КОРАБЕЛЬНОЕ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ САМОЛЕТНОГО ТИПА МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ ДАЛЬНОСТИ

Полезная модель относится к устройствам для взлета и посадки беспилотных воздушных судов и предназначена для обеспечения применения беспилотных летательных аппаратов самолетного типа малого и среднего классов на надводных кораблях.
Известны следующие устройства и способы для взлета и посадки БпЛА «Способ дистанционного запуска беспилотного летательного аппарата самолетного типа с помощью газовой катапульты» [см. Патент РФ 2497725]. В этом способе для разгона БпЛА на старте используется цилиндр, в него под давлением нагнетается воздух, который давит на рабочий поршень цилиндра, к которому подсоединен привод запуска БпЛА, в результате разгона поршня в цилиндре происходит разгон тележки запуска, на которой расположен БпЛА, при достижении конечного участка происходит отцеп БпЛА и его самостоятельный полет. Конструктивно катапульты отличаются только системами приводов, как например, пневматические, гидравлические], электромеханические, резиновые и т.п., в целом обеспечивая быстрый и эффективный взлет БпЛА. Однако эта установка не обеспечивает посадку на палубу корабля, поэтому возможно приводнение БпЛА самолетного типа на парашюте, что не устраняет сложность обнаружения БпЛА и его подъем на борт корабля.
Один из способов посадки и обнаружения БпЛА «Способ посадки сверхлегкого беспилотного летательного аппарата» [см. Патент RU 2307047, МПК: В64С 29]. При ударе об воду включается радиомаяк, и БпЛА ищут по способу «охоты на лис», применяемому в спортивном ориентировании. Однако при этом не устраняются недостатки, связанные с подъемом БпЛА на борт корабля.
Известны технические решения посадки БпЛА «Способ посадки, на основе применения вертикальных мачт, между которыми натянут трос» [см. Патент США 7335067]. В этом способе для гашения кинетической энергии посадки БпЛА используются два вертикальных цилиндра. Недостатки: для старта БпЛА используется другое устройство, а посадочное устройство занимает много места на палубе корабля, при этом данный способ обеспечивает посадку только БпЛА определенного малого класса самолетного типа.
Частично устраняющим недостатки решений-аналогов, является взлетно-посадочное устройство и способ посадки БпЛА вертикального взлета и посадки [см. Патент РФ 2133210 «Беспилотный летательный аппарат», МПК: В64С 27/20]. Однако такой способ посадки не обеспечивает посадку на борт корабля более тяжелых БпЛА, несущих на себе разного рода полезную нагрузку, а также БпЛА, выполненных по «самолетной» схеме.
Наиболее типичными и распространенными в мировой практике для посадки легких БпЛА самолетного типа на морские носители, являются решения компании Boeing Insitu, Bingen, WA, USA, https://www.insitu.com, посадка осуществляется на вертикально закрепленный трос путем зацепа гаком, который расположен на консоли крыла за трос, такой способ посадки накладывает ограничения по весу и конструкционной жесткости крыла на БпЛА самолетного типа.
Близким техническим решением является способ взлета и посадки, предложенный по программе DARPA США, протестированный на экспериментальной ВПУ «400-pound test aircraft», устройство SideArm по заказу DARPA разрабатывает американская компания Aurora Flight Sciences. Предложена посадка под кран-балку, расположенную в верхней полусфере относительно БпЛА, при этом зацеп БпЛА осуществляется жестким фалом с гаком, расположенным в верхней части фюзеляжа БпЛА, за трос-резинку взлетно-посадочного устройства. Взлет происходит за счет использования силы сжатия-растяжения троса-резинки, при этом БпЛА подвешивается под штангу ВПУ. В момент посадки на верхней поверхности БпЛА поднимается специальный гак, который осуществляет зацеп за трос. После этого система плавно гасит кинетическую энергию до нуля. Вся система помещается внутри грузового контейнера и может обслуживаться персоналом в количестве от 2-х до 4-х человек. Недостатками вышеуказанного технического решения является сложность подъема БпЛА в случае его приводнения, при этом система привязана строго к определенному типу БпЛА по весовым характеристикам, невозможность применения одновременно БпЛА более тяжелого класса. Поскольку выполнение посадки БпЛА на морской носитель требует привлечения большого количества обслуживающего персонала, называть систему компании Aurora Flight Scienes полностью автономной или роботизированной будет некорректно. Возможность возникновения аварийной ситуации в случае принятия решения ухода БпЛА на второй круг, по причине нахождения посадочной балки в верхней полусфере БпЛА. Этот способ требует жесткого, строгого выдерживания высоты и посадочного курса БпЛА, что также накладывает ограничения применения данного способа по погодным условиям.
