БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.
В настоящее время существует насущная потребность в небольшом беспилотном летающем аппарате, который выполняет максимальные задачи с минимальными затратами, например, патрулирование прибрежной акватории водоемов с целью проведения поисково-спасательных работ и борьбы с браконьерством, анализ состояния объектов и масштабов разрушений, опасных зон и пожаров, аварий, стихийных бедствий, техногенных катастроф и выявления в них пострадавших.
Известен беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий корпус, выполненный с возможностью уравновешивания веса летательного аппарата на расчетных скоростях горизонтального полета, и закрепленные снаружи по бокам корпуса четыре силовых агрегата, по два с каждой стороны, при этом силовые агрегаты каждого бока расположены симметрично по отношению друг к другу относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, и имеют возможность поворота в местах своего закрепления вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем каждый силовой агрегат выполнен из защитного корпуса, внутри которого расположены два электродвигателя с воздушными винтами изменяемого шага, вращающимися в противоположных направлениях [патент РФ №163412, В64С 29/00, В64С 39/00, опубл. 20.07.16 г.].
Недостатком известного беспилотного летательного аппарата является сложность конструкции, низкая маневренность, неустойчивое положение в полете.
Наиболее близким по принципу действия и технической сущности к заявляемому устройству является беспилотный летательный аппарат с четырьмя поворотными двигателями, состоящий из монокрыла, жестко соединенных осями с монокрылом четырех поворотных двигателей, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его. Двигатели расположены таким образом, что центр масс аппарата находится симметрично между осями двигателей, причем система управления и элементы питания и привода двигательной установки равномерно занимают весь свободный объем монокрыла, а полезная нагрузка размещается на поверхности крыла [патент РФ №71960, В64С 39/00, В64С 29/00, опубл. 27.03.2008 г.].
Недостатком известного летательного аппарата является невозможность быстрого маневрирования и низкая курсовая устойчивость полета из-за того, что двигатели вынесены за плоскость крыла. Кроме того, наличие поворотных двигателей и система их приводов усложняют устройство летательного аппарата и тем самым снижают его надежность.
Предлагаемая нами полезная модель направлена на повышение курсовой устойчивости полета и маневренности беспилотного летательного аппарата, повышение его надежности.
Поставленная задача решается тем, что в беспилотном летательном аппарате, содержащем монокрыло, четыре двигателя с воздушными винтами, расположенные симметрично относительно продольной оси аппарата, соединенные с монокрылом и независимо работающие от единой системы управления, монокрыло выполнено стреловидной формы с винглетами по бокам и снабжено килем, установленным на монокрыле вдоль его продольной оси симметрии; двигатели установлены на концах крестообразной рамы, которая жестко соединена с монокрылом, при этом два двигателя расположены над монокрылом по обе стороны киля, а два -под монокрылом; над монокрылом установлены направляющие воздушных потоков от винтов установленных над монокрылом двигателей в виде дугообразных пластин, один конец которых соединен с монокрылом, а другой - с килем; винглеты направлены вниз и выполнены в виде ограничителей для предотвращения отклонения в боковом направлении воздушных потоков от воздушных винтов двигателей, установленных под монокрылом.
В центре масс летательного аппарата в блоке аэродинамической формы установлены элементы питания и система управления, которая содержит элементы функционально связанной между собой электронной аппаратуры, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, пилотажно-навигационной системы и автопилота.
Причем монокрыло и киль выполнены из легкого углепластика.
Выполнение монокрыла стреловидной формы с винглетами по бокам и установка киля на монокрыле вдоль его продольной оси симметрии обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление и максимальную подъемную силу, а также позволяет за счет разделения килем воздушных потоков обеспечить аппарату балансировку относительно вертикальной оси и, соответственно, курсовую устойчивость, хорошую управляемость и возможность осуществления маневров в воздухе - можно делать тангаж (подъем и спуск носа) быстро, а рысканье (угол поворота) обеспечивать до 180 градусов, крен на крыле может достигать +90 и -90 градусов.
Установка независимо работающих от единой системы управления двигателей на концах крестообразной рамы, два из которых расположены над монокрылом по обе стороны киля, а два - под монокрылом, позволяет путем регулирования оборотов двигателей управлять воздушными потоками без использования сложных конструкций рулей поворота и высоты, что существенно повышает надежность беспилотного летательного аппарата.
Жесткое соединение крестообразной рамы с двигателями и монокрылом позволяет обеспечить аппарату курсовую устойчивость, управляемость и балансировку относительно вертикальной оси, возможность осуществления сложных маневров в воздухе за счет того, что каждый из двигателей может работать в общем, парном и одиночном скоростном режимах, а также имеет реверсивную тягу.
Выполнение боковых винглет в виде ограничителей для предотвращения отклонения в боковом направлении воздушных потоков от воздушных винтов, установленных под монокрылом двигателей позволяют создать дополнительную подъемную силу во время полета, так как они удерживают воздушный поток винтов от стекания вбок и направляют его назад и тем самым повышают курсовую устойчивость летательного аппарата.
Установка над монокрылом направляющих воздушных потоков от винтов установленных над монокрылом двигателей в виде дугообразных пластин, один конец которых соединен с монокрылом, а другой - с килем позволяет удерживать и управлять воздушными потоками от винтов над монокрылом, что повышает курсовую устойчивость беспилотного летательного аппарата.
За счет установки над монокрылом направляющих и выполнение винглет в виде ограничителей позволяет обеспечить работу каждого из винтов двигателей как бы в трубе, что стабилизирует полет и придает надежную курсовую устойчивость летательному аппарату.
Установка системы управления, элементов питания в центре масс летательного аппарата позволяет обеспечить оптимальную балансировку беспилотного летательного аппарата и повысить его маневренность и курсовую устойчивость во время полета.
Выполнение монокрыла и киля из легкого углепластика позволяет повысить надежность беспилотного летательного аппарата за счет ударопрочности и долговечности использованного материала.
На фиг. 1 показан вид беспилотного летательного аппарата сбоку; на фиг. 2 - вид беспилотного летательного аппарата сверху; на фиг. 3 - вид спереди.
Беспилотный летательный аппарат выполнен по аэродинамической схеме "летающее крыло" и содержит монокрыло 1 с винглетами 2 по бокам, и направляющими 3. На монокрыле 1 вдоль его продольной оси симметрии установлен киль 4. В центре масс на монокрыле жестко закреплена крестообразная рама 5, на концах которой установлены электродвигатели 6, 7, 8, 9 с воздушными винтами 10, при этом два электродвигателя 6 и 7 расположены над монокрылом по обе стороны киля 4, а два электродвигателя 8 и 9 расположены под монокрылом. Напротив двигателей 8 и 9 расположены боковые винглеты 2, направленные вниз и выполненные в виде ограничителей для предотвращения отклонения в боковом направлении воздушных потоков от воздушных винтов этих двигателей. Направляющие 3, выполненные в виде дугообразных пластин, один конец которых соединен с килем 4, а другой - с монокрылом 1, расположены позади двигателей 6 и 7 в задней части монокрыла. В центре масс летательного аппарата в блоке аэродинамической формы 11 установлена система управления, которая содержит элементы функционально связанной между собой электронной аппаратуры, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, пилотажно-навигационной системы и автопилота. Для обеспечения жесткости между винглетами 2 и монокрылом 1 они соединены между собой вертикальным 12 и горизонтальным 13 ребрами. Монокрыло 1 и киль 4 выполнены из легкого и прочного углепластика, например, поликарбоната или карбона.
Предлагаемый беспилотный летающий аппарат (БПЛА) может работать в следующих режимах: запуск, полет с работающими двигателями, планирование и приземление.
Режим - «Запуск». Запуск БПЛА может проводиться с любого места. Кроме того, он может осуществляться как по командам оператора, находящегося в районе зоны управления, так и быть заложен в память системы управления, установленной в блоке 11. Запуск электродвигателей 6, 7, 8, 9, установленных на крестообразной раме 5, при старте осуществляют автоматически или по команде оператора. При запуске БПЛА электродвигатели 6, 7, 8, 9 начинают свою работу, приводя в движение воздушные винты 10. Как только суммарная тяга, создаваемая двигателями 6, 7, 8, 9 превысит стартовый вес БПЛА, монокрыло 1 отрывается от поверхности и начинает совершать вертикальный подъем до набора нужной высоты.
Режим - «Полет с работающими двигателями». По команде системы управления за счет изменения оборотов электродвигателей 6, 7, установленных над монокрылом 1, их воздушные винты 10 начинают вращаться быстрее, за счет чего БПЛА переводится в режим горизонтального полета. При этом боковые винглеты 2, соединенные с монокрылом 1 вертикальным 12 и горизонтальным 13 ребрами жесткости, создают дополнительную подъемную силу монокрыла 1, и вместе с направляющими 3 обеспечивают курсовую устойчивость аппарата, так как удерживают и направляют назад воздушный поток от винтов двигателей 6, 7, 8, 9.
Полет БПЛА может происходить в соответствии с полетным заданием, как по заданной программе, так и по радиокомандам, передаваемым оператором с наземного пункта дистанционного управления. Эти команды управляют полетом БПЛА с помощью пилотажно-навигационной системы, а также дистанционным обзором местности и передачей видеоинформации через приемопередающую антенну и приемопередающий блок на наземный пункт дистанционного управления. Для поворота БПЛА через систему управления подают команду на двигатели 6, 7, 8, 9, которые задают скорость вращения в зависимости от направления поворота. Изменение скорости полета БПЛА осуществляют изменением числа оборотов валов всех двигателей 6, 7, 8, 9. В случае уменьшения скорости полета БПЛА или осуществления реверса тяги необходимо или уменьшить число оборотов вала двигателей, или осуществить его вращение в обратную сторону с заданной скоростью.
Режим - «Планирование». Для перехода в режим планирования достаточно набрать необходимую высоту и отключить электродвигатели 6, 7, 8, 9. Благодаря большой площади монокрыла 1 аппарат начинает планировать в воздухе. При этом киль 4, установленный вдоль продольной оси симметрии монокрыла 1, обеспечивает аппарату курсовую устойчивость и балансировку относительно вертикальной оси.
Режим - «Приземление». Приземление БПЛА осуществляется при переводе электродвигателей 6, 7, 8, 9 в режим посадки, согласно которому изменяют режим оборотов каждого двигателя, обеспечивающий переход монокрыла 1 в вертикальное положение. После этого БПЛА плавно вертикально приземляется. Следует отметить, что для приземления не требуется наличие взлетно-посадочной полосы.
Таким образом, предлагаемая конструкция беспилотного летательного аппарата позволяет повысить курсовую устойчивость полета и маневренность беспилотного летательного аппарата, и его надежность.