ДИСТАНЦИОННЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к беспилотной авиации. Беспилотные летательные аппараты (БЛА) могут быть применены для решения множества задач, выполнение которых пилотируемыми летательными аппаратами в силу различных причин нецелесообразно. В число таких задач входят мониторинг воздушного пространства, земной и водной поверхностей, экологический контроль, управление воздушным движением, контроль морского судоходства, развитие систем связи и др.
При мониторинге воздушного пространства, земной и водной поверхностей в зависимости от конкретных решаемых задач может осуществляться аэрофотосъемка, контроль гидро-, метеообстановки, исследование атмосферы, радиометрический контроль зон бедствия, сейсмический контроль, инспекция соблюдения договорных обязательств, контроль состояния газо- и нефтепроводов, линий электропередач, геологические наблюдения, исследование ледовой обстановки, волнения моря.
Из уровня техники известен беспилотный летательный аппарат (варианты) по патенту РФ 2213024, МПК В64С 5/08, В64С 39/02, В64С 39/04, опубл. 2003.09.27. Применение любого варианта описанных в нем БЛА позволяет проводить мониторинг воздушного пространства, земной и водной поверхностей в режиме реального времени. Все компоновки БЛА компактны, экономичны в эксплуатации и обслуживании, имеют высокие летно-технические характеристики. Для развертывания системы не требуется больших площадей, самолет мобилен в развертывании. Существенным недостатком всех устройств является выполнение БЛА по самолетной схеме, что не позволяет выполнить отбор проб жидкости при выполнении экологического мониторинга окружающей среды.
Известен «Беспилотный летательный аппарат» (патент РФ №2133210, МКИ В64С 39/02, В64С 27/20, опубл. 1999.07.20), который обеспечивает устранение вышеперечисленных недостатков. В нем описан беспилотный летательный аппарат
вертикального взлета и посадки (ВВП). На такой БЛА для ведения наблюдения с земной поверхности установлены дистанционно управляемый, внешний, складываемый в транспортировочное положение блок воспринимающих приборов и/или складывающееся шасси.
В настоящее время на объектах по уничтожения химического оружия для экологического мониторинга используются подвижные лаборатории экологического мониторинга и посты экологического контроля. Однако отбор и доставка проб из труднодоступных мест, в условиях бездорожья и распутицы, в любое время суток и видимости связаны с большими трудностями, а отбор проб с произвольных мест, например над болотистой местностью, являются невозможными.
Наиболее близким по принципу действия и технической сущности для отбора проб жидкости является «Дистанционный беспилотный летательный аппарат для отбора проб жидкости» по патенту РФ №71628, МПК В64С 39/02, опубликовано 20.03.2008. Он состоит из БЛА ВВП, на котором установлена лебедка, трос, которой соединен с пробоотборником жидкости.
Работает аппарат следующим образом. После взлета БЛА ВВП совершает полет в район выполнения задания и на заданной высоте переходит в режим висения. По команде с наземного пункта управления лебедка начинает работать, разматывая трос. Пробоотборник заданного типа: для отбора проб поверхностной жидкости, с заданной глубины и донных отложений отбирает заданную пробу. Далее по команде с наземного пункта управления лебедка начинает работать, сматывая трос. Таким образом, проба жидкости доставляется на борт БЛА ВВП. Весь процесс отбора пробы и возвращения БЛА ВВП происходит в автоматическом режиме. В случае необходимости возможен переход на ручное управление с наземного пункта управления. После посадки проба жидкости сдается для анализа, с БЛА ВВП проводится необходимое послеполетное обслуживание.
Недостатком данного дистанционного беспилотного летательного аппарата для отбора проб жидкости является изменение его положения за счет изменения высоты из-за проседания аппарата по мере отбора пробы.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик БЛА ВВП в процессе отбора проб жидкости при экологическом мониторинге объектов окружающей среды.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в повышении устойчивости положения БЛА ВВП при дистанционном отборе проб жидкости и донных отложений из любых труднодоступных мест за счет поддержания постоянства высоты его висения.
Поставленная задача достигается тем, что на дистанционный беспилотный летательный аппарат для отбора проб жидкости, содержащий беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с блоком приборов для отбора проб жидкости введена система удержания заданной высоты. При этом система удержания заданной высоты состоит из блока координатометрирования, входы которого соединены с задатчиком координат и с датчиками текущих координат, а выход через переключатель автоматического режима работы и через усилительно-преобразующее устройство соединен с двигателем летательного аппарата, при этом наземный пульт управления через переключатель ручного режима работы также соединен с двигателем летательного аппарата.
