БЕСПИЛОТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ДОЗОРА

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть применена при создании новых конструкций беспилотных вертолетов радиолокационного дозора с соосными несущими винтами.
Полезная модель предназначена для увеличения углов сканирования фазированной антенной решетки бортовой радиолокационной станции беспилотного вертолета радиолокационного дозора с соосными несущими винтами.
Известен вертолет радиолокационного дозора Sea King AEW Mk7 описанный на сайте: http://www.airwar.ru/enc/sh/skingaew.html
Вертолет радиолокационного дозора Sea King AEW Mk7 содержит фюзеляж, два турбовальных двигателя, радиолокационную станцию с фазированной антенной решеткой (ФАР), размещенной под фюзеляжем, которая вращается на 360 градусов. ФАР имеет значительные размеры: диаметр и длина обтекателя 1,8 метров.
Вертолет радиолокационного дозора Sea King AEW Mk7 имеет существенный недостаток: большой размер ФАР и, как следствие, имеет большую парусность, которая влияет на маневренность, так как не позволяет при сильных порывах ветра быстро изменять свое положение в пространстве, скорость, высоту и направление полета вертолета. Кроме того, ФАР имеет малые углы сканирования в вертикальной плоскости.
Известен вертолет радиолокационного дозора Ка-31, показанный на стр. 30, журнал "Арсенал", №6, 2014, "Издательский дом А4" и на сайте АО Вертолеты России https://www.rhc.aero/uploads/Documents/Ka-31.pdf
Вертолет радиолокационного дозора Ка-31 содержит фюзеляж, два турбовальных двигателя, систему из двух соосных винтов, радиолокационную станцию с ФАР, размещенной под фюзеляжем, которая вращается на 360 градусов. Поскольку ФАР имеет значительные размеры, более 6 кв. метров, то в нерабочем положении она складывается.
Вертолет Ка-31 имеет существенный недостаток: большой размер ФАР и, как следствие, имеет большую парусность, которая влияет на маневренность вертолета Ка-31, кроме того, ФАР имеет небольшие углы сканирования воздушного пространства в вертикальной плоскости.
Наиболее близкой по технической сущности и уровню эксплуатационных характеристик к патентуемой полезной модели является беспилотный вертолетный комплекс радиолокационно-оптического обзора (БпВК РЛОО), описанный в статье Мосиенко С.А. "Концепция облика беспилотного вертолетного комплекса радиолокационно-оптического обнаружения межвидового применения", журнал "Молодой ученый", 2021, №8 (350). с. 8-13.
БпВК РЛОО содержит фюзеляж, включающий кабину с комплексом бортового оборудования и оптико-электронной системой, радиопрозрачный обтекатель, установленный в носовой части фюзеляжа, бортовую радиолокационную станцию с фазированной антенной решеткой, систему двух соосных несущих винтов, содержащую главный редуктор, два соосных несущих трехлопастных винта, вращающихся в противоположных направлениях, цепи управления каждым из несущих винтов, включающие два автомата перекоса, турбовальный двигатель, левый и правый боковой киль, установленный на хвостовой балке под углом к продольной оси вертолета хвостиками вниз, топливный бак, полозковое шасси.
Недостатком БпВК РЛОО является малые углы сканирования воздушного пространства ФАР в вертикальной плоскости.
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели является увеличение углов сканирования фазированной антенной решетки бортовой радиолокационной станции.
Технический результат достигается за счет того, что беспилотный вертолет радиолокационного дозора, содержащий фюзеляж, включающий кабину с комплексом бортового оборудования и оптико-электронной системой, радиопрозрачный обтекатель, установленный в носовой части фюзеляжа, бортовую радиолокационную станцию с фазированной антенной решеткой, систему двух соосных несущих винтов, содержащую главный редуктор, два соосных несущих трехлопастных винта, вращающихся в противоположных направлениях, цепи управления каждым из несущих винтов, включающие два автомата перекоса, турбовальный двигатель, левый и правый боковой киль, установленный на хвостовой балке под углом к продольной оси вертолета хвостиками вниз, топливный бак, полозковое шасси, дополнительно содержит двухстепенный карданный подвес с расположенной на нем фазированной антенной решеткой с возможностью горизонтального и вертикального отклонения от строительной оси беспилотного вертолета, при этом карданный подвес с фазированной антенной решеткой размещен внутри носовой части фюзеляжа за радиопрозрачным обтекателем, в то же время двухстепенный карданный подвес содержит внутреннюю и внешнюю рамку, горизонтальный и вертикальный привод, горизонтальный и вертикальный привод поворота.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующим чертежом: фиг. 1, на котором показана структурная схема беспилотного вертолета радиолокационного дозора (БВ РЛД).
