично относительно нее, позволяет практически единовременно, переместив первый или второй подвижный груз, сместить центр масс ЛА в плоскости, перпендикулярной продольной оси ЛА, что приводит к смене знака управляющего момента крена и позволяет создать вращение ЛА в обоих направлениях или остановить вращение ЛА относительно продольной оси, т.е. расширить функциональные возможности устройства управления ЛА.
Размещение направляющих для перемещения первого и второго подвижных грузов в хвостовой части ЛА обеспечивает более рациональную компоновку ЛА, что позволяет размещать их вне гермообъема и тем самым увеличить объем для размещения полезной нагрузки в гермообъеме ЛА и уменьшить габариты ЛА.
Размещение направляющих для перемещения первого и второго подвижных грузов параллельно друг другу обеспечивает простоту их конструкции, что позволяет упростить привод перемещения подвижного балласта.
Размещение направляющих для перемещения первого и второго подвижных грузов диаметрально противоположно относительно продольной оси ЛА на заданном расстоянии от внутренней боковой поверхности корпуса ЛА, обеспечивает более рациональную компоновку, что ведет к увеличению объема для размещения полезной нагрузки и уменьшению габаритов ЛА.
Технический результат по второму варианту:
- расширение функциональных возможностей устройства управления и летательного аппарата в целом;
- уменьшение габаритов летательного аппарата.
Для решения поставленной задачи по второму варианту предлагается устройство управления летательным аппаратом, содержащее подвижный балласт, расположенный в корпусе ЛА и состоящий из первого и второго подвижных грузов, привод и устройство управления перемещением подвижного балласта во взаимно перпендикулярных плоскостях. В отличие от прототипа устройство управления летательным аппаратом содержит направляющие для перемещения первого и второго подвижных грузов, фиксаторы заданных положений грузов. Каждая направляющая для перемещения первого и второго подвижных грузов расположена в трех плоскостях, в которых одна плоскость проходит через продольную ось ЛА. Две другие плоскости параллельны между собой и перпендикулярны продольной оси ЛА. В каждой плоскости направляющие для перемещения первого и второго подвижных грузов расположены диаметрально противоположно относительно продольной оси ЛА на заданном расстоянии от внутренней боковой поверхности его корпуса.
Наличие направляющих для перемещения первого и второго подвижных грузов применительно к компоновке летательного аппарата обеспечивает заданный путь перемещения подвижных грузов, а наличие фиксаторов заданных положений грузов обеспечивает заданное место нахождения грузов, а следовательно, и положение центра масс ЛА в целом.
Расположение каждой направляющей для перемещения первого и второго подвижных грузов в трех плоскостях, в которых одна плоскость проходит через продольную ось ЛА, а две другие плоскости параллельны между собой и перпендикулярны продольной оси ЛА, обеспечивает перемещение первого и второго подвижных грузов, как вдоль продольной оси ЛА, так и в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси ЛА.
Перемещение первого и второго подвижных грузов в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных продольной оси ЛА, позволяет, переместив первый или второй подвижный груз или оба подвижных груза вместе, сместить центр масс ЛА в плоскости, перпендикулярной продольной оси ЛА, что приводит к смене знака управляющего момента крена и позволяет создать вращение ЛА в обоих направлениях или остановить вращение ЛА относительно продольной оси.
Перемещение первого и второго подвижных грузов вдоль продольной оси в плоскости, проходящей через продольную ось ЛА, приводит к изменению статической устойчивости ЛА. Это позволяет обеспечить запас статической устойчивости постоянным в зависимости от скорости ЛА и тем самым повысить эффективность его управления. Кроме того, уменьшение статической устойчивости приводит к увеличению тенденции ввода вращающегося относительно продольной оси ЛА в режим авторотации, что в конечном итоге ведет к уменьшению скорости ЛА. А все вместе вышеуказанное позволяет расширить функциональные возможности устройства управления и ЛА в целом.
Расположение направляющих для перемещения первого и второго подвижных грузов диаметрально противоположно относительно продольной оси ЛА на заданном расстоянии от внутренней боковой поверхности его корпуса увеличивает объем для полезной нагрузки, что позволяет уменьшить габариты ЛА.
