Устройство отделения группы беспилотных летательных аппаратов от самолета-носителя
DEVICE FOR SEPARATING UNMANNED AERIAL VEHICLES FROM CARRIER AIRCRAFT

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), транспортируемым другими летательными аппаратами и отделяемым в полете.
Известен БПЛА, патент RU №2518877, устройство отделения группы которых от самолета-носителя принято за прототип и содержит многопозиционное пусковое устройство, расположенное в грузовом отсеке самолета-носителя, выполненном в фюзеляже, со стороны его нижней части, и снабженном поворотным обтекателем, выполненным из двух поворотных створок с дистанционным управлением. Многопозиционное пусковое устройство снабжено узлами (устройствами) крепления каждого беспилотного летательного аппарата, выполненными с возможностью их расфиксации, и выполнено с возможностью выдвижения каждого БПЛА из грузового отсека посредством устройства его подвески и отделения, с передачей БПЛА импульса силы при выдвижении.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого устройства являются следующие: устройство отделения группы беспилотных летательных аппаратов от самолета-носителя, содержащее многопозиционное пусковое устройство, расположенное в грузовом отсеке самолета-носителя, выполненном в фюзеляже, со стороны его нижней части, и снабженном поворотным обтекателем, при этом многопозиционное пусковое устройство снабжено устройствами крепления каждого беспилотного летательного аппарата, выполненными с возможностью их расфиксации и выполнено с возможностью выдвижения беспилотных летательных аппаратов из грузового отсека.
В известном устройстве отделения группы БПЛА от самолета-носителя, устройства подвески и отделения, выдвигающие каждый БПЛА из грузового отсека самолета-носителя, автономны и расположены сверху над каждым БПЛА, что усложняет конструкцию устройства отделения, увеличивает габариты грузового отсека и не позволяет обеспечить компактное размещение группы БПЛА в грузовом отсеке. Кроме того, автономность устройств подвески и отделения обуславливает наличие у них независимых друг от друга технологических люфтов, что увеличивает динамическую нагрузку на них при транспортировке и выдвижения каждого БПЛА, соответственно, увеличивает их габариты и массу, а также габариты и массу устройства отделения группы БПЛА. Отделение каждого БПЛА известным устройством осуществляется перпендикулярно продольной оси фюзеляжа самолета-носителя, поэтому в процессе отделения корпус БПЛА и фюзеляж параллельны друг другу, при малой величине зазора между ними и большой скорости самолета-носителя, скорость обтекающего потока воздуха в зазоре увеличивается, а давление уменьшается, формируя дополнительную силу сопротивления отделению, действующую со стороны БПЛА на устройства подвески и отделения. Для преодоления силы сопротивления и обеспечения безопасности самолета-носителя и БПЛА при их отделении, устройства их подвески и отделения должны воздействовать на БПЛА с достаточно большими усилиями, соизмеримыми с их весом, или превышающими их вес в несколько раз (в ~5-7 раз, для легких БПЛА), что приводит к увеличению их габаритов и массы. Кроме того, переменная величина зазора между параллельно движущимися при отделении фюзеляжем самолета-носителя и корпусом БПЛА приводит к нестационарности (пульсациям давления) в потоке обтекающего атмосферного воздуха, вызывающего колебания корпуса отделяемого БПЛА, что делает невозможным безопасное отделение соседних БПЛА с небольшим интервалом времени (~0,1 с), поэтому для безопасности самолета-носителя и отделяемых БПЛА группы, при их отделении известным устройством, выполняются последовательно следующие операции: открытие створок поворотного обтекателя и выдвижение из грузового отсека одного БПЛА, расфиксация устройства его крепления, выдвижение из грузового отсека второго БПЛА и расфиксация устройства его крепления. Последовательное выполнение этих операций увеличивает общее время, затрачиваемое самолетом-носителем на отделение всех БПЛА группы, и удаление БПЛА в полете друг от друга после их отделения, и большой протяженности отделенной группы БПЛА, что снижает оперативность выполнения задач назначения БПЛА, например, мониторинга земной поверхности, борьбы с пожарами, наводнениями, ледяными заторами, а при использовании БПЛА для решения боевых задач увеличивает вероятность их поражения и поражения самолета-носителя средствами противодействия противника. Ускоряющие усилия, прикладываемые перпендикулярно продольной оси БПЛА, вызывают поперечные колебания корпуса БПЛА, увеличивающие нагрузки на корпуса отделяемых БПЛА, для выдерживания которых необходимо их упрочнение, сопряженное с увеличением объема и массы как корпусов БПЛА, так и устройств их подвески и отделения.
Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является компактное размещение БПЛА в грузовом отсеке самолета-носителя, уменьшение массы устройства отделения группы БПЛА, в целом, уменьшение времени отделения группы БПЛА и увеличение вероятности безопасного отделения БПЛА от самолета-носителя.
Для решения поставленных задач в предлагаемом устройстве отделения группы беспилотных летательных аппаратов от самолета-носителя, содержащем многопозиционное пусковое устройство, расположенное в грузовом отсеке самолета-носителя, выполненном в фюзеляже, со стороны его нижней части, и снабженном поворотным обтекателем, при этом многопозиционное пусковое устройство снабжено устройствами крепления каждого беспилотного летательного аппарата, выполненными с возможностью их расфиксации, и выполнено с возможностью выдвижения беспилотных летательных аппаратов из грузового отсека, многопозиционное пусковое устройство выполнено с возможностью поворота механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной продольной плоскости симметрии самолета-носителя, установленной в фюзеляже самолета-носителя, в районе передней нижней части многопозиционного пускового устройства, и снабжено направляющими для перемещения и установки беспилотных летательных аппаратов со стороны его задней части, поворотный обтекатель грузового отсека прикреплен к нижней части многопозиционного пускового устройства, а грузовой отсек снабжен фиксатором многократного действия убранного положения многопозиционного пускового устройства. Для уменьшения времени отделения группы БПЛА, направляющие многопозиционного пускового устройства выполнены в виде стволовых контейнеров с герметичными стенками, при этом каждый стволовой контейнер снабжен системой наддува, содержащей источник газа высокого давления, снабженный пусковым устройством и сообщенный с передней частью полости стволового контейнера через устройство ограничения расхода газа. Для дополнительного уменьшения времени отделения группы БПЛА, многопозиционное пусковое устройство снабжено устройствами отталкивания каждого беспилотного летательного аппарата.
Отличительными признаками предлагаемого устройства отделения группы беспилотных летательных аппаратов от самолета-носителя является то, что многопозиционное пусковое устройство выполнено с возможностью поворота механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной продольной плоскости симметрии самолета-носителя, установленной в фюзеляже самолета-носителя, в районе передней нижней части многопозиционного пускового устройства, и снабжено направляющими для перемещения и установки беспилотных летательных аппаратов со стороны его задней части, поворотный обтекатель грузового отсека прикреплен к нижней части многопозиционного пускового устройства, а грузовой отсек снабжен фиксатором многократного действия убранного положения многопозиционного пускового устройства; направляющие многопозиционного пускового устройства выполнены в виде стволовых контейнеров с герметичными стенками, при этом каждый стволовой контейнер снабжен системой наддува, содержащей источник газа высокого давления, снабженный пусковым устройством и сообщенный с передней частью полости стволового контейнера через устройство ограничения расхода; многопозиционное пусковое устройство снабжено устройствами отталкивания каждого беспилотного летательного аппарата.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается следующий технический результат: обеспечивается компактное размещение БПЛА в грузовом отсеке самолета-носителя, уменьшение массы устройства отделения группы БПЛА, в целом, уменьшение времени отделения группы БПЛА и увеличение вероятности безопасного отделения БПЛА от самолета-носителя. Благодаря уменьшению времени отделения группы БПЛА, увеличивается оперативность выполнения БПЛА задач назначения, например, мониторинга земной поверхности, борьбы с пожарами, наводнениями, ледяными заторами, а, при использовании устройства в военной авиации, дополнительно, уменьшается вероятность поражения самолета-носителя и отделяемых БПЛА средствами противодействия противника.
Предложенное техническое решение может найти применение, как в гражданской, так и в военной авиации, для компактного размещения группы БПЛА в грузовом отсеке самолета-носителя, уменьшения его массы, увеличения вероятности безопасного отделения группы БПЛА от самолета-носителя, а также увеличения оперативности выполняемых задач, например, при мониторинге поверхности, борьбе с пожарами, наводнениями, ледяными заторами, дополнительно, в военной авиации, для уменьшения вероятности поражения самолета-носителя и БПЛА средствами противодействия противника.
Устройство отделения БПЛА от самолета-носителя представлено на чертежах, фиг. 1 - фиг. 3.
На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства отделения группы БПЛА от самолета-носителя, в состоянии убранного в грузовой отсек положения многопозиционного пускового устройства, для транспортирования группы БПЛА к месту отделения.
На фиг. 2 показано представленное на фиг. 1 устройство при повернутом для отделения группы БПЛА положении многопозиционного пускового устройства.
На фиг. 3 представлен вид по стрелке А фиг. 2, поясняющий установку оси поворота многопозиционного пускового устройства в фюзеляже самолета-носителя.
Представленное на фиг. 1-3 устройство отделения группы БПЛА содержит многопозиционное пусковое устройство 1, расположенное в грузовом отсеке 2 самолета-носителя, выполненном в фюзеляже 3, со стороны его нижней части, и снабженном поворотным обтекателем 4, прикрепленным к нижней части многопозиционного пускового устройства 1, которое снабжено устройствами 5 крепления каждого БПЛА 6, выполненными с возможностью их расфиксации, и выполнено с возможностью выдвижения БПЛА 6 из грузового отсека 2, путем поворота многопозиционного пускового устройства 1 механизмом 7 поворота вокруг оси 8, перпендикулярной продольной плоскости симметрии самолета-носителя и установленной в фюзеляже 3 самолета-носителя, в районе передней нижней части многопозиционного пускового устройства 1, при этом, грузовой отсек 2 снабжен фиксатором 9 многократного действия убранного положения многопозиционного пускового устройства 1, которое снабжено направляющими, выполненными в виде стволовых контейнеров 10 с герметичными стенками, при этом каждый стволовой контейнер 10 снабжен системой наддува, содержащей источник 11 газа высокого давления, снабженный пусковым устройством 12 и сообщенный с передней частью 13 полости стволового контейнера 10 через устройство 14 ограничения расхода газа. Многопозиционное пусковое устройство 1 снабжено устройствами 15 отталкивания каждого беспилотного летательного аппарата.
ПОВ
ПОВ
ПОВ
Т-ПР
Т
ВИХР
ВИХР
ВИХР
Т-ПР
ВИХР
МИН
МАКС
МИН
ОТД
ПРОТ
ПРОТ
МАКС
ПРОТ
ПОВ
У-ОТТ
НАДД
НАДД
НАДД
Т-ПР
ВИХР
НАДД
ПОВ
Представленное на фиг. 1-3 устройство отделения группы БПЛА работает следующим образом. Для загрузки БПЛА 6 в многопозиционное пусковое устройство 1 (фиг. 1) расфиксируется фиксатор 9 его убранного положения и задействуется механизм 7 поворота, обеспечивающий поворот многопозиционного пускового устройства 1 с обтекателем 4 вокруг оси 8 на угол α (против часовой стрелки, фиг. 2) с выходом задней части многопозиционного пускового устройства 1 за пределы нижней части фюзеляжа 3. При этом, каждый из группы БПЛА 6, с использованием средств наземного обслуживания (на чертежах не показаны), устанавливается в соответствующий стволовой контейнер 10 с обжатием устройства 15 отталкивания до входа в устройства 5 крепления и обеспечивается фиксация БПЛА 6 устройством 5 крепления. Устройство 15 отталкивания БПЛА 6 может быть выполнено в виде пружинного или гидравлического механизма, или их комбинации. После этого, механизмом 7 поворота осуществляется обратный поворот многопозиционного пускового устройства 1 вокруг оси 8 на угол минус α (по часовой стрелке) в убранное положение и его фиксация фиксатором 9 многократного действия. При этом, благодаря прикреплению поворотного обтекателя 4 грузового отсека 2 к нижней части многопозиционного пускового устройства 1, поворотный обтекателя 4 устанавливается заподлицо с нижней частью фюзеляжа 3, обеспечивая его малое аэродинамическое сопротивление в полете самолета-носителя. В зоне отделения БПЛА 6 задействуется механизм 7 поворота, обеспечивающий поворот многопозиционного пускового устройства 1 вокруг оси 8 на угол α (против часовой стрелки, фиг. 2) с выходом задней части многопозиционного пускового устройства 1 за пределы нижней части фюзеляжа 3. При этом, в отличие от прототипа, одновременно обеспечиваются выдвижение всех БПЛА 6 из грузового отсека 2 в положение готовности к отделению и поворот обтекателя 4 грузового отсека 2. После расфиксации устройства 5 крепления очередного БПЛА 6 его движение по стволовому контейнеру 10 при отделении осуществляется под действием силы F (фиг. 2), равной проекции силы (F) тяжести БПЛА 6 на продольную ось стволового контейнера 10, а также дополнительной силы F, обусловленной уменьшением атмосферного давления за кормовой частью БПЛА 6 на величину