На рисунке показана блок-схема дистанционного беспилотного летательного аппарата для отбора проб жидкости,
где: 1 - БЛА ВВП;
2 - лебедка;
3 - трос;
4 - пробоотборник жидкости;
5 - наземный пункт управления;
6 - блок координатометрирования бортовой ЭВМ;
7 - задатчик координат;
8 - датчики текущих координат;
9 - переключатель автоматического режима работы;
10 - усилительно-преобразующее устройство;
11 - электродвигатель;
12 - лопасти электродвигателя;
13 - переключатель ручного режима работы.
Дистанционный беспилотный летательный аппарат для отбора проб жидкости состоит из БЛА ВВП 1, на котором установлена лебедка 2, трос 3 которой соединен с пробоотборником жидкости 4 и управляемой с наземного пункта управления
5. Для удержания неизменного положения БЛА ВВП 1 в процессе отбора жидкости введена система удержания заданной высоты, которая состоит из блока координатометрирования 6 бортовой ЭВМ, входы которого соединены с задатчиком координат 7 и с датчиками текущих координат 8, а выход через переключатель автоматического режима работы 9 и через усилительно-преобразующее устройство 10 соединен с электродвигателем 11, связанного с лопастями 12, создающих подъемную силу летательного аппарата. При этом наземный пульт управления 5 через переключатель ручного режима 13 работы также соединен с электродвигателем 11 летательного аппарата.
На земле перед стартом проводят необходимое техническую подготовку: производят проверку и заправку систем БЛА ВВП 1, вводят необходимые данные с задатчика координат 7 в блок координатометрирования 6 бортовой ЭВМ для определения места нахождения отбора проб жидкости, готовят к работе бортовое радиоэлектронное оборудование для управления работой лебедкой 2, а также устанавливают требуемый пробоотборник 4. В исходном состоянии БЛА ВВП 1 находится вблизи наземного пункта управления 5.
Полностью подготовленный БЛА ВВП 1 запускается по командам с наземного пункта управления 5. Управление БЛА ВВП 1 осуществляется по программе, заложенной в бортовую ЭВМ перед стартом. В случае необходимости вмешательства в программу полета управление может осуществляться дистанционно с наземного пункта управления 5.
После взлета БЛА ВВП 1 совершает полет в район выполнения задания, при достижении которого на заданной высоте переходит в режим висения.
По команде с наземного пункта управления 5 лебедка 2 начинает работать, разматывая трос 3. По мере набора жидкости в пробоотборнике 4 БЛА ВВП 1 начнет незапланированно уменьшать высоту. В свою очередь с датчиков текущих координат 8 поступают данные в блок координатометрирования 6 бортовой ЭВМ, который вырабатывают сигнал, пропорциональный разнице между заданным и текущим значениями высот. Этот сигнал через усилительно-преобразующее устройство 10 поступает на электродвигатель 11, который изменяет число оборотов таким образом, чтобы свести эту разницу к нулю. При подъеме пробы БЛА ВВП 1 увеличивается число оборотов двигателя, что позволяет ему удерживаться на необходимой
высоте. Таким образом осуществляется автоматический режим управления высотой БЛА ВВП.
В случае необходимости ручного управления БЛА ВВП 1 необходимо отключить переключатель автоматического режима работы 9 и включить переключатель ручного режима работы 13. Далее напрямую осуществляется управление положением высоты БЛА ВВП 1 с наземного пункта управления 5.
В случае необходимости введения корректив в положение БЛА ВВП 1 или задания нового значение высоты в процессе его автоматического управления необходимо переключатели автоматического и ручного режимов работы 9 и 13 включить. Для этого необходимо подать команду с наземного пункта управления 5 на электродвигатель 11 через переключатель ручного режима работы 13 при одновременном автоматическом управлении через переключатель автоматического режима работы 9.
После посадки проба жидкости сдается для анализа, с БЛА ВВП 1 проводится необходимое послеполетное обслуживание.
Компоновка БЛА ВВП 1 компактна, экономична в эксплуатации и обслуживании. Для развертывания всей системы не требуется больших площадей.
Таким образом, БЛА ВВП 1 кроме основного использования: ведения радиационной, химической и биологической разведки и передачи сведений в реальном масштабе времени; экологического мониторинга; трансляции и ретрансляции информации из районов чрезвычайных ситуаций с нарушенной инфраструктурой; обнаружения нефтяных пятен на акваториях, мест разрывов нефтепроводов, оценки загрязнений водных ресурсов может быть использован для отбора проб жидкости и донных отложений из любых труднодоступных мест.