АРКТИЧЕСКИЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ДОЗОРА

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть применена при создании новых конструкций арктических беспилотных вертолетов радиолокационного дозора.
Техническим результатом данной полезной модели является расширение температурного диапазона использования арктического беспилотного вертолета радиолокационного дозора.
Известен беспилотный вертолетный комплекс радиолокационно-оптического обзора (БпВК РЛОО), описанный в статье С.А. Мосиенко «Концепция облика беспилотного вертолетного комплекса радиолокационно-оптического обнаружения межвидового применения», журнал «Молодой ученый», 2021, №8 (350). с. 8-13.
Недостатком БпВК РЛОО является невозможность работы в условиях низких температур.
Наиболее близкой по технической сущности и уровню эксплуатационных характеристик к патентуемой полезной модели является беспилотный вертолет радиолокационного дозора, описанный в патенте С.А. Мосиенко №212196 от 13.05.2022 года (прототип).
Беспилотный вертолет радиолокационного дозора (БВ РЛД), 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, двухстепенный карданный подвес с расположенной на нем фазированной антенной решеткой с возможностью горизонтального и вертикального отклонения от строительной оси беспилотного вертолета.
Недостатком БВ РЛД является невозможность работы в условиях низких температур в зоне Арктики.
Техническим результатом данной полезной модели, является расширение температурного диапазона использования арктического беспилотного вертолета радиолокационного дозора.
Технический результат достигается за счет того, что арктический 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, двухстепенный карданный подвес с расположенной на нем фазированной антенной решеткой с возможностью горизонтального и вертикального отклонения от строительной оси беспилотного вертолета, дополнительно содержит систему охлаждения турбовального двигателя, противообледенительную систему и систему автоматического аэрозольного пожаротушения, при этом противообледенительная система состоит из электронагревательных элементов лопастей, токосъемников несущих винтов и коробки программного механизма, в то же время система охлаждения турбовального двигателя содержит воздухозаборник, размещенный в верхней части фюзеляжа, левый и правый выходной патрубок.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующим чертежом: фиг. 1, на котором показана структурная схема арктического беспилотного вертолета радиолокационного дозора (АБВ РЛД).
Как видно из чертежа фиг. 1, АБВ РЛД 1, содержит носовую часть фюзеляжа 3, предназначенную для размещения комплекса бортового оборудования (КБО) - на чертеже не показано, бортовой радиолокационной станции (БРЛС) 6 с фазированной антенной решеткой (ФАР), 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 АБВ РЛД 1. Снаружи носовой части фюзеляжа 3 расположена ОЭС 4. Полозковое шасси 15 крепится к центральной части фюзеляжа 2.
АБВ РЛД 1 содержит систему охлаждения турбовального двигателя 10, противообледенительную систему (ПОС) и систему автоматического аэрозольного пожаротушения 20, при этом система охлаждения турбовального двигателя содержит воздухозаборник 16, размещенный в верхней части фюзеляжа 2, левый 17 и правый 18 выходной патрубок.
Противообледенительная система (ПОС) 19 содержит: электронагревательные элементы лопастей; токосъемники несущих винтов 8 и 9, коробка программного механизма (на чертеже не показано).
Как видно из чертежа фиг. 2, БРЛС 6, содержит основание 21, ФАР 22, двухстепенный карданный подвес 23, раму 24, приемо-передающую аппаратуру БРЛС 25. Основание 21 предназначено для крепления БРЛС с ФАР 6 к фюзеляжу 2. Двухстепенный карданный подвес 23 предназначен для крепления ФАР 22 к раме 24, которая предназначена для размещения приемо-передающей аппаратуры 25, при этом ФАР 22 соединена с приемопередающей аппаратурой 25 посредством соединительного кабеля. Двухстепенный карданный подвес 23, содержит внутреннюю 26 и внешнюю 27 рамку, горизонтальный и вертикальный привод, горизонтальный и вертикальный привод поворота (на чертеже не показано). ФАР 22 крепиться к внутренней рамке 26, горизонтальный и вертикальный привод крепиться к внешней рамке 27 (на чертеже не показано).
Как видно из чертежа фиг. 3, система управления АБВ РЛД 1 состоит из комплекса бортового оборудования (КБО) 28 и наземного пункта управления (НПУ) 36.
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. Кроме того, КБО 28 содержит датчики: системы охлаждения турбовального двигателя 37, ПОС 38, сигнализатор обледенения 39 и датчик системы автоматического аэрозольного пожаротушения (СААП) 40.
Заявленный АБВ 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. АБВ 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 АБВ 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 БСВ РЛД 1. Управление АБВ 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 НПУ 36 с использованием системы связи 34, БПУС 30, БВС 31, БУЭРП 32 и рулевых приводов 33, расположенных в БСВ РЛД 1, управляет направлением и силой тяги системы из двух соосных винтов 7, автоматами перекоса (на чертеже не показано).
Управление по курсу АБВ 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 АБВ 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 АБВ РЛД 1 происходит с использованием средств связи 34, входящих в состав КБО 28 и НПУ 36. Важной особенностью АБВ 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, АБВ РЛС 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 22 позволяет выполнять следующие режимы работы: формирование радиолокационного изображения наземной, в том числе заснеженной, надводной подстилающей поверхности; поиск подвижных и неподвижных наземных и морских объектов; обзор воздушного пространства и определение координат движения воздушных объектов; картографирование земной и морской поверхностей; обнаружение метеообразований; осуществление информационного обмена с комплексом бортового оборудования 28. По команде оператора НПУ 36, с использованием КБО 28 осуществляется сканирование воздушного пространства в горизонтальной плоскости с углами ±120 градусов, вертикальной плоскости с углами ±60 градусов. Разворотом АБВ РЛД 1 в горизонтальной плоскости 120 градусов относительно своей оси в течение нескольких секунд три раза, решается задача сканирования воздушного пространства на 360 градусов.
