БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
UNMANNED AERIAL VEHICLE

Область техники
Изобретение относится к области разработки и применения мобильных беспилотных авиационных комплексов с беспилотными летательными аппаратами самолетного типа, предназначенными для воздушного наблюдения, разведки, обнаружения, целеуказания и лазерной подсветки целей для наведения управляемых боеприпасов. Беспилотный летательный аппарат может быть использован в гражданских областях, например, при обнаружении чрезвычайных ситуаций и ликвидации их последствий.
Уровень техники
Известен беспилотный летательный аппарат по патенту на полезную модель РФ RU 107126, опубликованному 10.08.2011. Беспилотный летательный аппарат выполнен по смешанной аэродинамической схеме, в которой объединены схема «летающее крыло» и схема «бесхвостка». Беспилотный летательный аппарат включает фюзеляж, крыло с органами управления, двигатель и винт. Фюзеляж расположен в носовой части беспилотного летательного аппарата в контакте с передней кромкой крыла, а двигатель установлен в хвостовой части беспилотного летательного аппарата в контакте с задней кромкой крыла. Фюзеляж выполнен с возможностью размещения модулей с полезной нагрузкой.
Известен беспилотный летательный аппарат и система запуска по патенту США на изобретение US 7556219, опубликованному 07.07.2009, а также по заявке США на изобретение US 2009/0134273, опубликованной 28.05.2009 от того же заявителя. Изобретение относится к использованию относительного недорогих в изготовлении беспилотных летательных аппаратов, позволяющих их массовое, одновременное и одноразовое применение. Беспилотный летательный аппарат выполнен по смешанной аэродинамической схеме, в которой объединены схема «летающее крыло» и схема «бесхвостка». Стреловидное крыло снабжено вертикальными законцовками крыла. Двигатель с толкающим пропеллером установлен в задней части фюзеляжа. В фюзеляже размещены полезная нагрузка и топливный бак. Беспилотный летательный аппарат имеет верхнюю и нижнюю оболочку, выполненные из пластика.
Известна малогабаритная беспилотная авиационная система по патенту на изобретение РФ RU 2473455, опубликованному 27.01.2013, содержащая беспилотный летательный аппарат модульной конструкции. Беспилотный летательный аппарат выполнен по смешанной аэродинамической схеме, в которой объединены схема «летающее крыло» и схема «бесхвостка». Электрический двигатель с толкающим пропеллером установлен в задней части фюзеляжа. Стреловидное крыло снабжено законцовками крыла. В передней части фюзеляжа установлена полезная нагрузка в виде гиростабилизированной камеры. Запуск беспилотного летательного аппарата осуществляется с применением резиновой катапульты, а посадка производится с помощью парашюта.
Известен беспилотный авиационный комплекс Фури (Fury) 1500 с беспилотным летательным аппаратом самолетного типа, выполненным по смешанной аэродинамической схеме, в которой объединены схема «летающее крыло» и схема «бесхвостка» (www.airforce-technology.com/projects/fury-1500-uav). Двигатель внутреннего сгорания с толкающим пропеллером установлен в задней части фюзеляжа беспилотного летательного аппарата. Запуск беспилотного летательного аппарата производится с помощью пневматической катапульты, а посадка осуществляется в вертикально расположенную эластичную сеть. Длина беспилотного летательного аппарата составляет 1.4 м, размах крыла - 3.7 м, а взлетная масса - 136 кг. В качестве полезной нагрузки используются оптическая камера, инфракрасная камера, радиолокатор с синтезированной апертурой, датчики радиоэлектронной и радиотехнической разведки. Достоинством беспилотного летательного аппарата Фури 1500 является то, что он, как малоразмерные беспилотные летательные аппараты, не требует наличия аэродромной инфраструктуры для применения. По своим техническим характеристикам беспилотный летательный аппарат Фури 1500 полностью соответствует тактическим беспилотным летательным аппаратам и даже приближается к стратегическим беспилотным летательным аппаратам. Максимальная масса полезной нагрузки составляет от 34 кг до 56 кг. Его крейсерская скорость находится в диапазоне 120-175 км/час, максимальная скорость достигает 214 км/час, практический потолок составляет 5486 м, а продолжительность полета достигает 14-16 часов.
