БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ "ОБЗОР"

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.
В последнее время возрос интерес к использованию беспилотных летательных аппаратов (БЛА) для решения множества задач, выполнение которых пилотируемыми летательными аппаратами в силу различных причин нецелесообразно.
К основным направлениям использования БЛА относятся
- Дистанционный мониторинг окружающей среды с автоматическим взятием проб элементов окружающей среды из труднодоступных мест с визуальным контролем проводимых замеров и мест отбора проб, а также доставка их к месту проведения анализа.
- Высокая оперативность и эффективность поисково-спасательных операций (состояние объектов и масштабы разрушений, опасные зоны и пожары, аварий, стихийных бедствий, техногенных катастроф и выявления в них пострадавших).
- Мониторинг морских и речных магистралей и водоемов (выявления на них браконьерства), экологический мониторинг и контроль объектов и трасс производства, добычи и транспортировки электрической энергии, природного газа, сырой нефти и продуктов ее переработки, опасных химических и других веществ.
- Непрерывное и скрытое ведение разведки (военной, радиационной, химической, биологической) в реальном масштабе времени и визуальная передача данных на монитор оператора.
- Предотвращение попыток осуществления террористических актов на АЭС, ГЭС, ТЭЦ, радиационных, химических и биологических и других опасных объектах (последствия которых могут быть сопоставимы с применением оружия массового поражения), а также выявление и предотвращение попыток хищения природного газа, сырой нефти, нефтепродуктов.
- Патрулирование (сухопутных и водных) границ, военных, административных, экономических объектов, крупных промышленных предприятий с опасным производством, мониторинг стратегических (железнодорожных и автомобильных) транспортных магистралей, наблюдение за мобильными объектами и группами населения, контроль и обеспечение безопасности при массовых мероприятиях (на стадионах, площадях, саммитах, олимпиадах и др.) с применением (по целеуказанию или непосредственно с БЛА) нелетальных средств сдерживания.
- Непосредственное участие в борьбе с террористами, а также участие в боевых действиях и военных конфликтах.
- Скрытое патрулирование и охрана территории важных военных объектов, захват цели и/или целеуказания, сбор данных, организация связи и передача данных, запуск ложных целей, сопровождение военных и опасных грузов, а также наведение ракет, управляемых БЧ и PC на конечном участке траектории полета.
- Геологические исследования, дистанционное наблюдение за вулканической или сейсмической деятельностью.
- Оповещение о возникновении и развитии аварий, стихийного бедствия или опасных ситуаций в контролируемых зонах, выявление оперативной обстановки и наличия жертв в криминогенных местах (зоны, закрытые для доступа, места, где совершаются преступления), а также из в мест химического заражения и др.
Наибольшее распространение нашли конструкции БЛА самолетной и вертолетной схем. Перспективной также является схема «винт в кольце».
Недостатками большинства БЛА самолетных схем (например, патент №2181333 от 20.04.2002 «Беспилотный многорежимный высокоманевренный летательный аппарат», МПК B64D 27/20, B64D 33/02) являются:
- необходимость наличия взлетно-посадочной полосы;
- отсутствие режима висения.
Данные недостатки устранены в вертолетной схеме, например патент №2021165 от 15.10.1994. «Способ управления дистанционно-пилотируемым аппаратом и система управления для его реализации», МПК В64С 29/00, В64С 15/00. Однако для большинства из них характерны следующие недостатки:
- при большой удельной нагрузке поток от винта будет так силен, что не позволит работать под несущим винтом;
- большой расход топлива;
- небольшая скорость перемещения в горизонтальном направлении. Частично данные недостатки устранены в схеме «винт в кольце». Однако для данного типа БЛА характерным недостатком является большое аэродинамическое сопротивление из-за размещения большого количества специального оборудования, что приводит к снижению скорости полета БЛА. Например, «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки» по патенту №2089458 от 10.09.1997, МПК В64С 29/00.
Наиболее близким по принципу действия и технической сущности к заявляемому устройству является «Беспилотный летательный аппарат типа «Винтокрыл»» по патенту №69840, бюллетень №1 от 10.04.2008. Он содержит свободнонесущее крыло, снабженное
аэродинамическими органами управления, маршевый и подъемный двигатели и полезную нагрузку. При этом подъемный двигатель установлен в центре масс аппарата, а маршевый - на задней кромке крыла, которая через стержни соединена со стабилизатором, выполненным в виде пластины, установленной к продольной оси аппарата под углом, при этом на боковых частях задней кромки крыла установлены аэродинамические органы управления.