Система охлаждения турбовального двигателя охлаждает ТВаД 10 в полете, она имеет датчик 37, который показывает температуру газов за ТВаД 10.
Обледенение АБВ РЛД 1 - процесс образования льда на поверхности АБВ РЛД 1 во время полета. Вероятность обледенения частей АБВ РЛД 1 появляется при высокой влажности и температуре от +5 град. С и ниже. Обледенение для АБВ РЛД 1 считается одним из опасных влияний окружающей природной среды. Лед увеличивает полетный вес, ухудшает аэродинамические свойства АБВ РЛД 1. Наросты на несущих винтах 8 и 9 могут привести к разбалансировке винтов и ухудшению управляемости АБВ РЛД 1. Образование наростов на входных устройствах двигателя, уменьшает мощность и тягу двигателя. Срыв льда в двигатель 10 может привести к поломке лопаток компрессора и двигателя 10.
Для защиты АБВ РЛД 1 от наростов льда имеется ПОС 19, содержащая в себе противообледенительную систему лопастей и входных устройств двигателя 10. ПОС 19 предотвращает нарастания ледяного слоя, удаления появившегося льда в целях обеспечения всепогодности и повышения безопасности полета в условиях обледенения. ПОС 19 имеет датчик 38, который показывает температуру за бортом АБВ РЛД 1. Нагревательные элементы лопастей несущих винтов 8 и 9 выполнены из тонких лент нержавеющей стали, которые проложены в носовой части, лопасти по всей ее длине (на чертеже не показано). Нагревательный элемент каждой лопасти несущего винта 8 и 9 состоит из четырех секций, две из которых первая и вторая обогревают верхнюю часть носка лопасти, третья переднюю часть лопасти, четвертая - нижнюю часть лопасти. Питание нагревательных элементов осуществляется переменным током линейным напряжением 200 В. Напряжение подается на секции, нагревательных элементов через токосъемники винтов. Токосъемник представляет собой агрегат, состоящий из узла контактных колец со щетками; основания, на котором смонтированы пять контакторов и пять трансформаторов тока; защитного колпака и основания, за фланец которого он крепится к втулке несущего винта 8 и 9 (на чертеже не показано). Контактные кольца токосъемника размещены на неподвижной части токосъемника, все остальные элементы - на подвижной. Секции нагревательных элементов включаются в работу циклично в определенной последовательности с помощью программного механизма коробки (ПМК). Длительность цикла программного механизма ПМК составляет 154 секунды. Программный механизм за время цикла формирует четыре импульса длительностью по 38,5 секунд на включение обогрева секций. Каждая секция винтов 8 и 9 за цикл греется 38,5 сек и охлаждается 115,5 сек. Питание противообледенительной системы винтов осуществляется через автомат защиты сети. Для воздухозаборника 16 и входных частей двигателя 10 используется воздушно-тепловая система обогрева. Горячий воздух отбирается от компрессора двигателя 10 (на чертеже не показано). Система состоит из коллектора, трубопровода с горячим воздухом и переключателем подачи воздуха (на чертеже не показано). Обогрев производиться в автоматическом режиме. Для управления системой используется реверсивный электродвигатель. При включении обогрева, начинает работать электродвигатель, электродвигатель открывает заслонку, и при полном открытии двигатель 10 выключается (на чертеже не показано). Одновременно с этим, у оператора НПУ 36 на приборной панели загорается лампочка, сигнализируя о том, что, обогрев включен. Через 50 с, после открытия заслонки, электродвигатель включается и закрывает заслонку. Сигнализатор обледенения 39 предназначен для оповещения оператора НПУ 36 о начале обледенения АБВ РЛД 1. Так же, оповещает о нахождении АБВ РЛД 1 в зоне обледенения, и автоматически включает ПОС. Сигнализатор обледенения 39 работает с использованием радиоактивного изотопа: стронция и иттрия. Поток β частиц, из корпуса сигнализатора 39, попадает на галогенный счетчик, размещенный в блоке 29, в котором появляется импульс напряжения. Этот импульс попадает на регистрирующую схему блока 30. Образование на счетчике льда толщиной более 0,3 мм уменьшает поток частиц и, следовательно, частоту импульсов напряжений. После этого электронный блок 30, через средства связи 34, сигнализирует оператору НПУ 36 и выдает сигнал на автоматическое включение ПОС.СААП 20 имеет датчик температуры 40 и смесь аэрозоля. Принцип действия СААП 20 заключается в подавлении химических процессов, возникающих при горении в двигательном отсеке. Смесь аэрозоля состоит из реагентов, останавливающих химические реакции. За счет выделения мелкодисперсных частичек на поверхности горящих предметов и веществ образуется пленка, перекрывающая поступление воздуха к огню в двигательном отсеке.
Таким образом, решается задача полезной модели: расширение температурного диапазона использования АБВ РЛД 1 в интервале температур от минус 80 град С.до плюс 200 град.С.Основные технические характеристики АБВ 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. Полученные данные от датчиков 37,38,39 и 40 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 АБВ РЛД 1, осуществляют из типовых узлов и агрегатов, выпускаемых предприятиями России. В качестве БРЛС 6 с ФАР 22 может быть использована БРЛС «Жук-А» или «Ирбис», в качестве токосъемника ПОС 19 может быть использован ТСВ1У023. Цифровой двойник АБВ РЛД 1 изготовлен, испытания показали, что он соответствует характеристикам, приведенным в таблице 1.