КАТАПУЛЬТА ДЛЯ ЗАПУСКА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области беспилотных летательных аппаратов, более конкретно к катапультам для запуска беспилотных летательных аппаратов, преимущественно малоразмерных.
Уровень техники
Для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов широко используются пусковые устройства типа катапульт с силовой установкой небольшой мощности, обеспечивающие надежный взлет указанных летательных аппаратов
Важным требованием к малоразмерным летательным аппаратам является возможность их взлета с необорудованных площадок и в полевых условиях, поэтому и катапульта, так же как и летательный аппарат, должны быть конструктивно приспособлены к этому и к удобству транспортировки и хранения. Принципиально важна минимизации размеров катапульты. Для малоразмерных беспилотных летательных аппаратов в основном применяются эластичные, реже пневматические катапульты [1].
Известны устройства для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с катапульты, содержащих тележку, разгоняемую источником энергии по направляющим катапульты с установленной на ней летательным аппаратом [2].
Описанные там устройства могут быть охарактеризованы следующим образом. Устройство содержит разгонную тележку, которая расположена на катапульте в стартовом положении. После ее разгона разгонным устройством до требуемой скорости летательный аппарат, расположенный на тележке, в конце катапульты слетает по инерции с тележки и летит самостоятельно.
Весьма популярной в настоящее время является катапульта для взлета летательного аппарата [3] (патент РФ на изобретения №2466909, опубл. 20.11.2012), содержащая короб с направляющей для каретки, в которой устанавливается беспилотный летательный аппарат, гибкую связь, соединяющую каретку с источником энергии через направляющей ролик, причем гибкая связь выполнена в виде, по меньшей мере, одной гибкой упругой тяги, соединенной с торцом направляющей, короб выполнен составным, содержащим незамкнутый короб и крышку, верхняя поверхность ролика расположена над крышкой,
Схожие конструкции имеют серийно выпускаемые катапульты для беспилотных авиационных комплексах Орлан-3, Орлан-10, Геоскан-101, Геоскан-201 и других.
В описанных выше катапультах при эксплуатации выявлен ряд недостатков. Главный - используемый в них источник энергии - гибкая упругая тяга выполнена из резиновых жгутов. Она не обеспечивает надежную работы катапульты во всем температурном диапазоне их применения. При высоких температурах резиновые жгуты размягчаются и теряют упругость, при низких - жгуты становятся хрупкими, снижается надежность катапульты. Для запуска аппаратов при высоких или низких температурах надо подержать резиновые жгуты в подходящем (теплом или прохладном) месте и устанавливать их на катапульту только перед запуском, причем перед следующим запуском - снова класть их в такое место, что, естественно неудобно, ненадежно, волокитно, некомфортно. Другой недостаток - ухудшение резиновых жгутов при заряженном состоянии катапульты. Натянутые жгуты деформируются. Кроме того, в катапультах происходит неизбежный удар каретки об ограничитель в конце ее разгона при каждой остановке. Из-за этого каретка, да и вся катапульта со временем разрушается. К тому же размещение резиновых жгутов снаружи - сбоку направляющей - снижает удобство, надежность и безопасность работы катапульты, увеличивает необходимую площадь для ее работы.
Эти недостатки частично устранены в катапультах с пружинным источником энергии, параметры которого мало зависят от температуры и времени. Наша модель относится именно к таким катапультам. Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой катапульте является катапульта по патенту США US 7059564 В2, (публ. 13.06.2006). Катапульта для запуска беспилотного летательного аппарата содержит направляющую с желобом, в который на роликах установлена каретка, гибкий трос, соединяющий каретку с источником энергии, в качестве источника энергии применен блок параллельных пружин, каретка соединена с блоком пружин через полиспаст.
Опасными элементами катапульты - прототипа являются
наличие открытых пружин вдоль направляющего желоба. Они мешают оператору, и снижают надежность, безопасность устройства из-за легкой доступности внешних помех;
удары каретки об ограничитель в конце ее разгона при каждом запуске аппарата, из-за которого каретка и катапульта быстрее выходит из строя.
