ГИБРИДНЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Гибридный беспилотный летательный аппарат
Полезная модель относится к беспилотным летательным аппаратам гибридного типа.
Известен летательный аппарат, включающий торообразный корпус, воздушный подъемный винт, размещенный соосно оси тора, не менее трех маневровых воздушных винта с горизонтальными осями, размещенных на периферии корпуса, и источник питания двигателей воздушных винтов (описание к патенту FR 2366989, МПК В64В 1/06).
Известный аппарат является пилотируемым и позволяет решать задачи грузоперевозок.
Использование воздушных маневровых винтов с горизонтальной осью предназначено для устранения вращения корпуса инициированного вращением основного тягового винта, что снижает устойчивость аппарата при вертикальном подъеме, ограничивая его возможности. Конструкция известного летательного аппарата не позволяет повысить его устойчивость в режиме висения и перемещения за счет воздушных винтов. Для этого требуется балласт, что снижает полезную нагрузку аппарата. Задача полезной модели - повышение устойчивости в пространстве гибридного беспилотного летательного аппарата.
Технический результат - повышение устойчивости в пространстве гибридного беспилотного летательного аппарата в режиме висения и перемещения.
Технический результат достигается тем, что в гибридном беспилотном летательном аппарате, включающем торообразный корпус, заполненный газом, легче воздуха, воздушный основной тяговый винт, размещенный соосно оси тора, не менее трех маневровых воздушных винта, размещенных на периферии корпуса, причем воздушный основной тяговый винт встроен в корпус ротора, а оси маневровых винтов размещены в вертикальной плоскости.
На фиг. 1 изображена общая схема беспилотного летательного аппарата (фронтальный вид) и вид сверху; на фиг. 2 - крупный план центральной части аппарата; на фиг. 3 - схема основного тягового двигателя (вид сверху).
На фигуре введены обозначения:
1 - торообразный корпус в виде тороида;
2 - солнечная батарея;
3 - статор вентильного основного тягового двигателя;
4 - ротор вентильного основного тягового двигателя;
5 - винт (рабочее колесо) основного тягового двигателя;
6 - ось ротора;
7 - конструкция жесткого крепления оси ротора;
8 - маневровые вентильные двигатели постоянного тока;
9 - блок полезной нагрузки обтекаемой формы;
10 - крепление блока полезной нагрузки;
11 - подшипник.
Торообразный корпус 1, заполняемый водородом, гелием или смесью этих газов, разделен внутри на отсеки, с жесткой внешней оболочкой. Внутри отсеков смонтированы баллонеты и клапаны впуска выпуска газов и воздуха (не показаны).
На верхней поверхности корпуса 1, перпендикулярно оси тора установлена панель солнечной батареи 2, фотопреобразователи которой соединены с аккумулятором через электронное устройство управления распределением электрической энергии (не показаны).
К тору корпуса 1 со стороны его внутреннего радиуса жестко крепится статор 3 вентильного основного тягового электродвигателя. Ротор 4 электродвигателя с винтом 5 фиксируется жесткими креплениями 7. Лопасти винта 5 закреплены на внутреннем ободе корпуса ротора 4 и на оси 6, с помощью подшипника 11.
Основной тяговый двигатель с винтом 5 (рабочим колесом) создает подъемную силу или силы, опускающие аппарат вниз и стабилизирует положение оси тороидального корпуса созданием гироскопического момента вращением рабочего колеса. Гироскопический момент зависит от диаметра ротора и скорости вращения. На периферии максимальное плечо, при этом достаточно небольшого усилия для поворота летательного аппарата в пространстве.
С целью компенсации вращательного момента, возникающего при вращении основного (тягового) винта 5 и передвижении аппарата в горизонтальной плоскости на периферийной поверхности корпуса размещены не менее трех маневровых вентильных двигателей 8 постоянного тока с компенсирующими винтами, оси которых установлены в вертикальной плоскости. Показано четыре, они размещены с шагом 90° по внешнему радиусу тороида корпуса 1.
Блок полезной нагрузки 9 выполняется обтекаемой формы с целью меньшего сопротивления воздуху при работе винта 5 и крепится жесткими соединительными элементами 10 к корпусу 1. В нем размещаются устройства управления аппарата, аккумуляторная батарея, собственно потребители полезной нагрузки (не показаны).
В процессе полета постоянные магниты ротора 4 вращаются в магнитном поле катушек статора 3, по которым проходит ток, коммутируемый ключами (вентилями), управляемыми микроконтроллером (не показан). Микроконтроллер переключает катушки таким образом, чтобы взаимодействие их поля с полем ротора создавало крутящий момент при любом его положении.
Управление аппаратом осуществляют изменением скорости и направлением вращения воздушных маневровых винтов. Эти же винты, вращаемые электродвигателями, участвуют в создании подъемной силы, изменении вектора тяги силовой установки и демпфируют возможные колебания летательного аппарата под действием ветра.
На старте подъемная сила обеспечивается аэростатической силой тора. До высоты около 15000 м набор высоты идет за счет разницы плотностей воздуха и гелия (водорода), затем в работу включается винт основного тягового двигателя, который поднимает аппарат вверх на высоту около 20000 м. На данной высоте максимально эффективно будут работать солнечные батареи - облачности, препятствующей проникновению солнечного излучения нет.
Электрическая энергия, вырабатываемая солнечными батареями, расходуется на питание потребителей полезной нагрузки, питание электродвигателя, приводящего во вращение винт 5, электродвигателей маневрирующих винтов 8 и подзарядку аккумулятора.
Использование преобразования энергии солнечной радиации в электрическую энергию позволяет аппарату не регламентировано находиться в полете.
Для спуска аппарата предусмотрены впускные и выпускные клапаны в аэростате и включение основного тягового электродвигателя в режим посадки посредством смены направления вращения электродвигателя.