БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области авиации, а именно, к конструкции беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые могут найти применение в многоразовой автоматической (автоматизированной) доставке специального оборудования в определенную оператором географическую точку, передаче оператору информации с различных датчиков БПЛА, применение специального оборудования, автоматический (автоматизированный) возврат в указанную оператором географическую точку.
Из уровня техники известны следующие конструкции летательных аппаратов.
Из описания к патенту РФ №2408500 (опубликован 10.01.2011) известен возвращаемый беспилотный летательный аппарат с трехопорным шасси, включающий корпус, крыло, хвостовое оперение, силовую установку, шасси, бортовую систему и целевую нагрузку, при этом беспилотный летательный аппарат выполнен по схеме высокоплан, при этом корпус упомянутого беспилотного летательного аппарата выполнен из набора модулей, его силовая установка состоит из двигателя внутреннего сгорания и толкающего воздушного винта, шасси имеет одну основную убираемую в полете опору в виде колеса и две неубираемых вспомогательных опоры в виде упругих кронштейнов, оканчивающихся роликом или снашиваемым опорным элементом, причем упомянутые вспомогательные опоры являются продолжением силовой конструкции горизонтального оперения, которое имеет отрицательный угол поперечного V крыла, а снизу в передней части корпуса упомянутого беспилотного летательного аппарата устанавливается съемный контейнер.
Также в патенте РФ №42502 (опубликован 10.12.2004) раскрыт беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, силовую установку и полезную нагрузку, при этом летательный аппарат выполнен по аэродинамической схеме однофюзеляжного моноплана с верхним расположением свободнонесущего крыла, сопряженного с фюзеляжем в средней его части, при этом крыло выполнено трапециевидным с малым удлинением, передняя кромка крыла выполнена прямолинейной с положительным углом стреловидности, а задняя кромка крыла - прямолинейной и нестреловидной, крыло снабжено механизацией, хвостовое оперение выполнено V-образным и состоит из двух симметрично расположенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата килей, каждый из которых снабжен поворотным рулем, рули установлены с возможностью их как дифференциального, так и одновременного отклонения в одну сторону, силовая установка размещена в хвостовой части фюзеляжа и включает в себя два воздушно-реактивных двигателя и, по меньшей мере, один воздухозаборник для подвода набегающего потока к двигателям.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является конструкция беспилотного летательного аппарата, раскрытая в патенте РФ №2397114 (опубликован 20.08.2010) и содержащая также как и патентуемая, фюзеляж, воздухозаборник, крыло обратной стреловидности, двигатель, крыло прямой стреловидности, топливный бак, шасси.
Недостатками известных решений являются: Значительная заметность БПЛА в инфракрасном спектре.
Отсутствие функции автоматического противодействия попыткам уничтожения летящего БПЛА.
Малая маневренность БПЛА и как следствие, ограниченные возможности в следующих режимах:
- режим полета с огибанием рельефа местности.
- маневрирование при выполнении задачи уничтожения другого летательного аппарата.
Малая универсальность применения БПЛА. Сменное оборудование размещается на внешней подвеске что ухудшает аэродинамические свойства БПЛА.
Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом патентуемого решения является обеспечение повышенной трудности обнаружения летящего БПЛА современными техническими средствами, стоящими на вооружении сил противовоздушной обороны (ПВО) различных стран, обеспечение возможности автоматического противодействия попыткам уничтожения летящего БПЛА, повышение эффективности автоматизированного (по команде оператора) уничтожения других летательных аппаратов (ЛА).
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции беспилотного летательного аппарата, содержащего фюзеляж, воздухозаборник, крыло обратной стреловидности, реактивный двигатель, крыло прямой стреловидности, топливный бак, шасси со стойкой, согласно патентуемому решению, содержит автоматическую станцию радиоэлектронной борьбы, блок оптико-электронной системы наблюдения, выполненный с возможностью его размещения внутри отсека фюзеляжа, авиационные средства поражения, размещенные во внутреннем отсеке фюзеляжа и выполненные с возможностью отделения в полете, автоматическую станцию радиоэлектронной борьбы, при этом крыло обратной стреловидности снабжено корневыми наплывами, хвостовое оперение выполнено V-образным, сопло реактивного двигателя расположено в верхней зоне хвостовой части фюзеляжа, между поверхностями оперения, воздухозаборник расположен сверху фюзеляжа, а в основании воздухозаборника выполнен канал для отвода заторможенного пограничного слоя, состоящий из плоского воздухозаборника, размещенного между поверхностью фюзеляжа и воздухозаборником двигателя, и внутрифюзеляжного канала, выполненного с возможностью подачи охлаждающего воздуха во внутренние отсеки фюзеляжа.
При этом подъем и уборка блока оптико-электронной системы внутрь отсека фюзеляжа осуществляется при помощи электромеханизма.
На БПЛА может быть установлена стандартная станция РЭБ.
Оборудование станции РЭБ размещается в двух обтекаемых контейнерах подвешиваемых под крылом на стандартные точки подвески вооружения.