ΔР, вследствие вихревого течения обтекающего потока воздуха, и равной произведению величины ΔР на площадь поперечного сечения БПЛА 6. Сумма сил F и F обеспечивает, согласно второго закона Ньютона, ускоренное движение БПЛА 6 вдоль оси стволового контейнера 10, в противоположном полету направлении, вплоть до полного отделения. Вследствие одновременного выдвижения БПЛА 6 из грузового отсека 2 механизмом 7 поворота, в отличие от прототипа, расфиксация устройства 5 крепления последующего отделяемого БПЛА 6 может осуществляться с малым интервалом времени, при неполном выходе из стволового контейнера текущего отделяемого БПЛА 6, в отличие от прототипа, где это невозможно, по соображениям безопасности отделяемых БПЛА 6 и самолета-носителя. Например, в предлагаемом устройстве отделения группы БПЛА 6 от самолета-носителя, при скорости полета самолета-носителя - W=200 м/с и интервале времени - Δτ=0,1 с между задействованием устройств 5 крепления БПЛА 6 в многопозиционном пусковом устройстве 1, расстояние между соседними отделенными БПЛА 6 составит - L=W×Δτ=200×0,1=20 м, соответственно, при отделении группы из восьми (n=8) БПЛА 6 расстояние между первым и восьмым отделенными БПЛА 6 составит L=L×(n-1)=20×7=140 м. При этом, по сравнению с прототипом обеспечивается: экономия времени на отделение группы БПЛА 6 на величину Δτ=n×(τ-Δτ), где τ - время выдвижения одного БПЛА из грузового отсека в прототипе предлагаемого устройства отделения, и уменьшается расстояние между первым и последним отделенными БПЛА 6 на величину ΔL=W×(τ-Δτ)×n. Благодаря тому, что движение БПЛА 6 при отделении осуществляется в направлении продольных осей стволовых контейнеров 10, стволовые контейнеры 10 могут быть максимально приближены друг к другу своими боковыми поверхностями, что обеспечивает возможность компактного размещения стволовых контейнеров 10 с БПЛА 6 в многопозиционном пусковом устройстве 1, с минимальным объемом и массой, соответственно, уменьшаются объем и масса многопозиционного пускового устройства 1, грузового отсека 2 и устройства отделения в целом. Благодаря тому, что движение БПЛА 6 при отделении осуществляется под углом α к продольной оси фюзеляжа 3, в сторону, противоположную направлению полета самолета-носителя, и ускорению БПЛА 6 в стволовых контейнерах 10, увеличивается вероятность безопасного отделения БПЛА 6 от самолета-носителя. Устройство 15 отталкивания действует силой F на БПЛА 6, которая помогает преодолеть увеличенную силу сопротивления трения покоя, действующую на БПЛА 6 при страгивании в начале отделения, и дополнительно увеличивает суммарную силу действующую на БПЛА 6 и его ускорение на начальном участке, что дополнительно уменьшает время его отделения. Дополнительное уменьшение времени отделения группы БПЛА 6 достигается воздействием на каждый отделяемый БПЛА 6 дополнительной силой (F), уменьшающей время отделения каждого БПЛА 6, при наддуве передней части 13 полости каждого стволового контейнера 10 избыточным давлением ΔР сжатого газа из источника 11 газа высокого давления, и равной произведению величины ΔР на площадь поперечного сечения БПЛА 6. Для наддува задействуется пусковое устройство 12 и газ высокого давления из источника 11 газа высокого давления через устройство 14 ограничения расхода поступает в переднюю часть 13 полости стволового контейнера 10 с отделяемым БПЛА 6. При этом на каждый отделяемый БПЛА 6 действует сумма сил F, F и F, определяющая увеличение величины ускорения БПЛА 6 при его движении вдоль оси стволового контейнера 10, следовательно, и дополнительное уменьшение времени выхода каждого БПЛА 6 из соответствующего стволового контейнера 10. После отделения группы БПЛА 6 осуществляется обратный поворот многопозиционного пускового устройства 1 вокруг оси 8 на угол минус α (по часовой стрелке) механизмом 7 поворота в убранное положение и его фиксация фиксатором 9. В зависимости от необходимого количества в группе отделяемых БПЛА 6, могут задействоваться один или два механизма 7 поворота и обеспечиваться отделение БПЛА 6 из одного или двух многопозиционных пусковых устройств 1.