Как видно из чертежа фиг. 1, БВ РЛД 1, содержит носовую часть фюзеляжа 3, предназначенную для размещения комплекса бортового оборудования (КБО) - на чертеже не показано, бортовой радиолокационной станции с фазированной антенной решеткой (БРЛС с ФАР) 6, предназначенную для обнаружения воздушных, наземных и морских объектов, оптико-электронную систему (ОЭС) 4, предназначенную для обнаружения воздушных, наземных и морских объектов, килевую балку 13, оснащенную боковыми килями 11 и 12, турбовальный двигатель (ТВаД) 10, предназначенный для вращения двух соосных винтов, систему из двух соосных винтов 7, предназначенную для параллельного вращения в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси двух винтов 8 и 9, радиопрозрачный обтекатель 5, рассчитанный для защиты БРЛС с ФАР 6 и КБО от аэродинамических сил и установленный в носовой части фюзеляжа 3, полозковое шасси 15, предназначенное для посадки беспилотного вертолета радиолокационного дозора 1 на поверхность, бак 14. Носовая часть фюзеляжа 3 жестко связана с центральной частью фюзеляжа 2 и килевой балкой 13. Килевая балка 13 предназначена для оснащения левым 11 и правым 12 боковыми килями, рассчитанными для повышения путевой устойчивости БВ РЛД 1. Снаружи носовой части фюзеляжа 3 расположена ОЭС 4. Полозковое шасси 15 крепится к центральной части фюзеляжа 2.
Как видно из чертежа фиг. 2, БРЛС с ФАР 6, содержит основание 16, ФАР 17, двухстепенный карданный подвес 18, раму 19, соединительный кабель 20, приемо-передающую аппаратуру БРЛС 21. Основание 16 предназначено для крепления БРЛС с ФАР 6 к фюзеляжу 2. Двухстепенный карданный подвес 18 предназначен для крепления ФАР 17 к раме 19, которая предназначена для размещения приемо-передающей аппаратура 21, при этом ФАР 17 соединена с приемо-передающей аппаратурой 21 посредством соединительного кабеля 20.
Как видно из чертежа фиг. 3, двухстепенный карданный подвес 18, содержит внутреннюю 22 и внешнюю 25 рамку, горизонтальный 23 и вертикальный 24 привод, горизонтальный 27 и вертикальный 26 привод поворота. ФАР 17 крепится к внутренней рамке 22, горизонтальный 23 и вертикальный 24 привод крепится к внешней рамке 25. Вертикальный привод поворота 26 крепится к вертикальному приводу 24, при этом горизонтальный привод поворота 27 крепится к горизонтальному приводу 23.
Как видно из чертежа фиг. 4, система управления БП РЛД 1 состоит из комплекса бортового оборудования (КБО) 28 и наземного пункта управления (НПУ) 36.
На чертеже фиг. 5, показаны углы сканирования ФАР БРЛС 6: 37 -угол горизонтального сканирования равный ± 120 градусов; 38 - угол горизонтального сканирования равный ± 240 градусов при повороте в пространстве БП РЛД 1 на 120 градусов; 39 - угол горизонтального сканирования, равный ± 360 градусов при повороте в пространстве БП РЛД 1 на 120 градусов. При этом углы вертикального сканирования 40, 41 и 42 ФАР БРЛС 6 равны ± 60 градусов при каждом повороте БП БРЛС 1 в пространстве. Таким образом, обеспечивается горизонтальное сканирование воздушного пространства ФАР БРЛС 6 на 360 градусов и вертикального сканирования на ± 60 градусов.
КБО 28 содержит бортовые датчики 29, блок приема-передачи управляющих сигналов (БПУС) 30, бортовую вычислительную систему (БВС) 31, блок управления электромеханическими рулевыми приводами (БУЭРП) 32, рулевые приводы 33, систему связи 34 и пилотажно-навигационный комплекс (ПНК) 35.
Заявленный БП РЛД 1 работает следующим образом.
По команде оператора НПУ 36 с автоматизированного рабочего места и средств связи (на чертеже не показано), с использованием КБО 28 включается ТВаД 10. БП РЛД 1 с использованием системы соосных несущих винтов 7, ОЭС 4 и ПНК 35, совершает вертикальный и горизонтальный полет по заданному маршруту (на чертеже не показано).
Система из двух соосных винтов 7 БП РЛД 1 состоит из двух винтов одинакового диаметра, расположенных на одной оси и вращающихся в разные стороны. Верхний 8 и нижний 9 винты в системе из двух соосных винтов 7 разнесены по вертикали для исключения схлестывания лопастей. Верхний винт 8 засасывает воздух из безграничного пространства и создает струю, отбрасываемую на нижний винт 9. Воздействие спутной струи верхнего винта 8 вызывает уменьшение угла атаки и соответственно, подъемной силы 9 нижнего винта. Вследствие сужения нисходящего потока, отбрасываемого верхним винтом 8, концевые участки лопастей нижнего винта 9 работают на режимах, аналогичных верхним лопастям, при этом, концевые участки лопастей нижнего винта 9 засасывает некоторое количество воздуха из окружающего пространства. Поскольку воздушный поток верхнего винта 8 закручен в сторону, противоположную вращению нижнего винта 9, окружные скорости обтекания сечений лопастей нижнего винта 9 возрастают на величину скорости закрутки, что улучшает аэродинамическую эффективность соосной схемы 7, по которой построен БП РЛД 1.