Выдача команды на автоматический выброс ложных целей является штатной функцией станции РЭБ.
Установленные на борту БПЛА радиовысотомер и радиолокационная станции поставляют данные в бортовой компьютер. Компьютер формирует управляющие команды в соответствии с заложенными алгоритмами для обеспечения постоянной высоты полета. Управляющие команды передаются электрическим приводам, отклоняющим соответствующие аэродинамические поверхности.
Таким образом, БПЛА может поддерживать постоянным конкретное значение высоты полета (в том числе и малое) даже при полете в пересеченной местности.
Как показали экспериментальные данные, отношение длины фюзеляжа к размаху крыла предпочтительно должно быть в диапазоне от 1,1 до 1, 2. Это позволит обеспечить оптимальные аэродинамические характеристики а также размещение внутри фюзеляжа большой номенклатуры крупногабаритных АСП.
Трудность обнаружения БПЛА достигается за счет:
a. расположения воздухозаборника сверху фюзеляжа способствует снижению заметности в инфракрасном спектре в ракурсе снизу, так как фюзеляж и корневые наплывы крыла экранируют тепловое излучение;
b. расположения сопла двигателя в верхней зоне хвостовой части фюзеляжа способствует снижению заметности в инфракрасном спектре в ракурсе снизу и сбоку, так как фюзеляж и хвостовое оперение экранируют тепловое излучение;
c. наличия канала, отводящего заторможенный пограничный слой и состоящего из плоского воздухозаборника и внутрифюзеляжного канала, поскольку заторможенный пограничный слой воздуха, движущийся вдоль обшивки фюзеляжа, не пригоден для подачи в турбореактивный двигатель и отводится через специальный канал, выполненный в основании воздухозаборника. В отличие от наиболее близкого аналога этот воздух не сразу сбрасывается в атмосферу, а служит для нужд охлаждения отсека оборудования и отсека двигателя, после чего смешивается с выхлопными газами турбореактивного двигателя и выводится в атмосферу вместе с ними. Подмешивание к выхлопным газам двигателя охлаждающего воздуха приводит к снижению температуры струи выхлопных газов, что обеспечивает снижение заметности в инфракрасном спектре.
Автоматическое противодействие попыткам уничтожения обеспечивается за счет наличия автоматической станции радиоэлектронной борьбы (РЭБ). При облучении БПЛА различными видами излучений, используемыми в системах вооружений сил ПВО, станция РЭБ обеспечивает автоматическую постановку помех в радиодиапазоне и затрудняет применение авиационных средств поражения (АСП). В отличие от наиболее близкого аналога, при подлете АСП к БПЛА по команде станции РЭБ происходит автоматический отстрел ложных тепловых целей и выполняется автоматический маневр уклонения от АСП. Тип и траектория применяемого маневра уклонения выбираются автоматически из заранее запрограммированных типовых маневров.
Повышение эффективности уничтожения других летательных аппаратов достигается за счет следующих характеристик БПЛА:
- максимальная скорость горизонтального полета;
- максимальная скорость набора высоты;
- соотношение полетного веса к тяге двигателя;
- располагаемая перегрузка;
- радиус установившегося и неустановившегося виража;
- возможность вращения БПЛА в полете по крену и тангажу с высокой угловой скоростью.
Для реализации этих преимуществ применены следующие конструктивные особенности:
a. благодаря меньшим, чем у наиболее близкого аналога, геометрическим размерам предлагаемого БПЛА достигнуто большее отношение тяги двигателя к нормальному полетному весу, несмотря на применение двигателя меньшей мощности.
b. для уменьшения аэродинамического сопротивления применено V-образное хвостовое оперение.
c. для уменьшения аэродинамического сопротивления предусмотрена возможность уборки блока оптико-электронной системы наблюдения внутрь фюзеляжа БПЛА.
d. для уменьшения аэродинамического сопротивления отделяемое в полете снаряжение (АСП) размещено не на внешних пилонах, а во внутреннем отсеке фюзеляжа
d. для снижения аэродинамического сопротивления уменьшена степень статической устойчивости в полете.
e. высокие угловые скорости вращения БПЛА в полете достигаются за счет:
- высокой эффективности аэродинамических рулей;
- малых моментов инерции БПЛА;
- пониженной статической устойчивости БПЛА в полете;
- на некоторых режимах полета для дополнительного увеличения угловой скорости вращения по крену вместе с отклонением элеронов может использоваться отклонение в разные стороны закрылков и рулей V-образного оперения.
f. аэродинамическая компоновка с крылом обратной стреловидности и развитыми корневыми наплывами крыла обеспечивает продолжающийся рост коэффициента подъемной силы при увеличении угла атаки крыла даже на таких углах атаки, на которых обыкновенное крыло уже теряет свои несущие свойства. Это значит, что предлагаемый БПЛА имеет по сравнению с конструкцией, выбранной в качестве наиболее близкого аналога:
- больший диапазон полетных углов атаки;
- больший максимальный коэффициент подъемной силы.