Известен беспилотный летательный аппарат самолетного типа по заявке США на изобретение US 2012/0267472, опубликованной 25.10.2012. По совокупности общих существенных признаков техническое решение по указанному патенту выбрано в качестве прототипа.
Беспилотный летательный аппарат самолетного типа, выполнен по комбинированной аэродинамической схеме «летающее крыло» и «бесхвостка», содержащий стреловидное крыло, включающее левую консоль и правую консоль, снабженное вертикальными законцовками и управляющими поверхностями, выполненными в виде элевонов. Фюзеляж изготовлен с профилем в продольном сечении, создающим дополнительную по отношению к стреловидному крылу подъемную силу. Двигательная установка, размещена в задней части фюзеляжа. В фюзеляже расположены топливная система с топливными баками, система аварийной парашютной посадки, система навигации, система управления полетом, средства двусторонней радиосвязи с наземным пунктом управления, полезная нагрузка в виде активных и пассивных датчиков и противообледенительная система. Отношение длины фюзеляжа к высоте фюзеляжа выполнено величиной меньше 5, отношение длины фюзеляжа к ширине фюзеляжа выполнено величиной меньше 6, отношение ширины фюзеляжа к высоте фюзеляжа выполнено величиной меньше 1.5. Взлет и посадка беспилотного летательного аппарата осуществляется по-самолетному с использованием взлетно-посадочной полосы.
Беспилотный летательный аппарат предназначен для использования в качестве полезной нагрузки датчиков кругового обзора (360 градусов по азимуту) как активных, например радиолокаторов, так и пассивных, например приемников электромагнитного излучения в различных диапазонах длин волн. Для оптимального размещения и эффективной работы датчиков полезной нагрузки крыло имеет высокое расположение относительно фюзеляжа, а фюзеляж выполнен вытянутым по форме в поперечном сечении.
Основным недостатком беспилотного летательного аппарата является относительно небольшая продолжительность полета из-за его несовершенной аэродинамической формы. Для устранения негативного влияния крыла на излучаемые и принимаемые полезной нагрузкой сигналы крыло стыкуется с фюзеляжем без плавных переходов снизу, спереди и сзади. Это приводит к увеличению аэродинамического сопротивления, возникновению вредных завихрений, к снижению аэродинамического качества всего беспилотного летательного аппарата. Снижение аэродинамического качества приводит к ограничению продолжительности и дальности полета.
Сущность изобретения
Заявленный беспилотный летательный аппарат позволяет повысить продолжительность и дальность полета.
Указанный положительный эффект достигается за счет того, что беспилотный летательный аппарат самолетного типа, выполнен по комбинированной аэродинамической схеме «летающее крыло» и «бесхвостка», содержит стреловидное крыло, включающее левую консоль и правую консоль, снабженное вертикальными законцовками и управляющими поверхностями, выполненными в виде элевонов, и продольный фюзеляж с профилем в продольном сечении, создающим дополнительную по отношению к стреловидному крылу подъемную силу, двигательную установку, размещенную в задней части фюзеляжа, топливную систему с топливными баками, размещенными в фюзеляже, парашютную систему посадки, систему навигации, систему управления полетом, средства двусторонней радиосвязи с наземным пунктом управления, полезную нагрузку в виде активных и пассивных датчиков, размещенных в фюзеляже, противообледенительную систему, отношение длины фюзеляжа к ширине фюзеляжа выполнено величиной меньше 6, дополнительно
- в передней части фюзеляжа выполнен плавный переход к крылу с правой и левой стороны, начинающийся в интервале от 0.4 до 0.6 длины передней части фюзеляжа и заканчивающийся на начале прямолинейного участка передней кромки левой и правой консолей крыла,
- в задней части фюзеляжа выполнен плавный переход к крылу с правой и левой стороны, начинающийся в интервале от 0.4 до 0.6 длины задней части фюзеляжа и заканчивающийся на начале прямолинейного участка задней кромки левой и правой консолей крыла,
- отношение длины всего фюзеляжа к длине передней части фюзеляжа выполнено в интервале от 2.8 до 3.6,
- отношение длины всего фюзеляжа к длине задней части фюзеляжа выполнено в интервале от 2.8 до 3.6,
- с верхней части фюзеляжа и в нижней части фюзеляжа выполнен плавный переход к крылу с верхней и нижней стороны с правой и левой стороны с образованием единого по форме в продольном сечении аэродинамического профиля, создающего подъемную силу.