Управление БП РЛД 1 в пространстве осуществляется оператором НПУ 36 по каналам связи с применением ОЭС 4, путем визуального наблюдения и системой соосных несущих винтов 7. Оператор НПК 36 с использованием системы связи 34, БПУС 30, БВС 31, БУЭРП 32 и рулевых приводов 33, расположенных в БП РЛД 1, управляет направлением и силой тяги системы из двух соосных винтов 7, автоматами перекоса (на чертеже не показано).
Управление по курсу БП РЛД 1 обеспечивается созданием разности моментов на несущих винтах 8 и 9, реализуемой по упомянутой цепи от органов управления КБО 28 к соответствующему рулевому приводу 33, который перемещает рычаг и кинематически связанные с ним ползун (на чертеже не показано) со смонтированным на нем автоматом перекоса и второй рычаг, который также кинематически связан с автоматом перекоса системы соосных несущих винтов 7.
Управление БП РЛД 1 по тангажу и крену обеспечивается соответствующим наклоном автоматов перекоса и с учетом данных, которые в режиме реального времени поступают от бортовых датчиков 29 и ПНК 35. Передача и прием сообщений (команд) на управление БП РЛД 1 происходит с использованием средств связи 34 входящими в состав КБО 28 и НПУ 36.
Необходимо заметить, что аэродинамическая эффективность БП РЛД 1 с системой соосных винтов 7 на 3 - 10% выше, чем у беспилотных вертолетов, построенных на базе одновинтовой схемы (на чертеже не показано).
Важной особенностью БП РЛД 1 с системой из двух соосных винтов 7 является установка двух автоматов перекоса на одной колонке (на чертеже не показано).
Передача и прием сообщений (команд) происходит с использованием средств связи 34 КБО 28 и НПУ 36. При приеме сообщения (команды) от оператора НПУ 36 пункта управления, БЛА ВТ 1 переходит в режим висения, оператор НПУ включает БРЛС 6 и ОЭС 4. ОЭС 4 позволяет выполнять следующие режимы работы: круглосуточный поиск, обнаружение, распознавание и наблюдение за объектами на различных дальностях в телевизионном и тепловизионном диапазоне, в простых и сложных метеоусловиях.
БРЛС 6 с ФАР 17 позволяет выполнять следующие режимы работы:
- формирование радиолокационного изображения наземной, в том числе заснеженной, надводной подстилающей поверхности;
- поиск подвижных и неподвижных наземных и морских объектов;
- одновременное определение без потери обзора сканируемого пространства координат и параметров движения радиоконтрастных объектов количеством до 30;
- обзор воздушного пространства и определение координат и параметров движения до 30 воздушных объектов;
- картографирование земной и морской поверхностей, включая береговую черту и надводные объекты, с высоким разрешением, детальным изображением в заданном угловом секторе, а также определение линейных размеров надводных объектов;
- обнаружение метеообразований;
- осуществление управления применением сбрасываемого поискового оборудования;
- осуществление информационного обмена с комплексом бортового оборудования 28.
По команде оператора НПУ 36, с использованием КБО 28 осуществляется горизонтальное и вертикальное сканирование воздушного пространства, при этом горизонтальный привод 23 вместе с горизонтальным приводом поворота 27, с размещенной на внутренней рамке 22 ФАР 17 БРЛС 6, позволяет сканировать воздушное пространство в горизонтальной плоскости с углами ± 120 градусов. Разворотом БВ РЛД 1 в горизонтальной плоскости 120 градусов относительно своей оси в течение нескольких секунд три раза, как показано на фиг. 5, решается задача сканирования воздушного пространства на 360 градусов. Вертикальный привод 24 вместе с вертикальным приводом поворота 26, с размещенной на внутренней рамке 22 ФАР БРЛС 6, позволяет сканировать воздушное пространство в вертикальной плоскости с углами ± 60 градусов.
Таким образом, решается задача полезной модели: увеличение углов сканирования фазированной антенной решетки бортовой радиолокационной станции беспилотного вертолета радиолокационного дозора с соосными несущими винтами.
Основные технические характеристики БП РЛД 1 приведены в таблице 1.
Полученные данные от БРЛС с ФАР 6 и ОЭС 4 с использованием средств связи 34, передаются на НПУ 36. Напряжение для электропитания БРЛС с ФАР 6, ОЭС 4 и КБО 28 подается от выпрямителя напряжения вспомогательной силовой установки (на чертеже не показано).
Изготовление БП РЛД 1, осуществляют из типовых узлов и компонентов, выпускаемых предприятиями России. В качестве ОЭС 4 может быть использована ОЭС-52, в качестве БРЛС с ФАР 6 может быть использована БРЛС "Жук-А" или "Ирбис". Опытный образец БП РЛД 1 изготовлен. Испытания показали, что он соответствует тем требованиям, которые предъявляются к БП РЛД 1.