Беспилотный летательный аппарат вертикального взлёта и посадки

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки специального назначения, в частности к беспилотным летательным аппаратам, предназначенным для ведения мониторинга высотных зданий и сооружений, контроля окружающей обстановки.
Известен экспериментальный беспилотный летательный аппарат Embler производства фирмы AESIR. (http://www.membrana.ru/particle/14158 (25.12.2019 г.)). Аппарат имеет зонтообразный корпус с вентилятором над верхней поверхностью, приводимым в движение электромотором. Аппарат может находиться в воздухе до 10 мин. Управление направлением движения в этом БПЛА осуществляется с помощью управляемых заслонок в выходной щели вентиляторного канала (управление рысканьем), а также с помощью четырех закрылков у кромки зонтообразной поверхности (управление креном и тангажом). Недостатком аппарата является применение механически отклоняемых поверхностей, что уменьшает надежность системы управления и снижает маневренность аппарата при полете. Внешний вид летательного аппарата представлен на фиг. 1.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели, принятым за прототип является малоразмерный беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (патент №2 455 198 МПК В64С 27/00 21.01.2011 г.) содержащий силовую установку с соосными винтами противоположного вращения, расположенную в центральном контейнере, вокруг которого на равном расстоянии друг от друга установлены три рулевых органа в виде импеллеров. Недостатком данного летательного аппарата является невысокие характеристики управляемости и маневренности при полете в сложных городских условиях.
Задачей и техническим результатом данной полезной модели является создание беспилотного летательного аппарата вертикального взлета посадки, имеющего высокие летные характеристики маневренности и управляемости.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (БПЛА ВВП) содержит расположенную в центральном контейнере силовую установку с соосными винтами противоположного вращения, вокруг которой равномерно по окружности установлены рулевые органы в виде импеллеров при этом установка рулевых органов осуществлена в дискообразном корпусе с выпуклой верхней поверхностью. Корпус летательного аппарата имеет основной вертикальный канал, с размещенным в нем центральным контейнером и вертикальными каналами по окружности корпуса с установленными в них импеллерами, при этом над поверхностью корпуса у входа в основной вертикальный канал установлено профилированное кольцо для отделения части поступающего на вход воздушного потока и формирования настилающей струи по верхней поверхности корпуса, внутри корпуса выполнены радиальные воздушные каналы для отсоса воздуха, соединяющие основной вертикальный канал с щелевидными окнами на верхней поверхности корпуса.
Так же решение задачи и технический результат достигаются тем, что в БПЛА ВВП внутри корпуса размещен горизонтальный канал с установленным в нем импеллером горизонтальной тяги.
Так же решение задачи и технический результат достигаются тем, что нижняя поверхность дискообразного корпуса БПЛА ВВП выполнена конической и опоясана «юбкой», являющейся продолжением верхней поверхности.
На Фиг. 2 представлен общий вид БПЛА ВВП. На Фиг. 3 представлена компоновка размещения в корпусе центрального контейнера с соосными винтами противоположного вращения в основном вертикальном канале и вертикальных каналов с рулевыми органами в виде импеллеров. На Фиг. 4 - БПЛА ВВП вид сверху. На Фиг. 5 представлена компоновка размещения в корпусе БПЛА ВВП горизонтального канала с установленным импеллером горизонтальной тяги и сечение воздушного канала для отсоса воздуха, так же показана «юбка» и сечение нижней поверхности дискообразного корпуса.
Устроен беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки следующим образом. Основными конструктивными элементами БПЛА ВВП являются дискообразный корпус 4 с выпуклой верхней поверхностью 8, по центральной оси симметрии которого расположен основной вертикальный канал 5 с центральным контейнером 1 включающим силовую установку с соосными винтами противоположного вращения 2. Соосные винты установлены навстречу друг другу и отличаются тем, что верхний винт толкающий, а нижний винт тянущий. В качестве силового привода каждого винта используются бесколлекторные электродвигатели. Силовая установка создает подъемную силу превышающую взлетный вес БПЛА, чем и обеспечивается возможность его перемещения по вертикали. На дискообразном корпусе 4 по окружности размещены вертикальные каналы 6 с размещенными в них рулевыми органами в виде импеллеров 3. Над поверхностью корпуса 4 у входа в основной вертикальный канал 5 установлено профилированное кольцо 7, формирующее воздушный поток в основном вертикальном канале и на верхней выпуклой поверхности 8 дискообразного корпуса 4. Между основным вертикальным каналом 5 и щелевидными окнами 10, расположенными на верхней выпуклой поверхности 8, внутри корпуса 4, выполнены радиальные воздушные каналы 9, предназначенные во время полета для отсоса воздуха с верхней выпуклой поверхности 8 дискообразного корпуса 4. Так же внутри дискообразного корпуса 4 размещен горизонтальный канал 11 с установленным в нем импеллером горизонтальной тяги 12. Нижняя поверхность 13 дискообразного корпуса 4 выполнена конической и опоясана «юбкой» 14, создающей на взлете эффект «воздушной подушки» и являющейся продолжением верхней поверхности 8.
Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки функционирует следующим образом. Запуск электродвигателей силовой установки, импеллеров - рулевых органов и электродвигателя импеллера горизонтальной тяги осуществляют по команде оператора с пульта дистанционного управления, представляющего собой стандартную аппаратуру управления моделями. Управление БПЛА по вертикали осуществляют синхронным и одинаковым по величине и знаку изменением числа оборотов обоих электродвигателей силовой установки. Управление по курсу (поворот вокруг вертикальной оси без потери высоты) осуществляют также регулировкой числа оборотов обоих электродвигателей силовой установки. При этом обороты обоих двигателей изменяют на величину, равную по модулю, но противоположную по знаку. Режим висения и стабилизации аппарата при его перемещении в горизонтальной плоскости обеспечивает бортовая навигационная и управляющая система, непрерывно вырабатывающая команды для каждого электродвигателя рулевых органов (импеллеров). Изменение поступательной скорости БПЛА в горизонтальной плоскости осуществляют изменяя число оборотов электродвигателя импеллера горизонтальной тяги. При этом торможение БПЛА можно производить энергичным разворотом корпуса на 180 градусов и включением максимальной мощности электродвигателя импеллера горизонтальной тяги.
Оператор осуществляет полет как в пределах прямой видимости, так и по «картинкам» на мониторе аппаратуры управления, получаемых с видеокамер установленных на поверхности БПЛА.
Отличительной особенностью БПЛА является использование эффекта Коанды, который реализуется при обтекании в полете воздушным потоком дискообразного корпуса с выпуклой верхней поверхностью следующим образом. Над выпуклой поверхностью дискообразного корпуса у входа в основной вертикальный канал установлено профилированное кольцо, отделяющее часть воздушного потока от поступающего на вход в основной вертикальный канал и направляющего ее (эту часть) на верхнюю выпуклую поверхность дискообразного корпуса, формируя таким образом сплошной настилающий воздушный поток по всей верхней круговой выпуклой поверхности дискообразного корпуса. С помощью отсоса во время полета БПЛА части воздушного потока с верхней поверхности через щелевидные окна 10 сообщающиеся через радиальные воздушные каналы 9 с основным вертикальным каналом 5, обеспечивается безотрывное течение воздушного потока по всей выпуклой верхней поверхности дискообразного корпуса БПЛА, что способствует устойчивости полета.