В беспилотном летательном аппарате с целью повышения курсовой устойчивости отношение площади законцовок крыла к площади крыла выбрано в интервале от 0.1 до 0.15.
В беспилотном летательном аппарате левая консоль крыла, правая консоль крыла, фюзеляж и плавные переходы от фюзеляжа к левой консоли и правой консоли крыла выполнены в соответствии с S-образным профилем ЕН 2.0-12.
В беспилотном летательном аппарате передняя часть фюзеляжа и задняя часть фюзеляжа выполнены одинаковыми по длине.
В беспилотном летательном аппарате, с целью повышения надежности управления, элевоны левой и правой консолей крыла выполнены в виде двух независимых внутренней и внешней секций, каждая из которых снабжена отдельным независимым приводом.
В беспилотном летательном аппарате длина фюзеляжа выбрана величиной 0.65 от длины вертикального продольного осевого сечения фюзеляжа полного единого по форме в продольном сечении аэродинамического профиля, создающего подъемную силу.
В беспилотном летательном аппарате пассивные датчики полезной нагрузки выполнены в виде оптической и инфракрасной камеры, позволяющих вести воздушное наблюдение днем и ночью.
В беспилотном летательном аппарате активные датчики полезной нагрузки выполнены в виде лазерного целеуказателя-дальномера, с помощью которого можно определять координаты цели с высокой точностью, а также осуществлять лазерную подсветку цели для наведения на нее управляемых боеприпасов с полуактивным лазерным наведением.
В беспилотном летательном аппарате активные датчики полезной нагрузки выполнены в виде радиолокатора бокового обзора, что позволяет вести воздушное наблюдение с его помощью в условиях облачности.
Фюзеляж беспилотного летательного аппарата выполнен в виде профилеобразного удобообтекаемого обтекаемого тела, плавно переходящего в консоли крыла. Плавное сопряжение фюзеляжа и правой и левой консолей крыла по всем трем координатам (высоте, ширине и длине) обеспечивает ламинарное обтекание воздуха в процессе полета беспилотного летательного аппарата. Для достижения устойчивой балансировки беспилотного летательного аппарата в полете стреловидное крыло с углом стреловидности по передней кромке около 26 градусов образовано S-образным аэродинамическим профилем ЕН 2.0-12, частично выполняющие функции стабилизатора. Для повышения курсовой устойчивости левая и правая консоли крыла снабжены вертикальными законцовками крыла.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые рисунок (Фигура 1), на котором представлен общий вид беспилотного летательного аппарата, рисунок (Фигура 2), на котором изображен вид сверху на беспилотный летательный аппарат и рисунок (Фигура 3) на котором приведен вид спереди на беспилотный летательный аппарат.
