ДВУХСРЕДНЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к беспилотным летательным аппаратам. Данный аппарат может применяться для фото- и видеоразведки в режиме реального времени в автономном и управляемом полете как в воздухе, так и под водой.
Известен двухсредный беспилотный летательный аппарат (Патент RU №164143, опубликован 20.08.2016), состоящий из несущего каркаса и трех систем «винт в кольце» жестко закрепленных в вершинах воображаемого равностороннего треугольника, снабженных электродвигателями с установленными в них двумя соосно несущими воздушными винтами противоположного вращения и электронной регулировкой числа оборотов, соединенных с аккумулятором. Несущие системы «винт в кольце» выполнены поворотными, корпус выполнен герметичным водонепроницаемым с двумя укороченными крыльями с поплавками и килем, вдоль продольной оси жестко закреплена система погружения и всплытия.
Основным недостатком этого двухсредного беспилотного летательного аппарата (БПЛА) является компоновка корпуса, исключающая использование задней пары двигателей для горизонтального полета. Использование двигателей с высокими рабочими оборотами в связи с необходимостью выбора винтов малого диаметра с соосным расположением увеличивает вероятность возникновения явления кавитации при работе под водой (требуется высокая степень дросселирования двигателя).
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является Самодельный квадрокоптер (Патент KR 20160093242 А, опубликован 08.08.2016), состоящий из блока связи; блока управления; балластного резервуара для хранения воздуха или воды, по меньшей мере, одного клапана и одного насоса; водонепроницаемой панели, отделяющей верхнюю и нижнюю части корпуса; устройства обнаружения, включающего датчики температуры и водонепроницаемую камеру; опорной рамы; сквозных каналов, которые выполнены в форме цилиндра, через который проходит опорная рама, и нескольких приводных роторов, включающих приводной водонепроницаемый двигатель и пропеллер, подключенный к приводному двигателю и приводному валу. Основными недостатками данного аппарата является громоздкость сквозных каналов, в которых установлены приводные двигатели и пропеллеры, из-за чего конструкция механизма поворота будет энергетически неэффективна.
В сравнении с прототипом предлагаемая полезная модель обеспечивает лучшие летные характеристики (а именно маневренность, как в подводной, так и в летной конфигурации), за счет корпуса, выполненного в форме профиля крыла и подвижных консолей, снабженных электродвигателями с установленными в них воздушными винтами, что обеспечивает аппарату высокое аэродинамическое качество.
Технический результат полезной модели достигается тем, что двухсредный БПЛА состоит из герметичного корпуса, выполненного в форме профиля крыла с переменной высотой, переходящего в два профиля, образующих два крыла, консоли которых имеют возможность поворота вокруг поперечной оси, снабженные электродвигателями с установленными в них воздушными винтами.
Устройство и общий вид двухсредного БПЛА приведены на фигурах 1, 2 и 3: Фиг. 1 - общий вид двухсредного БПЛА в горизонтальном положении; Фиг. 2 - общий вид двухсредного БПЛА в вертикальном положении; Фиг. 3 - компоновка двухсредного БПЛА.
Двухсредный беспилотный летательный аппарат состоит из герметичного корпуса 1, выполненного в форме профиля крыла с переменной высотой, переходящего в два профиля, образующих два крыла, консоли 2 которых имеют возможность поворота вокруг поперечной оси, снабженные электродвигателями 3 с установленными в них воздушными винтами 4. Поворот консолей осуществляется сервомашинками 5, через полый вал 6, внутри которого проложены кабели, соединяющие электродвигатель и регулятор оборотов 7. Питание оборудования осуществляется от бортовых аккумуляторных батарей 8 через распределитель питания 9, служащий также для контроля напряжения батареи и потребляемого тока, а функции стабилизации аппарата в воздухе выполняет система управления 10. В аппарате предусмотрены небольшие балластные баки 11, наполняемые при необходимости погружения. На аппарате установлены бесколлекторные двигатели постоянного тока с электронной коммутацией обмоток, что позволяет отказаться от герметизации всего двигателя, а герметизировать только неподвижные кабельные вводы-выводы. Также в аппарате предусмотрена возможность дистанционного управления по радиоканалу.
Двухсредный беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки функционирует следующим образом. Производится подключение батарей, проверка систем телеметрии и управления, герметизация крышки приборного отсека. Непосредственно перед взлетом производится снятие электронной блокировки двигателей. Аппарат может стартовать как вертикально "по-вертолетному" так и с катапульты "по-самолетному".
При вертикальном старте консоли разворачиваются сервомашинками по команде от системы управления в вертикальное положение винтами вверх, бесколлекторные двигатели с винтами, установленные на консолях раскручиваются, создавая тягу, и взлет происходит аналогично мультироторным аппаратам. С таким же положением консолей аппарат может висеть в воздухе, снижаться, приземляться. Для перемещения и маневрирования в режиме висения может использоваться отклонение консолей от вертикального положения.
При старте с катапульты консоли находятся в горизонтальном относительно фюзеляжа положении, после чего происходит разгон аппарата катапультой, стабилизация его в горизонтальном полете. Винты могут быть раскручены как заблаговременно, при нахождении аппарата на катапульте, так и в воздухе, после запуска.
Для перехода из режима висения аппарат поворачивает консоли вперед, постепенно уменьшая установочный угол к горизонту, при этом происходит разгон аппарата и переход его в горизонтальный полет. В процессе изменения угла консолей система управления аппарата одновременно изменяет скорость вращения винтов для обеспечения требуемой траектории полета. Посадка на водную поверхность происходит из режима вертикального полета. После приводнения аппарат заполняет балластные емкости и погружается.
Маневрирование аппарата под водой во всех режимах движения осуществляется аналогично тому, как аппарат маневрирует при полете в воздушной среде. Подводное функционирование аппарата отличается уменьшенными оборотами винтов, пониженной скоростью и углами поворота консолей. При необходимости всплытия аппарат двигается с положительным дифферентом за счет работы двигателей и отклонения рулевых поверхностей. После всплытия и разворота консолей в вертикальное положение винты оказываются над поверхностью воды, что позволяет аппарату взлетать в штатном режиме.
По сравнению с мультироторными аппаратами данный аппарат имеет возможность перемещения в режиме висения в горизонтальном направлении без использования наклонов корпуса, а только за счет наклона консолей, что расширяет спектр решаемых аппаратом задач.
Задачами предлагаемой полезной модели являются фото- и видеосъемка в реальном времени как в воздухе, так и под водой, а также доставка полезной нагрузки различного назначения как в пределах одной среды, так и в пределах двух сред - водной и воздушной. БПЛА может применяться для мониторинга окружающей среды в прибрежных зонах, ведения технического контроля надводных и подводных объектов, разведки и проведения поисково-спасательных операций в зонах, опасных для жизни человека.