Задачи полезной модели Задачи полезной модели - улучшение удобства работы оператора, повышение безопасности и надежности работ
Решение задач.Поставленные задачи выполнены тем, что в известную катапульту, содержащую направляющую с желобом, в который размещена каретка на роликах для установки беспилотного летательного аппарата, гибкий трос, выполненный в виде, по меньшей мере, одной упругой тяги, соединяющий перед каретки с источником энергии в виде блока пружин, - передняя часть каретки соединена с блоком пружин через полиспаст, при этом один конец блока пружин неподвижно закреплен, а второй соединен со входом полиспаста, выход которого подключен к передней части каретки
внесены существенные изменения, а именно -
блок пружин и полиспаст вложены в цилиндрические тубусы, последовательно установленные под направляющей для повышения надежности, безопасности и удобства работы.
Кроме того, блок пружин может быть преднапряжен (т.е. слегка натянут) в разряженном положении катапульты - для мягкой остановки каретки при сходе запускаемого аппарата с направляющей
Кроме того, направляющая катапульты может быть выполнена разборной для удобства хранения и перемещения катапульты
Технический результат предложенного решения состоит в повышении ее надежности, безопасности и удобства работы.
Перечень фигур
Фиг. 1 - Катапульта в сборе - разряженная: Фиг. 2 - Катапульта в сборе - заряженная;
На фигурах приняты следующие обозначения 1 - направляющая с желобом, 2 -блок пружин, 3 - блок полиспаста, 4 - гибкий трос полиспаста, 5 - неподвижный ролик, 6 - каретка, 7 - лебедка, 8 - трос лебедки, 9 - стопор каретки.
Катапульта в сборе разряженная (Фиг. 1) состоит из направляющей с желобом 1, на верхнем конце которой установлена каретка 6. Снизу к направляющей прикреплены последовательно соединенные блок параллельных пружин 2 (ненапряженных) и блок полиспаста 3. Выход полиспаста 3 гибким тросом 4 через неподвижный ролик 5 соединен с передней частью каретки 6, а задний конец каретки 6 гибким тросом 8 соединен с лебедкой 7, размещенной на нижнем конце направляющей 1. Перед лебедкой 7, выше нее расположен стопор 9, предназначенный для фиксации положения каретки 6.
Катапульта в сборе заряженная (Фиг. 2) состоит из направляющей с желобом 1, на нижнем конце которого установлена каретка 6. Снизу к направляющей прикреплены последовательно соединенные блок параллельных пружин 2 (напряженных) и блок полиспаста 3. Выход полиспаста 3 гибким тросом 4 через неподвижный ролик 5 соединен с передней частью каретки 6, а задний конец каретки 6 зафиксирован в стопоре 9.
Сущность изобретения
Катапульту перевозит в разобранном виде. Основа катапульты - направляющая с желобом 1, блок пружин 2 и блок полиспаста 3. При сборке катапульты сначала собирают направляющую с желобом 1 с закрепленными на ней лебедкой 7, стопором 9 и неподвижным роликом 5. Затем к ней прикрепляют блок пружин 2 и блок полиспаста 3. На направляющую в желоб устанавливают каретку 6. К переднему краю каретки 6 прикрепляют трос полиспаста 4 проходящий через неподвижный ролик 5, к заднему - трос лебедки 8. Длина троса полиспаста 4 такая, чтобы при нахождении каретки 6 в верхнем (разряженном) положении катапульты пружины блока пружин 2 были слегка натянуты, что называется «преднатягом».
Непосредственно после сборки катапульта разряжена (Фиг. 1). При этом блок пружин 2 находятся в исходном, слегка натянутом положении («преднатяг»). Для приведения катапульты в заряженное положение трос лебедки 8 наматывают на лебедку 7. Это проводится путем вращения рукоятки лебедки 7, трос 8 которой прикреплен к заднему концу каретки 6. Каретка 6 смещается вниз, натягивая трос полиспаста 4, который прикреплен к передней части каретки. Таким образом, перемещающаяся к началу направляющей 1 каретка 6 через полиспаст 4 растягивает пружины блока пружин 2. Расстояние смещения каретки равно двойной длине растягивания пружин. Длина троса полиспаста 4 рассчитана так, чтобы при максимальном растяжении пружин каретка 6 переместилась до стопора 9. После перемещения каретки 6 до стопора 9 (Фиг. 2) каретка 6 останавливается и фиксируется стопором 9. После этого трос 8 лебедки 7 отсоединяют от каретки 6. Катапульта готова к запуску.
Для запуска беспилотного летательного аппарата проводят его сборку, зарядку, ввод полетного задания и устанавливают на каретку 6. После готовности летательного аппарата к запуску отпускают каретку 6 выключением стопора 9. Под воздействием сокращающихся пружин 2 трос полиспаста 4 с ускорением тянет каретку 6 по направляющей 1. При достижении кареткой 6 верхнего конца направляющей 1 катапульты каретка 6 мягко остановится преднатягом блока пружин 2. Разогнанный кареткой 6 аппарат под действием инерции сходит с нее. Скорость аппарата, набранная в процессе разгона на каретке, достаточна для начальной стадии полета аппарата.
Применение полиспаста позволило достигнуть большей скорости разгона беспилотного летательного аппарата при меньшем растяжении пружин. Включение полиспаста в цепь разгона каретки катапульты связана с тем, что прямое применение пружин для целей запуска беспилотных летательных аппаратов нерационально. Очень упругие пружины невозможно растянуть на требуемую для разгона БЛА длину, и катапульта не успевает разогнать каретку до скорости самостоятельного полета аппарата. Менее упругие пружины не обеспечивают требуемого для разгона каретки усилия. Применение полиспаста, позволяет применять очень упругие пружины, которые через полиспаст увеличивает длину разгона до величины, достаточной для достижения необходимой скорости с меньшим ускорением, а, следовательно, с меньшими нагрузками
Преднатяг, осуществляемый пружинами 2 в конце разгона каретки 6, исключает жесткий удар каретки в конце разгона, что заметно повышает надежность катапульты. Принцип действия преднатяга основан на том, что при достижении кареткой 6 уровня неподвижного ролика 5 она по инерции продвигается дальше по направляющей 1. В этот момент натяжение пружин максимально ослаблено, но так как каретка продолжает двигаться дальше, то через трос полиспаста 4 она снова начинает растягивать пружины блока пружин 2, что и останавливает каретку 6.
Разборка катапульты осуществляется в порядке, обратном ее сборке. Для сборки и разборки катапульты, а так же в процессе ее эксплуатации не требуется применение каких-либо инструментов или приспособлений.
Промышленная применимость
Полезная модель предназначена для использования в малогабаритных беспилотных авиационных системах самого различного назначения. Предлагаемая катапульта позволяет осуществлять запуск беспилотных летательных аппаратов массой до 10-15 кг в зависимости от количества и упругости пружин и требуемой скорости схода летательного аппарата с катапульты. Время сборки катапульты, по сравнению с катапультой с резиновыми жгутами увеличивается не более чем на 1-2 минуты, вес и габариты возрастают не более чем на 20-30 процентов. Использование отдельных блоков пружин и полиспаста позволяет обеспечить разборность конструкции катапульты и осуществлять ее перевозку. Опытные образцы полезной модели изготовлены и испытаны на существующих комплексах беспилотного летательного аппарата «Геоскан». Сборку и разборку системы проводили начинающие работники невысокой квалификации, ранее не имевшие опыта применения беспилотных авиационных систем. Испытуемые системы многократно вывозили на натурные испытания, в том числе - в сельские некомфортные условия. Для сборки и разборки не использовались никакие слесарные и измерительные инструменты. Время сборки не превышало 5 минут, и за время испытаний не было случаев нештатных срабатываний, поломок или неисправностей. Испытания проводились в зимних условиях при температурах ниже минус 25°С, а также летом в южных регионах при температуре выше 40°С. После продолжительного (более часа) нахождения при отрицательной (положительной) температуре в работе катапульте каких-либо отклонений от нормального функционирования не происходит. Кроме того, в ходе практического применения подтвердилось, что после нахождения длительное время (более получаса) в заряженном состоянии катапульта не теряет технических характеристик. Конструкция катапульты позволяет перевозить ее в сложенном виде в легковом автотранспорте, а так же, в общественном (железнодорожном и авиа) транспорте. Также подтвердилась большая безопасность применения данной катапульты по сравнению с аналогом.
Испытания подтвердили достижение поставленных полезной моделью технических задач - повышена надежность, безопасность катапульты и удобство оператора. По нашему мнению, катапульта соответствует требованиям к полезным моделям.
Ссылочная литература.
1. Исследования способов пуска дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (перевод с английского Травкиной Л.П., Чубченко Е.Г.), ОНТИ, МАИ, 1983;
2. Испытание новой пусковой установки для ДПЛА. RAE trials of RPV launchers //Jane's deference weekly/ - 1985 / - v.3. - №19;
3. Патент РФ на изобретения №2466909, опубл. 20.11.2012.
4. Патент США №US 7059564 В2 от 13.06.2006 – прототип.