Осуществление изобретения
Беспилотный летательный аппарат 1 (Фигура 1) содержит стреловидное крыло 2, включающее левую консоль 3 и правую консоль 4, снабженное вертикальными законцовками 5 и 6, а также управляющими поверхностями, выполненными в виде элевонов 8 и 9. Фюзеляж 7 выполнен с профилем в продольном сечении, создающим дополнительную по отношению к стреловидному крылу подъемную силу. Двигательная установка 10 размещена в задней части фюзеляжа 7 и снабжена толкающим пропеллером 11. Топливная система с топливными баками, парашютная система посадки, система навигации, система управления полетом, средства двусторонней радиосвязи с наземным пунктом управления, полезная нагрузка в виде активных и пассивных датчиков, размещены внутри фюзеляжа 7 и крыла 2.
Для достижения высоких аэродинамических показателей беспилотного летательного аппарата 1 (Фигура 2) в передней части 14 фюзеляжа 7 выполнен плавный переход 12 к крылу с правой и левой стороны, начинающийся в интервале от 0.4 до 0.6 длины передней части 14 фюзеляжа 7 и заканчивающийся на начале прямолинейного участка передней кромки левой 3 и правой 4 консолей крыла 2. В задней части 15 фюзеляжа 7 выполнен плавный переход 13 к крылу с правой и левой стороны, начинающийся в интервале от 0.4 до 0.6 длины задней части фюзеляжа и заканчивающийся на начале прямолинейного участка задней кромки левой 3 и правой 4 консолей крыла 2.
Для повышения аэродинамического качества беспилотного летательного аппарата 1 (Фигура 3) с верхней части фюзеляжа 7 и в нижней части фюзеляжа 7 выполнен плавный переход 16 к крылу 2 с верхней и нижней стороны с правой и левой стороны с образованием единого по форме в продольном сечении аэродинамического профиля, создающего подъемную силу.
Для оптимального размещения самолетных систем и самолетного оборудования беспилотного летательного аппарата, а также средств полезной нагрузки отношение длины всего фюзеляжа 7 к длине передней части 14 фюзеляжа 7 выполнено в интервале от 2.8 до 3.6, а отношение длины всего фюзеляжа 7 к длине задней части 15 фюзеляжа 7 выполнено в интервале от 2.8 до 3.6. В одном из вариантов исполнения передняя часть 14 фюзеляжа 7 и задняя часть 15 фюзеляжа 7 выполнены одинаковыми по длине.
За счет модульного выполнения конструкции беспилотного летательного аппарата обеспечена возможность применения полезной нагрузки и силовой установки с различными массово-габаритными характеристиками в рамках одной конструктивной основы.
Толкающий винт при работе не оказывает негативного влияния на работоспособность датчиков полезной нагрузки в передней полусфере. Горячий выхлоп двигателя внутреннего сгорания обдувает пропеллер и препятствует его обледенению при полете в сложных метеоусловиях.
Конструкция планера беспилотного летательного аппарата в основном выполнена из полимерных композитных материалов, позволяющих получать в процессе изготовления хорошо обтекаемые поверхности двойной кривизны. В одном из вариантов исполнения длина беспилотного летательного аппарата составляет 1.85 м, размах крыла - 5 м, а взлетная масса - 75 кг.
Конструкция беспилотного летательного аппарата обладает необходимой жесткостью и прочностью для осуществления катапультного запуска и парашютной посадки в процессе длительной безаварийной эксплуатации. Существенно снизить ударные нагрузки на сам беспилотный летательный аппарат и его полезную нагрузку позволяет применение надуваемой воздушной подушки в момент приземления.
Беспилотный летательный аппарат по сравнению с прототипом имеет меньшее аэродинамическое сопротивление и более высокое аэродинамическое качество, что, при прочих равных условиях, приводит к увеличению продолжительности и дальности полета.
Для взлета и посадки ему не требуется аэродромная инфраструктура.
По своим летным и эксплуатационным характеристикам, а также по составу полезной нагрузки беспилотный летательный аппарат может быть эффективно использован в системе прицеливания оружия для поиска, обнаружения, сопровождения, определения координат и лазерной подсветки одиночных и групповых целей для осуществления стрельбы из оружия, использующего как неуправляемые боеприпасы, так и управляемые боеприпасы с полуактивным лазерным наведением.