Многоцелевой беспилотный летательный аппарат

Полезная модель относится к области малоразмерной авиационной техники, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), предназначенным для проведения экологического мониторинга, патрулирования лесов, линий электропередач, нефте- и газопроводов.
Известен разведывательный беспилотный летательный аппарат (патент на полезную модель Российской Федерации №41295, МПК В64С 39/02, дата публикации 20.10.2004 г), выполненный по аэродинамической самолетной схеме моноплана, включающего фюзеляж, крыло и хвостовое оперение, при этом крыло имеет флайперон, фюзеляж соединен с хвостовым оперением балкой, закрепленной по продольной оси летательного аппарата на центроплане. Хвостовое оперение выполнено V-образным и состоит из двух симметрично расположенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата килей, закрепленных на балке, каждый из которых снабжен поворотным рулем, рули установлены с возможностью их дифференциального отклонения, силовая установка размещена в головной части фюзеляжа и состоит из электрического аккумулятора, электродвигателя и кинематически связанного с электродвигателем тянущего воздушного винта, а бортовое радиоэлектронное оборудование включает в себя функционально связанные между собой телевизионную аппаратуру наблюдения, приемо-передающий блок, приемо-передающую антенну и размещено во внутренней полости крыла.
Однако он обладает узкими функциональными возможностям, в частности не может совершать полеты большой длительности, т.к. имеет ограничение по емкости бортового источника питания для тягового электрического двигателя.
Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому устройству является беспилотный летательный аппарат (патент на полезную модель Российской Федерации №132421, МПК B64D 43/00, B64D 47/02, B64D 27/08, B64D 17/80, В64С 13/38, дата публикации 20.09.2013 г), выполненный по аэродинамической схеме однофюзеляжного моноплана и содержащий фюзеляж, имеющий возможность расстыковываться на переднюю часть и хвостовую часть с хвостовым оперением, состоящим из съемного стабилизатора с рулем высоты и килем с рулем поворота, съемное высокорасположенное крыло, силовую установку с двигателем внутреннего сгорания с тянущим воздушным винтом и стационарным топливным баком, бортовое радиоэлектронное оборудование, которое включает в себя систему автоматического управления, блок командно-телеметрической радиолинии с приемопередающей антенной и трубку приемника воздушного давления, полезную нагрузку, рулевые машинки и аккумулятор. Дополнительно беспилотный летательный аппарат содержит надувной буфер и парашют, уложенные один над другим в парашютном отсеке. Однако он имеет ряд ограничений в эксплуатации:
- имеет ограничение по емкости бортового источника питания для обеспечения непрерывной работы бортовых радиоэлектронных систем;
- в случае неисправности надувного буфера и парашюта невозможно совершение безопасной посадки;
- не может совершать полеты большой длительности, т.к. имеет ограничение по емкости топливного бака.
Задачей полезной модели является создание такого беспилотного летательного аппарата, который за счет своих конструктивных особенностей решал бы задачи, обеспечивая длительный, безаварийный полет.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности полета, обеспечивая таким образом возможность длительного, безаварийного проведения экологического мониторинга, патрулирования лесов, линий электропередач, нефте- и газопроводов.
Технический результат достигается тем, что многоцелевой беспилотный летательный аппарат, выполненный по аэродинамической схеме однофюзеляжного моноплана с силовой установкой, представленной в виде двигателя внутреннего сгорания с топливным баком, высокорасположенным крылом, бортовым радиоэлектронным оборудованием, полезной нагрузкой, рулевыми машинками, радиомодемом, приемником воздушного давления, парашютом и надувным буфером, отличающийся тем, что содержит разнесенное двукилевое хвостовое оперение, солнечные панели и генератор, причем парашют расположен в нижней части фюзеляжа, а надувной буфер в верхней части, при этом крыло представлено в виде двух съемных полукрыльев, а нижняя часть фюзеляжа выполнена с более высокими жесткостными характеристиками по сравнению с верхней частью.
