УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ОТБОРА МОЩНОСТИ ОТ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ЛЕТАТЕЛЬНОМ АППАРАТЕ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к беспилотным летательным аппаратам (БЛА), в частности полезная модель относится к вторичным источникам питания при бесконтактном отборе мощности от линий электропередачи высокого напряжения (ЛЭП) и может быть использована как устройство вторичного электропитания и подзарядки пилотируемых (ЛА) и беспилотных (БЛА, БПЛА) летательных аппаратов.
Уровень техники
Известен способ бесконтактного отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения (см. патент RU 2476967 опубл. 27.02.2013). Устройство содержит одноцепные опоры каждая с поперечной траверсой, на которых через высоковольтные изоляторы подвешены фазные провода трехфазной линии, первичный преобразователь с выходными зажимами, которые присоединены к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, при этом первичный преобразователь выполнен в виде плоской металлической сетки, лежащей на земле, с которой осуществляется отбор мощности.
Недостатком является стационарное исполнение и высокий вес конструкции.
Из уровня техники известен маломерный беспилотный летательный аппарат для диагностики высоковольтных электроустановок (см. патент RU 149069, опубл. 20.12.2014). Беспилотный летательный аппарат (БЛА) для диагностики высоковольтных электроустановок, содержащий портативный компьютер, систему автоматического пилотирования БЛА и измерительную аппаратуру, при этом система автоматического пилотирования БЛА содержит устройство автоматического пилотирования, блок навигации и электромагнитные датчики, причем портативный компьютер соединен с устройством автоматического пилотирования, блоком навигации, электромагнитными датчиками, измерительной аппаратурой, а также с удаленным устройством радиоуправления. БЛА дополнительно содержит вращающиеся элементы, систему электрических антенн, систему магнитных антенн, аккумуляторную батарею и подзаряжающее устройство, а электромагнитные датчики представляют собой датчики, выполненные с возможностью измерения напряженности электрического и магнитного поля, при этом подзаряжающее устройство содержит последовательно соединенные накопитель электроэнергии и систему снабжения БЛА электроэнергией, которая соединена с портативным компьютером и аккумуляторной батареей, система электрических антенн соединена гальванической связью с накопителем электроэнергии и электрической связью с высоковольтной электроустановкой, а система магнитных антенн встроена во вращающиеся элементы и соединена гальванической связью с накопителем электроэнергии и магнитной связью с высоковольтной электроустановкой.
Недостатком является малая габаритная мощность антенн, установленных на вращающихся элементах БЛА, также недостатком является способ регулирования отбираемой мощности путем изменения расстояния от БПЛА до линии электропередач. Размещение магнитных антенн во вращающихся элементах БПЛА увеличивает их момент инерции и повышает расход энергии на поддержание полета.
Из уровня техники известен маломерный беспилотный летательный аппарат для диагностики высоковольтных электроустановок (см. патент RU 149070 опубл. 20.12.2014) Беспилотный летательный аппарат (БЛА) для диагностики высоковольтных электроустановок, содержащий портативный компьютер, систему автоматического пилотирования БЛА и измерительную аппаратуру, при этом система автоматического пилотирования БЛА содержит устройство автоматического пилотирования, блок навигации и датчики измерения напряженности магнитного поля, причем портативный компьютер соединен с устройством автоматического пилотирования, блоком навигации, датчиками измерения напряженности магнитного поля, измерительной аппаратурой, а также с удаленным устройством радиоуправления. БЛА дополнительно содержит вращающиеся элементы, систему магнитных антенн, аккумуляторную батарею и подзаряжающее устройство, при этом подзаряжающее устройство содержит последовательно соединенные накопитель электроэнергии и систему снабжения БЛА электроэнергией, которая соединена с портативным компьютером и аккумуляторной батареей, а система магнитных антенн встроена во вращающиеся элементы и соединена гальванической связью с накопителем электроэнергии и магнитной связью с высоковольтной электроустановкой
Недостатком является малая габаритная мощность антенн, установленных на вращающихся элементах БЛА, также недостатком является способ регулирования отбираемой мощности путем изменения расстояния от БЛА до линии электропередач. Размещение магнитных антенн во вращающихся элементах БЛА увеличивает их момент инерции и повышает расход энергии на поддержание полета.