Одним из недостатков данного двигателя является увеличение аэродинамического сопротивления из-за нарушения сплошности корпуса летающего крыла в процессе работы подъемного двигателя, вызванной протеканием воздуха через его цилиндр. Кроме того, наличие стабилизатора, соединенного через стержни с задней кромкой крыла, снижает надежность режима «Запуск» из-за возможного зацепления с элементами окружающей среды. В процессе наземной эксплуатации БЛА, а также в полете возможно запыление и засорение подвижных частей подъемного двигателя, что также снижает надежность его работы.
Задачей полезной модели является увеличение дальности полета БЛА при условии постоянства остальных параметров и повышение надежности его эксплуатации.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в улучшении технических характеристик, связанных с уменьшением аэродинамического сопротивления БЛА в процессе его полета и повышении надежности дистанционного запуска БЛА.
Поставленная задача достигается тем, что беспилотный летательный аппарат «Обзор» содержит свободнонесущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, маршевый и подъемный двигатели и полезную нагрузку. При этом на входе и на выходе подъемного двигателя установлены аэродинамические крышки с поворотными створками, выполненные в виде жалюзей, при этом входная крышка имеет только два крайних положения: рабочее и нерабочее, а выходная крышка разделена на две секции, одна из которых имеет два аналогичных вышеописанных положения, а другая секция выполнена с регулируемым положение створок.
1
2
На фиг.1 изображен вид БЛА сверху, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.3 - направление движения воздуха W и W, а также силы тяги Р для открытого положения входной аэродинамической крышки и на фиг.4 - для открытого промежуточного положения выходной аэродинамической крышки. где: 1 - свободнонесущее крыло;
2 - подъемный двигатель;
3 - тяговый двигатель;
4 - 2-х перьевой киль;
5 - носовой обтекатель;
6 - аэродинамические органы управления;
7 - подъемный винт;
8 - скег;
9 - цилиндрическая гильза;
10 - входная аэродинамическая крышка;
11 - выходная аэродинамическая крышка;
12 - створки;
13 - шасси с колесами.
Комбинированный беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло". Он состоит из следующих основных элементов: свободнонесущего крыла 1, подъемного двигателя 2, тягового двигателя 3 и 2-х перьевого киля 4.
Свободнонесущее крыло 1 предназначено для размещения и крепления всех составных частей аппарата. В передней части аппарата установлен носовой обтекатель 5, внутри которого размещаются элементы функционально связанных между собой электронной аппаратуры наблюдения, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, пилотажно-навигационной системы и др.
Передняя часть свободнонесущего крыла 1 имеет форму, обеспечивающую минимальное аэродинамическое сопротивление, а на его задней кромке установлены аэродинамические органы управления 6. Внутри крыла закрепляется специальное оборудование, которое в зависимости от назначения БЛА может быть различным. Например, для экологических целей оборудование может быть представлено пробоотборниками, газоанализаторами и т.д.
Подъемный двигатель 2 установлен в центре масс свободнонесущего крыла 1. Он предназначен для создания вертикальной тяги, необходимой для реализации режимов запуска, висения и приземления. Он состоит из подъемного винта 7, закрепленного с помощью скега 8 к цилиндрической гильзе 9, размещенной в районе центра масс крыла 1.
Тяговый двигатель 3 предназначен для создания тяги, предназначенный для перемещения БЛА в горизонтальной плоскости. Он крепится в задней части свободнонесущего крыла 1.
2-х перьевой киль 4 предназначен для смещения центра давления в сторону от центра масс, что обеспечивает запас статической устойчивости. Поскольку центр масс летательного аппарата расположен впереди аэродинамического фокуса крыла, то увеличение
угла атаки, например, вследствие порыва ветра вызовет увеличение подъемной силы. При этом на летательном аппарате возникнет дополнительный момент относительно центра масс, вызывающий пикирование. В результате пикирования происходит уменьшение угла атаки и восстановление заданного направления полета.