Разнесенное двукилевое хвостовое оперение обеспечивает путевую устойчивость как на малых, так и на больших углах атаки, что для беспилотного летательного аппарата весьма актуально при плохих погодных условиях.
Солнечные панели и генератор позволяют обеспечить аппарат дополнительной электроэнергией, что существенно влияет на длительность полета.
Расположение парашюта в нижней части фюзеляжа, а надувного буфера в верхней части, позволяет обеспечить наибольшую безопасность этих устройств, не давая им помешать друг другу при осуществлении своей работы.
Изготовление нижней части фюзеляжа с более высокими жесткостными характеристиками позволяет аппарату наиболее безболезненно осуществлять посадку без помощи парашюта и надувного буфера. Система автоматического управления позволяет плавно посадить аппарат на «брюхо».
Изготовление крыла в виде двух съемных полукрыльев позволяет сделать аппарат более компактным при транспортировке в нужный район.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении полезной модели, в виде возможности проведения длительного, безаварийного экологического мониторинга, патрулирования лесов, линий электропередач, нефте- и газопроводов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявляемого беспилотного летательного аппарата для обеспечения возможности проведения длительного, безаварийного экологического мониторинга, патрулирования лесов, линий электропередач, нефте- и газопроводов отсутствуют, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию "новизна".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид БПЛА сбоку, на фиг. 2 - разнесенный вид БПЛА в изометрии.
Введены следующие обозначения:
1 - фюзеляж;
2 - верхняя часть фюзеляжа;
3 - нижняя часть фюзеляжа;
4 - консоль стабилизатора;
5 - разнесенное двукилевое оперение;
6 - полу крылья;
7 - элероны;
8 - штырьки металлические фиксации полу крыльев;
9 - парашют;
10 - надувной буфер;
11 - крышка закрывающая надувной буфер;
12 - крышка закрывающая парашют;
13 - система автоматического управления (САУ);
14 - радиомодем;
15 - трубка приемника воздушного давления;
16 - полезная нагрузка;
17 - аэронавигационные огни;
18 - солнечные панели;
19 - двигатель внутреннего сгорания;
20 - винт воздушный тянущий;
21 - рулевая машинка «газа» ДВС;
22 - бак топливный;
23 - генератор;
Беспилотный летательный аппарат содержит фюзеляж 1, состоящий из верхней 2 и нижней 3 частей. На фюзеляже 1 установлено хвостовое оперение в виде съемной консоли стабилизатора 4 и разнесенного двукилевого оперения 5. Полукрылья 6, с элеронами 7, закреплены фиксирующими штырьками 8. Парашют 9 и надувной буфер 10 закрыты соответственно крышками 11 и 12, которые механически соединены с рулевыми машинками. Крышки установлены негерметично. Система автоматического управления 13 установлена в передней части фюзеляжа, радиомодем 14 установлен в задней части фюзеляжа, а трубка приемника воздушного давления 15 установлена на левой консоли крыла. Полезная нагрузка 16 размещена в средней части фюзеляжа, а аэронавигационные огни 17 и солнечные панели 18 установлены на консолях крыла. Силовая установка состоит из двигателя внутреннего сгорания 19, винта воздушного тянущего 20, рулевой машинки "газа" 21 ДВС и топливного бака 22, а также генератора 23, установленного на валу двигателя.
БПЛА работает следующим образом.
К месту старта беспилотный летательный аппарат доставляется в транспортном контейнере в разобранном виде - полукрылья 6 и консоль 4 стабилизатора отстыкованы от фюзеляжа 1.
После извлечения БПЛА из транспортного контейнера осуществляется его сборка в следующей последовательности:
- пристыковываются к фюзеляжу 1 консоль 4 стабилизатора;
- одновременно производится стыковка разъемов полезной нагрузки 16 и пристыковка полукрыльев 6, которые фиксируются там металлическими штырьками 8.