Наиболее близким аналогом является маломерный беспилотный летательный аппарат для диагностики высоковольтных электроустановок и (см. патент RU 149071 опубл. 20.12.2014), Беспилотный летательный аппарат (БЛА) для диагностики высоковольтных электроустановок, содержащий портативный компьютер, систему автоматического пилотирования БЛА и измерительную аппаратуру, при этом система автоматического пилотирования БЛА содержит устройство автоматического пилотирования, блок навигации и датчики измерения напряженности электрического поля, причем портативный компьютер соединен с устройством автоматического пилотирования, блоком навигации, датчиками измерения напряженности электрического поля, измерительной аппаратурой, а также с удаленным устройством радиоуправления. БЛА дополнительно содержит систему электрических антенн, аккумуляторную батарею и подзаряжающее устройство, при этом подзаряжающее устройство содержит последовательно соединенные накопитель электроэнергии и систему снабжения БЛА электроэнергией, которая соединена с портативным компьютером и аккумуляторной батареей, а система электрических антенн соединена гальванической связью с накопителем электроэнергии и электрической связью с высоковольтной
Недостатком является малая габаритная мощность антенн, установленных на законцовках крыльев или на вращающихся элементах БЛА, также недостатком является способ регулирования отбираемой мощности путем изменения расстояния от БЛА до линии электропередач. Размещение магнитных антенн во вращающихся элементах БЛА увеличивает их момент инерции и повышает расход энергии на поддержание полета.
Сущность полезной модели
Технической задачей предлагаемого устройства является создание устройства отбора мощности малой массы, пригодного для применения на различных летательных и беспилотных летательных аппаратах (ЛА и БПЛА/БЛА), снижающего ограничения на взаимную ориентацию летательного аппарата и линий электропередач высокого напряжения ЛЭП, а также расстояния между ними, и в целом увеличение продолжительности, и, соответственно, дальности полета летательного аппарата.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в увеличении диапазона допустимой взаимной ориентации летательного аппарата и поля линии электропередач.
Заявленный технический результат, а именно, увеличение диапазона допустимой взаимной ориентации летательного аппарата и поля линии электропередач, достигается за счет того, что устройство бесконтактного отбора мощности от линии передач высокого напряжения для летательных аппаратов, содержащее систему антенн, преобразователь, устройство управления и накопитель электроэнергии, причем система антенн выполнена в виде стационарной рамочной антенны, закрепленной на корпусе летательного аппарата, и регулирующей рамочной антенны, при этом корпус летательного аппарата представляет собой каркас стационарной рамочной антенны, а регулирующая рамочная антенна закреплена на корпусе летательного аппарата посредством карданового подвеса, с возможностью пространственной ее ориентации относительно стационарной рамочной антенны, при этом кардановый подвес регулировочной рамочной антенны выполнен в виде трех рамок, соединенных приводами управления.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного летательного аппарата с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - Пример размещения устройства отбора мощности на типовом летательном аппарате (беспилотном летательном аппарате) вида квадрокоптер с рамочными антеннами квадратной формы;
Фиг. 2 - Пример размещения устройства отбора мощности на типовом летательном аппарате (беспилотном летательном аппарате) вида квадрокоптер с рамочными антеннами квадратной формы;
Фиг. 3 - Блок схема заявляемого устройства.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - стационарная рамочная антенна; 2 - регулировочная рамочная антенна, размещенная в кардановом подвесе; 3 - блок преобразователя энергии с устройством управления ориентацией регулировочной антенны; 4 - приводы управления регулировочной антенны; 5 - штатные движители летательного аппарата; 6 - накопитель электроэнергии.
Раскрытие полезной модели
Устройство бесконтактного отбора мощности от линии передачи высокого напряжения состоит из закрепленных на летательном аппарате, приводимом в движение штатными движителями (5), двух рамочных антенн, стационарной (1) и регулировочной (2), блока преобразователя энергии (3) с устройством управления ориентацией регулировочной рамочной антенны (2), приводов управления (4) регулировочной рамочной антенной, накопителя электроэнергии (6).
Стационарная (1) рамочная антенна закреплена на корпусе летательного аппарата таким образом, чтобы эффективно использовать наружную площадь корпуса летательного аппарата в роли своего каркаса. Для этого витки стационарной (1) рамочной антенны расположены между крайними точками оконечностей корпуса летательного аппарата. Таким образом, форма стационарной антенны повторяет форму корпуса летательного аппарата.
Регулировочная (2) рамочная антенна закреплена на корпусе летательного аппарата посредством карданова подвеса, с возможностью пространственной ориентации как параллельно стационарной (2) рамочной антенне, так и перпендикулярно ей, во всех плоскостях. Карданов подвес регулировочной (2) рамочной антенны представляет собой систему трех рамок, соединенных приводами управления (4).
Стационарная рамочная антенна и регулировочная рамочная антенна выполнены с равной энергетической эффективностью.
Обе антенны (1, 2) располагаются таким образом, чтобы получать охлаждение от штатного движителя (5) летательного аппарата без привлечения дополнительной мощности, то есть, расположены в воздушном потоке, образуемом движителем либо его функциональными частями (воздухозаборником, дренажем воздуха турбокомпрессора, выхлопом системы охлаждения, выхлопом импеллера, пропеллерами).
Упомянутые элементы, а именно: стационарная (1) рамочная и регулировочная (2) рамочная антенны, блок преобразователя энергии (3), совмещенный с устройством управления ориентацией регулировочной рамочной антенны, приводы управления (4) и накопитель электроэнергии (6) соединены в электрическую цепь.
Обе антенны (1, 2) подключены к импульсному блоку преобразователя энергии (3) с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (англ. SEPIC) с устройством управления ориентацией регулировочной антенны, в котором происходит нормирование принятой антеннами (1, 2) энергии до необходимых летательному аппарату значений, причем блок преобразователя энергии (3) с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью позволяет нормировать уровни входного напряжения как выше, так и ниже необходимого выходного значения. Блок преобразователя энергии (3) подключен к накопителю электроэнергии (6).
В электромагнитном поле линии электропередач высокого напряжения ЛЭП обе антенны (1, 2), соединенные последовательно, являются вторичной обмоткой, образованного с линией электропередачи высокого напряжения, трансформатора. Т.к. рамочные (1, 2) антенны имеют выраженную диаграмму направленности, то эффективность данных антенн (1, 2) зависит от взаимной ориентации антенн и порождающего электромагнитного поля линий электропередач ЛЭП.
С помощью блока преобразователя энергии (3) с устройством управления ориентацией регулировочной рамочной антенны (2) и приводов управления (4) регулировочной рамочной антенной, достигается уменьшение или увеличение эффективности заявленного устройства, а значит и отбираемой из электромагнитного поля линий электропередач ЛЭП мощности, при любой взаимной ориентации летательного аппарата и поля линий электропередач ЛЭП.
Устройство управления ориентации получает установку от блока преобразования энергии на уменьшение или увеличение отбираемой мощности. Вращением регулировочной (2) антенны, посредством приводов управления (4), осуществляется определение тенденции изменения мощности в зависимости от направления вращения и, затем, вращением в нужную сторону, последовательным приближением, поиск такого положения антенны, при котором отбираемая мощность оптимальна, либо достигает возможного минимума или максимума.
Принцип действия устройства отбора мощности основан на том, что в установленных на летательном аппарате рамочных антеннах (1) и (2), при нахождении в переменном электромагнитном поле ЛЭП, индуцируется переменное напряжение. В зависимости от взаимной ориентации антенн (1, 2) оно имеет в них синфазную или противофазную природу, что, при помощи преобразователя энергии с устройством управления ориентацией (3), позволяет складывать или вычитать генерируемую ими мощность, регулируя поступающее в летательный аппарат и в накопитель электроэнергии (6) питание. При этом лишняя тепловая энергия, выделяемая на рамочных антеннах (1) и (2), эффективно отводится штатными движителями летательного аппарата (5), без привлечения дополнительной мощности, не допуская их перегрева.
За счет максимального использования площади корпуса летательного аппарата в качестве каркаса стационарной рамочной антенны и ее большой площади, заявляемое устройство имеет высокую габаритную мощность при малой массе и высокую эффективность в электромагнитных полях электросетей частотой 50 и 60 Гц, и способно полностью или частично возместить расход энергии летательным аппаратом.
Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства, реализация которых может быть выполнена в соответствии фиг. 1 - фиг. 3, позволяет устанавливать на летательный аппарат (БЛА/БПЛА) для диагностики ЛЭП устройства отбора мощности малой массы, способные полностью или частично возместить расход энергии летательным аппаратом, улучшить его эксплуатационные характеристики за счет увеличения продолжительности и дальности полета при проведении диагностики, а также существенно расширить диапазон допустимых расстояний от летательного аппарата до ЛЭП и взаимных ориентаций летательного аппарата и ЛЭП, упрощая процесс диагностики.