Сущность изобретения поясняется фигурами:
- на фиг.1 представлен общий вид устройства управления летательным аппаратом по первому варианту при параллельном расположении направляющих;
- на фиг.2 представлен вид с торца устройства управления летательным аппаратом по первому варианту при параллельном расположении направляющих;
- на фиг.3 представлен вид с торца устройства управления летательным аппаратом по первому варианту в работе при параллельном расположении направляющих;
- на фиг.4 представлен общий вид устройства управления летательным аппаратом по первому варианту при расположении направляющих диаметрально противоположно относительно продольной оси ЛА;
- на фиг.5 представлен вид с торца устройства управления летательным аппаратом по первому варианту при расположении направляющих диаметрально противоположно относительно продольной оси ЛА;
- на фиг.6 представлен общий вид устройства управления летательным аппаратом по второму варианту;
- на фиг.7 представлен общий вид устройства управления летательным аппаратом по второму варианту в работе.
Устройство управления летательным аппаратом по первому варианту (фиг.1-5) содержит подвижный балласт 1, расположенный в корпусе летательного аппарата 2. Подвижный балласт 1 состоит из первого 3 и второго 4 подвижных грузов. Перемещение первого 3 и второго 4 подвижных грузов осуществляется по направляющим 5 и 6 соответственно. Направляющие 5 и 6 для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов размещены в хвостовой части 7 летательного аппарата в плоскости 8, перпендикулярной его продольной оси 9, симметрично относительно нее и могут быть расположены параллельно друг другу или диаметрально противоположно относительно продольной оси 9 ЛА.
Перемещение первого 3 и второго 4 подвижных грузов осуществляется приводами 10, 11 и 12, 13 соответственно (например, источниками давления) по команде от устройства управления 14 перемещением подвижного балласта 1.
Работает устройство управления летательным аппаратом по первому варианту при расположении направляющих 5 и 6 для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов параллельно друг другу следующим образом. В исходном состоянии первый 3 и второй 4 подвижные грузы находятся в своих крайних положениях (см. фиг.2). От устройства управления 14 перемещением подвижного балласта подается команда на задействование, например привода 10 (в данном примере источника давления), при срабатывании которого под действием давления газа, вырабатываемого источником давления, первый подвижный груз 3 перемещается по направляющей 5 в положение, приведенное на фиг.3. В результате чего центр масс летательного аппарата смещается из положения 15 в положение 16. Скоростной напор 17, действующий на корпус 2 летательного аппарата, создает момент крена 18, который поворачивает летательный аппарат относительно его продольной оси 9 в направлении действия момента крена 18.
При исполнении устройства управления летательным аппаратом (фиг.4 и 5) с направляющими 5 и 6 для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов f, расположенными диаметрально противоположно относительно продольной оси 9 летательного аппарата на расстоянии приблизительно 2 мм от внутренней боковой поверхности 19 корпуса 2 летательного аппарата, увеличивается объем для размещения полезной нагрузки 20.
Работает данное устройство управления летательным аппаратом в данном случае аналогично устройству управления летательным аппаратом, приведенному на фиг.1.
Использование предлагаемого устройства управления летательным аппаратом по первому варианту позволяет:
- расширить функциональные возможности устройства управления и летательного аппарата в целом;
- уменьшить габариты летательного аппарата;
- упростить конструкцию. При выполнении устройства управления летательным аппаратом по второму варианту (фиг.6-7) подвижный балласт 1 расположен в корпусе летательного аппарата 2 и состоит из первого 3 и второго 4 подвижных грузов. В данном примере первый 3 и второй 4 подвижные грузы выполнены в виде шаров. Перемещение первого 3 и второго 4 подвижных грузов осуществляются по направляющим 5 и 6 соответственно. В данном примере направляющие для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов выполнены в виде труб. Направляющие 5 и 6 для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов расположены в трех плоскостях 8, 21, 22, в которых плоскость 22 проходит через продольную ось 9 летательного аппарата, а плоскости 8 и 21 параллельны между собой и перпендикулярны продольной оси 9 летательного аппарата. Направляющие 5 и 6 для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов расположены диаметрально противоположно относительно продольной оси 9 летательного аппарата на расстоянии приблизительно 2 мм от внутренней боковой поверхности 19 корпуса 2. На направляющих 5 и 6 для перемещения первого 3 и второго 4 подвижных грузов установлены фиксаторы 23-34 заданных положений первого 3 и второго 4 подвижных грузов. Перемещение первого 3 и второго 4 подвижных грузов осуществляется приводами 10-13 (например, источниками давления) по команде от устройства управления 14 перемещением подвижного балласта 1.
Работает устройство управления летательным аппаратом по второму варианту следующим образом. В исходном состоянии первый 3 и второй 4 подвижных грузов находятся в своих крайних положениях: первый подвижный груз 3 в положении между источником давления 10 и фиксатором 23, а второй подвижный груз 4 в положении между источником давления 12 и фиксатором 29. Фиксаторы 23-34 в исходном состоянии находятся в закрытом положении. От устройства управления 14 перемещением подвижного балласта 1 подается команда, например, на задействование источника давления 12 и команда на открытие фиксаторов 29, 30. При срабатывании источника давления 10 под действием давления газа, вырабатываемого источником давления, второй подвижный груз 4 перемещается в плоскости 21 по направляющей 6 в положение до упора в фиксатор 31, при этом фиксатор 30 запирает (по команде от устройства управления 14) второй подвижный груз 4 от перемещения в обратном направлении. В результате чего центр масс летательного аппарата смещается из положения 15 в положение 16 (см. фиг.7). Скоростной напор 17, действующий на корпус 2 летательного аппарата, создает момент крена 18, который поворачивает летательный аппарат относительно его продольной оси 9 в направлении действия момента крена 18.
Для возврата второго подвижного груза 4 в исходное состояние от устройства управления 14 перемещением подвижного балласта 1 подается команда на задействование источника давления 13 и команда на открытие фиксаторов 29, 30. При срабатывании источника давления 13, под действием давления газа, вырабатываемого источником давления 13, второй подвижный груз 4 перемещается в плоскости 21 по направляющей 6 в положение, которое он занимал в исходном состоянии, т.е. в положение между фиксатором 29 и источником давления 12, при этом фиксатор 29 запирает по команде от устройства управления 14 второй подвижный груз 4 от перемещения. В результате чего центр массы летательного аппарата смещается в исходное положение, т.е. сместится из положения 16 в положение 15, а следовательно, исчезнет момент крена и прекратится поворот летательного аппарата относительно его продольной оси 9.
Данное устройство управления летательным аппаратом позволяет, переместив в плоскостях 8 или 21 первый 3 или второй 4 подвижный груз или оба подвижных груза вместе, смещать центр массы летательного аппарата в плоскостях 8 и 21, перпендикулярных продольной оси 9 летательного аппарата, что приводит к возникновению управляющего момента крена 18 с возможностью изменения его знака в зависимости от положения первого 3 и второго 4 подвижных грузов и позволяет создавать вращение летательного аппарата в обоих направлениях или останавливать его вращение относительно продольной оси 9.
Перемещение первого 3 и второго 4 подвижных грузов вдоль продольной оси 9 в плоскости 22 приводит к изменению статической устойчивости летательного аппарата. При уменьшении статической устойчивости, в случае когда первый 3 и второй 4 подвижные грузы находятся в плоскости 8, расположенной в хвостовой части летательного аппарата, приводит к увеличению тенденции ввода вращающегося относительно продольной оси 9 летательного аппарата в режим авторотации, что в конечном итоге ведет к уменьшению скорости летательного аппарата, т.е. расширить функциональные возможности устройства управления и ЛА в целом.
Использование предлагаемого устройства управления летательным аппаратом по второму варианту позволяет:
- расширить функциональные возможности устройства управления и летательного аппарата в целом;
- уменьшить габариты летательного аппарата.