Затем БПЛА устанавливается на катапульту (пусковое устройство) и выполняются следующие операции по подготовке к старту:
- включается бортовое радиоэлектронное оборудование;
- проводится загрузка программы полета в САУ 13 по радиоканалу через радиомодем 14;
- САУ используя свой канал GPS-Глонасс определяет местоположение БПЛА;
- автоматически обнуляется датчик барометрического давления САУ 13;
- САУ 13 автоматически проверяет исправность бортовых систем и в случае готовности к полету выдает сигнал о возможности старта БПЛА на наземную станцию управления (НСУ);
- с НСУ на САУ 13 по радиоканалу подается сигнал, и напряжение от бортового аккумулятора на свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания 19.
После этого осуществляется запуск ДВС 19 электростартером, проверяется устойчивость работы двигателя на разных оборотах - обороты регулируются рулевой машинкой 21 «газа» ДВС.САУ 13 отключает свечу зажигания ДВС от бортового аккумулятора и сигнализирует о готовности БПЛА к старту.
Сигнал на старт БПЛА поступает с НСУ по радиоканалу через радиомодем 14 на САУ 13, которое, в свою очередь, выдает сигнал на спусковой механизм катапульты и БПЛА осуществляет взлет, используя ускорение, создаваемое катапультой.
Далее полет БПЛА выполняется в автоматическом режиме согласно заложенной в САУ 13 программе, причем данные о воздушной скорости поступают с трубки приемника воздушного давления 15. Управление аэродинамическими поверхностями (элеронами 7) осуществляется рулевыми машинками.
Важным этапом полета БПЛА является посадка (штатная или аварийная). И штатная и аварийная посадки осуществляются или по самолетному на «брюхо» аппарата или с помощью парашюта 9 и надувного буфера 10.
При штатной или аварийной посадке по-самолетному (без выпуска парашюта 9 и надувного буфера 10) БПЛА работает следующим образом:
- после выполнения полетного задания и возвращения БПЛА к месту старта оператор НСУ выключает ДВС 19 посредством рулевой машинки «газа» 21 или в случае самопроизвольной остановки ДВС 19 аппарат автоматически осуществляет плавное снижение вплоть до соприкосновения с землей;
При выполнении штатной или аварийной посадки на парашюте БПЛА работает следующим образом:
- при подлете к месту посадки БПЛА или в случае возникновения аварийной ситуации САУ 13 выдает команду на выключение ДВС 19;
- с небольшой задержкой по времени по сигналу с САУ 13 срабатывают рулевые машинки, открывая крышки 12, 11 и освобождая парашют 9 и надувной буфер 10; парашют вытягивается, наполняется воздухом и ЛА повисает на парашютных стропах, буфер надувается;
- первым земли касается надувной буфер 10, а на него совершает мягкую посадку БПЛА;
Если продолжение работы с БПЛА не предвидится, то аппарат разбирается и укладывается в транспортный контейнер.
Предложенный беспилотный летательный аппарат позволяет за счет своей конструкции получить длительную безаварийную эксплуатацию при проведении экологического мониторинга, патрулирования лесов, линий электропередач, нефте- и газопроводов, а именно:
- возможность посадки по-самолетному на земную поверхность, изобилующую различного рода препятствиями (бугры, камни и т.д.);
- возможность посадки на парашюте с использованием надувного буфера, который смягчает первый контакт с земной поверхностью;
- удобство при транспортировке благодаря возможности отстыковки полукрыльев и консолей стабилизатора от фюзеляжа;
- наличие генератора, обеспечивающего непрерывную зарядку аккумулятора, во время работы двигателя;
- использование топливного бака объемом 12 литров, выполненного из композитных материалов, способствующего уменьшению веса;
- наличие возобновляемого источника энергии (солнечных панелей), обеспечивающие автономность радиоэлектронного оборудования;
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:
- средство, выполняющее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в области эксплуатации беспилотных летательных аппаратов, а именно для проведения экологического мониторинга, патрулирования лесов, линий электропередач, нефте- и газопроводов;
- средство, выполняющее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.