Наиболее близким техническим решением реализации устройства и способа взлета, посадки предложенного в нашем патенте является устройство и способ, предложенный LOCKHEED MARTIN CORPORATION международная классификация B64F 1/10, В64С 39/02, В60Р 3/11, G05D 1/02, где взлет и посадка осуществляется только с использованием одной пары посадочных клещей, при этом система может обеспечивать работу только БпЛА малого класса, в нашем случае взлет с носителя осуществляется при помощи отдельных рычагов механизма отцепа БпЛА, а посадка осуществляется в мягкий механизм захвата крыла БпЛА, оснащенный электромеханическим приводом-актуатором (раздвигает (сдвигает) подвижные опоры механизма захвата крыла БпЛА), что позволяет в отличие от предложения LOCKHEED MARTIN эксплуатировать БпЛА как малой, так и средней дальности, при этом взлет и посадка в нашем случае осуществляется на подвижную каретку, расположенную вне палубы носителя, в отличие от предложения LOCKHEED MARTIN - посадка и взлет БпЛА осуществляется непосредственно на носитель БпЛА, это ухудшает условия безаварийной посадки как для БпЛА, так и для носителя БпЛА.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, в котором реализуется предложенный способ взлета и посадки, является обеспечение безаварийного взлета и посадки широкого модельного ряда БпЛА самолетного типа, имеющих различные весовые характеристики в условиях эксплуатации на кораблях, не имеющих свободную палубу в простых и сложных метеоусловиях.
В настоящее время имеются технические решения по выполнению посадки БпЛА с помощью сеток, растяжек, троса и т.п. Данные технические решения не отвечают современным требованиям по автоматизации и роботизации процесса посадки БпЛА на морские носители. В предложение по решению данной проблемы, предлагается роботизированное взлетно-посадочное устройство с системой стабилизации, для обеспечения взлета и посадки БпЛА самолетного типа с фиксированным крылом как морского, так и наземного базирования, с массой до одной тонны. Система работает полностью автономно и не требует дополнительных операций со стороны операторов БпЛА.
На фиг. 1 представлено предложенное корабельное взлетно-посадочное устройство (КВПУ), для БпЛА самолетного типа малой и средней дальности, где 1 - поворотный разгонно-посадочный рельс с линейными электродвигателями; 2 - цилиндры управления положением телескопических двухсоставных штанг в пространстве; 3 - выдвижные телескопические двухсоставные штанги управления горизонтальным положением электромагнитного рельса в пространстве и взлетно-посадочным курсом; 4 - двигатели привода управления положением телескопических двухзвенных штанг и разгонно-посадочного рельса в пространстве при бортовой качке с удерживанием взлетно-посадочного курса; 5 - левая и правая подвижные опоры механизма захвата и фиксации крыла БпЛА; 6 - стартовая-тормозная каретка; 7 - левый и правый подвижные рычаги отцепа крыла БпЛА от стартовой-тормозной каретки; 8 - тормозные ленты механизма захвата и фиксации крыла БпЛА; 9 - нижние раздвижные рычаги механизма захвата и фиксации крыла БпЛА; 10 - верхние раздвижные рычаги механизма захвата и фиксации крыла БпЛА; 11 - двигатели привода перемещения кареток выдвижных штанг на рельсе; 12 - каретки перемещения выдвижных штанг на рельсе; 13 - двигатели привода перемещения БпЛА в позицию на разгонной каретке по разгонно-посадочному рельсу при взлете и посадке; 14 - опорный силовой кронштейн крепления КВПУ к палубе корабля; 15 - БпЛА; 16 - зеленые посадочные огни системы точной посадки; 17 - красные посадочные огни системы точной посадки; 18 - палуба корабля; 19 - привод подвижных рычагов отцепа крыла; 20 - привод раздвижных рычагов захвата и фиксации крыла; 21 - электромеханический привод-актуатор системы точной посадки (раздвигает-сдвигает подвижные опоры, оборудованные раздвижными рычагами с силовыми лентами механизма захвата и фиксации крыла БпЛА).