Кроме того, указанная выше аэродинамическая компоновка обеспечивает плавное начало срыва потока в корневой зоне крыла. При этом концевая зона крыла остается в состоянии нормального обтекания, соответственно эффективность элеронов как органов поперечного управления сохраняется. Это значит, что предлагаемый БПЛА, в отличие от наиболее близкого аналога, остается управляемым даже при превышении максимально допустимого угла атаки в полете.
Соотношение размеров корневых наплывов крыла рекомендуется соблюдать в следующих пределах:
B/L=2,8÷3,2
R/B=1,6÷2
I/Η=2÷2,8, - для любого поперечного сечения корневого наплыва крыла
при этом радиус скругления r передней кромки m должен составлять не более 2 мм,
где:
В - Длина корневого наплыва крыла при виде в плане
L - Ширина корневого наплыва крыла при виде в плане
R - Радиус кривизны передней кромки корневого наплыва крыла при виде в плане
H - Максимальная толщина корневого наплыва крыла в зоне стыка с поверхностью фюзеляжа.
m - радиус скругления передней кромки корневого наплыва крыла
Угол между передней кромкой крыла и продольной осью БПЛА при виде в плане равен 10°
Кроме этого, боковые и верхняя стенки, ограничивающие пространство внутрифюзеляжного отсека снаряжения, являются также основными несущими элементами фюзеляжа. Это позволит выполнить отсек большего размера и разместить в нем большую номенклатуру различных АСП.
При необходимости отсек снаряжения может быть использован для размещения дополнительного конформного топливного бака.
Основная опора шасси может быть сконструирована следующим образом: стойка шасси рессорного типа закреплена в нижней части фюзеляжа и убирается внутрь корпуса путем поворота всей стойки шасси вокруг оси вращения параллельной продольной оси БПЛА. Уборка стойки осуществляется гидроцилиндром, являющимся кроме этого дополнительным амортизатором стойки шасси. В убранном положении отсеки шасси закрываются внешними створками для снижения аэродинамического сопротивления Преимущества конструкции основных опор шасси БПЛА:
a. стойка шасси выполнена в виде плоской рессоры и при уборке в фюзеляж требует минимального свободного объема. Колесо стойки шасси полностью убирается в корневой наплыв крыла. Таким образом, уборка основных стоек шасси внутрь корпуса БПЛА приводит к несущественному увеличению площади поперечного сечения БПЛА.
b. применение крыла с обратной стреловидностью позволило сдвинуть назад (в сторону хвостового оперения) силовые элементы корневой части крыла. Таким образом, колесо основной опоры шасси убирается не в крыло, как это было бы в случае схемы с прямым крылом, а в корневой наплыв крыла. Это обеспечивает снижение массы конструкции, так как в конструкции крыла отсутствует вредный вырез, и силовые элементы в крыле располагаются наивыгоднейшим образом. Уборка колеса основной опоры шасси в корневой наплыв крыла предпочтительна, так как компенсация потери прочности наплыва от соответствующего выреза обеспечивается при меньших затратах массы.
АСП размещены во внутрифюзеляжном отсеке таким образом, что центр масс отделяемого в полете снаряжения находится немного впереди центра масс всего БПЛА. При отделении АСП срабатывает внутрифюзеляжное катапультное устройство, которое выталкивает АСП из отсека снаряжения. Реакция от усилия срабатывания катапультной установки сообщает БПЛА некоторый момент на кабрирование благодаря тому что центр масс БПЛА и АСП не совпадает. Это способствует быстрому расхождению траектории БПЛА и АСП.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фигуре 1 - вид БПЛА сбоку со снаряжением;
На фигуре 2 - вид БПЛА сверху с размещенной в контейнерах станцией РЭБ;
На фигуре 3 - вид БПЛА спереди;
На фигуре 4 - вид БПЛА сзади;
На фигуре 5 - геометрия корневого наплыва крыла;
На фигуре 6 - поперечное сечение корневого наплыва крыла
БПЛА, приведенный на фиг. 1-6, содержит фюзеляж 1, турбореактивный двигатель 2 с соплом 3, воздухозаборник 4 с каналом 5, отделяемое в полете снаряжение (АСП) 6, расположенное в отсеке внутри фюзеляжа 1, закрытого створками 7. Внутри фюзеляж разделен также на отсек 8 для размещения агрегатов силовой установки и отсек 9 для размещения радиоборудования.
Оборудование станции РЭБ размещается в двух обтекаемых контейнерах 10, подвешиваемых под крылом обратной стреловидности на стандартные точки подвески вооружения, при этом крыло обратной стреловидности снабжено корневыми наплывами 11, а хвостовое оперение 12 выполнено V-образной формы.
Стойка шасси 13 рессорного типа (см. фиг. 3) закреплена в нижней части фюзеляжа и убирается внутрь корпуса путем поворота всей стойки шасси вокруг оси вращения параллельной продольной оси БПЛА. Уборка стойки осуществляется гидроцилиндром 14, являющимся, кроме этого, дополнительным амортизатором стойки шасси. В убранном положении отсеки шасси закрываются внешними створками 15 для снижения аэродинамического сопротивления. Стойка шасси оборудована рессорой 16.