БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ЧЕТЫРЬМЯ ПОВОРОТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

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 направления 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 выявлении и предотвращении попыток хищения природного газа, сырой нефти, нефтепродуктов.
• Патрулирование (сухопутных и водных) границ, военных, административных, экономических объектов, крупных промышленных предприятий с опасным производство, 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 реактивных снарядов 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 В64С29/00, 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.
Частично данные недостатки устранены в беспилотном летательном аппарате по патенту №2288140 от 27.11.2006, МПК В64С 39/00. Он содержит свободнонесущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, вертикальное оперение, мотогондолу и один двигатель с воздушным винтом. Двигатель установлен в мотогондоле. Беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной
аэродинамической схеме "летающее крыло".
Однако одним из недостатков данного двигателя является низкий запас статической устойчивости, что приводит к его неустойчивому положению при взлете, когда стабилизатор еще неэффективен. Кроме того, не во всех случаях БЛА может быть использован.
Наиболее близким по принципу действия и технической сущности к заявляемому устройству является «Беспилотный летательный аппарат с двумя поворотными двигателями» по заявке №2007136130/22 (039514), по которой принято решение на выдачу патента Российской Федерации от 15.11.2007 на полезную модель. Однако и этот БЛА полностью не устраняет неустойчивое положение при взлете, посадке и в случае воздействия возмущающих факторов.
Задачей полезной модели является повышение запаса устойчивости и расширение технических характеристик.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении диапазона применения БЛА за счет размещения специального оборудования или человека на внешней поверхности несущего крыла.
Поставленная задача достигается тем, что беспилотный летательный аппарат представляет собой свободнонесущее крыло с четырьмя поворотными двигателями, систему управления, двигательную установку и полезную нагрузку. При этом двигательная установка состоит из четырех поворотных двигателей, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его, жестко соединенных осями с планером и независимо управляемых от единой системы управления, а двигатели расположены таким образом, что центр масс аппарата расположен симметрично между
осями двигателей, причем система управления и элементы питания двигательной установки равномерно занимают весь свободный объем свободнонесущего крыла, а полезная нагрузка размещается на поверхности крыла.
На фиг.1 изображен вид БЛА сверху, а на фиг.2 изображен вид БЛА сбоку, где: 1 - свободнонесущее крыло;
2 -поворотные двигатели;
3 - носовой обтекатель;
4 - подъемный винт;
5 - скег;
6 - гильза;
7- стержни крепления двигателя;
8 - колеса;
9 - система управления.
Комбинированный беспилотный летательный аппарат выполнен по бесфюзеляжной аэродинамической схеме "летающее крыло". Он состоит из следующих основных элементов: свободнонесущего крыла 1, поворотных двигателей 2.
Свободнонесущее крыло 1 предназначено для размещения и крепления всех составных частей аппарата. В передней части аппарата установлен носовой обтекатель 3, 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 обеспечивающей минимальное аэродинамическое сопротивление. Внутри свободнонесущего крыла 1 закрепляется только специальное оборудование. Специальное оборудование в зависимости от назначения БЛА может
быть различным и крепится на наружной поверхности. Например, для экологических целей оборудование может быть представлено пробоотборниками, газоанализаторами и т.д.
Двигательная установка состоит из четырех подъемных двигателей 2, расположенных симметрично относительно оси аппарата и вне его. Подъемные двигатели 2 жестко закреплены к свободнонесущему крылу 1 БЛА, а оси валов этих двигателей проходят через центр масс аппарата, при этом вся полезная нагрузка полностью занимает весь свободный объем свободнонесущего крыла 1. Каждый двигатель 2 состоит из подъемного винта 4, закрепленного с помощью скега 5 к гильзе 6, которая с помощью стержней 7 соединяет поворотные двигатели 2 с корпусом БЛА.
Поворотные двигатели 2 предназначены для создания тяги, необходимой для перемещения БЛА в горизонтальной плоскости, а также для вертикального взлета и посадки аппарата.
БЛА в исходном состоянии может устанавливаться или поступательно перемещаться по твердой поверхности с помощью колес 8. 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». Запуск БЛА может проводиться как с мобильной, так и со стационарной стартовой установки. Кроме того, он может осуществляться как по командам оператора, находящегося в районе пункта управления, так и быть заложен в память систему управления 9, а также с борта БПЛА. В первом случае запуск осуществляется с пусковой установки, а во втором - с места трагедии, катастрофы,
заражения и т.д.
Запуск двигательной установки при старте осуществляется автоматически или по команде оператора. При запуске БЛА поворотные двигатели 2 начинают свою работу. Как только суммарная тяга, создаваемая двигателями 2 превысит стартовый вес БЛА, он отрывается от поверхности и начинает совершать подъем до набора нужной высоты. Так как оси валов подъемных двигателей 2 проходят через центр масс БЛА, то в процессе его подъема аппарат является статически устойчивым. Следует отметить, что для запуска БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы.
Режим - «Висение». При необходимости БЛА зависает в воздухе над заданной точкой. Для этого двигатели 2 работают таким образом, чтобы БЛА расположился над заданной точкой поверхности. Затем по команде они переводятся в режим зависания. При этом суммарная тяга, создаваемая двигателями 2, должна равняться стартовому весу БЛА.
Режим - «Полет». По команде системы управления двигатели 2 переводятся в режим горизонтального полета.
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. Эти команды управляют полетом летательного аппарата 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. Свободнонесущие крыло 1 позволяет БЛА планировать. Для поворота БЛА подается команда от системы управления на двигатели 2, которые непосредственно и осуществляют поворот. Изменение скорости полета осуществляется изменением числа оборотов вала двигателей 2. В случае уменьшении скорости полета БЛА или осуществления реверса тяги необходимо или уменьшить число оборотов вала двигателей или осуществить его вращение в обратную сторону с заданной угловой скоростью. При необходимости набора заданной высоты подъемные двигатели 2 меняют угол наклона.
Режим - «Приземление». Приземление БЛА осуществляется при переводе двигателей 2 в режим взлета и посадки. При этом БЛА плавно приземляется. Следует отметить, что для приземления БЛА не требуется наличие взлетно-посадочной полосы.
Основными преимуществами комбинированного беспилотного летательного аппарата с четырьмя поворотными двигателями являются:
- возможность размещения любого специального оборудования на наружной поверхности крыла БЛА;
- возможность реализации четырех режимов работы БЛА;
- возможность взлета и посадки БЛА на любую твердую поверхность, а также обеспечение режима висения над любой труднодоступной местностью (вода, болото, песок, горы, лес, овраг и т.д.);
-надежность из-за наличия сразу четырех двигателей, которые смогут удерживать аппарат в воздухе при отказе до двух.