Конструктивно корабельное взлетно-посадочное устройство (КВПУ), для БпЛА самолетного типа малой и средней дальности, состоит из: поворотного разгонно-посадочного рельса с расположенными в нем линейными электродвигателями, стартовой-тормозной каретки, на которой размещается БпЛА при взлете и посадке, механизмом захвата и фиксации крыла, электромеханического привода-актуатора, подвижных опор, обеспечивающих размещение раздвижных рычагов механизма захвата и фиксации крыла, силовых тормозных лент мягкой посадки, поворотных рычагов отцепа крыла, оптическая система точной посадки с посадочными огнями зеленого и красного цвета, привода перемещений стартовой-тормозной каретки по рельсу, двигателями перемещения кареток выдвижных штанг по рельсу, силовыми цилиндрами управления положением выдвижных двухсоставных штанг в пространстве, силовых двигателей управления положением выдвижных двухсоставных штанг в пространстве при бортовой качке с возможностью удержания взлетно-посадочного курса, опорным силовым кронштейном крепления к палубе корабля, на котором жестко закреплены силовые двигатели управления положением выдвижных двухсоставных штанг и кронштейнов крепления силовых цилиндров управления положением телескопических двухзвенных штанг в пространстве.
На фиг. 2, фиг. 3 представлен вид сверху и вид сбоку на взлет БпЛА с фиксированным крылом при помощи КВПУ. Взлет БпЛА с фиксированным крылом, находящегося на стартовой-тормозной каретке 6 поворотной рельсы 1, обеспечивают линейные электродвигатели, расположенные в разгонно-посадочном рельсе 1, разгоняющие стартовую-тормозную каретку с ускорением до 4g или скоростью до 70 км/час. На старте (зона А) крыло БпЛА фиксируется механизмом отцепа 7, в (зона Б) осуществляется разгон стартовой-тормозной каретки 6 с расположенным на ней БпЛА до скорости отрыва, в результате чего автоматически срабатывает механизм отцепа крыла 7, происходит отделение БпЛА (зона В) от каретки с последующим самостоятельным полетом и набором высоты.
На фиг. 4, фиг. 5 представлен вид сверху и вид сбоку на посадку БпЛА с фиксированным крылом на корабль с помощью КВПУ. Г - зона захода БпЛА на посадочную глиссаду и принятия решения на посадку. Д - зона захода БпЛА в посадочный створ, формируемый системой точной посадки, оборудованной посадочными огнями зеленого, красного цвета и электромеханическим приводом-актуатором, управляющим подвижными опорами раздвижных рычагов механизма захвата и фиксации. Е - зона разгона каретки до посадочной скорости, вхождения крыла в тормозные ленты раздвижных рычагов, срабатывания датчика натяжения тормозных лент мягкой посадки, захват и фиксация раздвижными рычагами крыла БпЛА - механизмом захвата. Ж - зона торможения каретки и полного гашения кинетической энергии БпЛА с зафиксированным крылом, расположенного на стартовой-тормозной каретке относительно системы корабль - БпЛА. Посадка происходит в порядке, когда линейные электродвигатели обеспечивают плавное разгон и торможение устройства захвата и фиксации крыла, расположенного на стартовой - тормозной каретке. При посадке, в зоне Д привод 20 раздвижных рычагов (9,10), оборудованных тормозными лентами 8, раздвигает рычаги (9,10), растягивая тормозные ленты 8, на дистанции несколько метров (зона Е) устройство захвата и фиксации 10-9, расположенное на стартовой-тормозной каретке 6, ускоряется линейными электродвигателями поворотного разгонно-тормозного рельса 1 до скорости близкой к посадочной скорости БпЛА, это позволяет произвести плавный захват крыла БпЛА в тормозные ленты 8 с фиксацией крыла раздвижными рычагами (9,10), механизмом захвата и фиксации крыла БпЛА.
Система стабилизации корабельного взлетно-посадочного устройства обеспечивает стабилизацию взлетно-посадочного рельса 1, имеет 6 степеней свободы и позволяет поддерживать взлетно-посадочный рельс 1 в нужном для глиссады положении, компенсируя волнение моря (фиг. 6). Такая возможность обеспечивается высокоскоростными гидроцилиндрами 2 и электродвигателями стабилизации 4.
Система точной посадки (фиг. 7) позволяет произвести автоматически коррекцию положения подвижных опор и раздвижных рычагов механизма захвата крыла, оборудованных силовыми лентами механизма захвата крыла БпЛА как с курсовым посадочным углом, так и при порыве ветра, коррекцию глиссады на завершающем посадочном участке обеспечивает система точной посадки, оборудованная огнями зеленого и красного цветов, электромеханическим приводом-актуатором 21, он раздвигает-сдвигает, подвижные опоры 5, оборудованные раздвижными рычагами (9,10) с силовыми лентами механизма захвата крыла БпЛА. Система точной посадки формирует посадочный створ для приема БпЛА с расчетной точностью до ±2 см.