В исходном состоянии БЛА может устанавливаться или поступательно перемещаться по твердой поверхности с помощью колес 13, крепящихся к свободнонесущему крылу 1 с помощью шасси. На исходной позиции проводится развертывание наземного пункта дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом. Кроме того, проводится предполетная подготовка БЛА.
БЛА может работать в следующих режимах: запуск, полет, висение и приземление.
Режим - «Запуск». Разработаны следующие виды запуска БЛА:
1) путем придания первоначального импульса силы за счет мобильной или стационарной стартовой установки;
2) путем придания первоначального импульса силы, создаваемого рукой номера расчета;
3) самостоятельно с помощью подъемного двигателя БЛА.
Запуск двигателя при старте осуществляется автоматически или по команде оператора. В первых двух случаях аэродинамические крышки 10 и 11 закрыты.
В третьем случае необходимо предварительно открыть створки 12 входной 10 (фиг.3) и выходной 11 (фиг.4) аэродинамической крышки.
1
2
При запуске БЛА подъемный двигатель 2 начинает работать (маршевый двигатель находится в отключенном состоянии). Одна часть воздуха истекает через открытые створки 12 входной аэродинамической крышки 10 (W и W), создавая вертикально направленную подъемную силу Р, заставляя перемещаться БЛА вертикально вверх. Другая часть воздуха истекает под углом, в зависимости от поворота заслонок 12, заставляя перемещаться БЛА под углом под действием силы, пропорциональной геометрической сумме сил, создаваемой каждой составляющей выходной аэродинамической крышки (фиг.4). Взлет под положительном углом тангажа уменьшает аэродинамическое сопротивление, что увеличивает начальную скорость взлета БЛА и увеличивает надежность режима «Запуск». Такое перемещение БЛА способствует реализации надежного режима «Запуск».
Как только тяга, создаваемая подъемным двигателем 2, превысит стартовую массу БЛА, он отрывается от поверхности и вертикально поднимается до набора нужной высоты. По команде системы управления отключается подъемный двигатель 2 и включается тяговый двигатель 3.
Режим - «Висение». При необходимости БЛА зависает в воздухе над заданной
точкой. Для этого тяговый двигатель 3 работает таким образом, чтобы БЛА расположился над заданной точкой поверхности. Затем он выключается, а подъемный двигатель включается.
Режим - «Полет». Полет БЛА может происходить в соответствии с полетным заданием как по заданной программе, так и по радиокомандам, передаваемым оператором с наземного пункта дистанционного управления. Наземный пункт дистанционного управления вырабатывает команды, передаваемые по радиоканалу на бортовое радиоэлектронное оборудование, установленное на БЛА. При этом управление по углу тангажа осуществляется путем поворота 2-х перьевого киля 4 вокруг его продольной оси, а управление по углу рысканья осуществляется с помощью поворота аэродинамических органов управления 6.
Эти команды управляют полетом БЛА с помощью пилотажно-навигационной системы, а также дистанционным обзором местности и передачей видео и телеметрической информации через приемопередающую антенну и приемопередающий блок на наземный пункт дистанционного управления.
Разработанный БЛА экономичен. Это достигается его формой, которая уменьшает его аэродинамическое сопротивление 2-х перьевого киля 4 совместно со свободнонесущим крылом 1, позволяет БЛА планировать. Для поворота БЛА подается команда от системы управления на аэродинамические органы управления 6. Изменение скорости полета осуществляется изменением числа оборотов вала тягового двигателя 3. В случае уменьшения скорости полета БЛА или осуществления реверса тяги необходимо или уменьшить число оборотов вала двигателя или осуществить его вращение в обратную сторону с заданной угловой скоростью. При необходимости набора заданной высоты включается подъемный двигатель 2.
Режим - «Приземление». Приземление БЛА осуществляется при остановке тягового двигателя 3 и включении подъемного 2. При этом БЛА может плавно приземлиться.
Основными преимуществами беспилотного летательного аппарата являются:
- высокая экономичность, достигаемая за счет конфигурации свободнонесущего крыла 1 и наличия 2-х перьевого киля 4;
- возможность реализации четырех режимов работы БЛА;
- возможность посадки БЛА на любую твердую поверхность и взлета с нее, а также обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью.