БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области малоразмерной авиационной техники, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) предназначенным для проведения экологического и радиомониторинга окружающей среды.
Известен беспилотный летательный аппарат комплекса Bat 3 (Сообщение в Интернете 2005, http://www.engadgect.com/tntry1234000130035673/MLB Bat UAV: Specification, 2003, http:www.spyplanes.com\bat3specs.html), выполненный по аэродинамической самолетной схеме моноплана, включающего фюзеляж, крыло и хвостовое оперение, при этом крыло снабжено элеронами, фюзеляж имеет в хвостовой части два пилона к которым посредством двух балок крепится хвостовое оперение. Хвостовое оперение выполнено X-образным и состоит из двух симметрично расположенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата килей, закрепленных каждый на своей балке и соединенных в верхней части друг с другом, каждый из которых снабжен поворотным рулем, силовая установка размещена в хвостовой части фюзеляжа и состоит из двигателя внутреннего сгорания с толкающим воздушным винтом и топливной системой с баком, а бортовое радиоэлектронное оборудование включает в себя функционально связанные между собой телевизионную аппаратуру наблюдения в виде гиростабилизированной оптоэлектронной турели, которая размещена в носовой части фюзеляжа, приемо-передающего блока и бортовой ЭВМ, которые расположены внутри фюзеляжа и приемопередающей антенной, закрепленной сверху носовой части фюзеляжа. Внизу фюзеляжа установлено колесное шасси для осуществления взлета и послеполетной посадки на взлетно-посадочную полосу.
Однако представленный БПЛА имеет ряд ограничений в эксплуатации при проведении экологического и радиомониторинг:
- малая скорость полета (40…80 км/ч), что предполагает возникновение аварийной ситуации при резком изменении погодных условий;
- для осуществления посадки необходимо наличие взлетно-посадочной полосы;
- невозможность применения в ночное время суток.
Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому устройству является беспилотный летательный аппарат (Silver Fox (Last Updated:26 August 2005), Directory of US Military Rockets and Missiles Appendix 4: U-ndesignated Vehiclesx) предназначенный для проведения экологического мониторинга, который представляет собой летательный аппарат выполненный по аэродинамической схеме однофюзеляжного моноплана. Фюзеляж БПЛА состоит из двух разъемных модулей - переднего и хвостового. Передний и хвостовой отсеки крепятся друг относительно друга с помощью соединительной втулки и винтов. Хвостовое оперение состоит из съемного стабилизатора с рулем высоты и киля с рулем поворота.
Высоко расположенное крыло выполнено в виду двух полукрыльев, которые соединены с помощью внутреннего лонжерона, а само крыло крепится к фюзеляжу посредством четырех металлических болтов. На задней
Кромке полукрыльев размещены элероны. БПЛА выполнен с передним расположением силовой установки с тянущим воздушным винтом. В переднем модуле фюзеляжа за двигателем внутреннего сгорания размещена аккумуляторная батарея, за ней стационарный топливный бак, электронно-оптическая камера, инфракрасная микрокамера, устройство передачи видеоинформации с передающей антенной. В хвостовом модуле размещены блок бортового радиоэлектронного оборудования с модулятором-демодулятором и приемо-передающей антенной, которая закреплена сверху фюзеляжа перед килем.
Однако он имеет ряд ограничений в эксплуатации при проведении экологического и радиомониторинга:
- максимальная скорость полета не превышает 110 км/ч, что предполагает возникновение аварийной ситуации при резком изменении погодных условий (усиление ветра);
- невозможность применения БПЛА в ночное время;
- в случае остановки двигателя внутреннего сгорания неизбежно возникает аварийная ситуация (вынужденная посадка и невыполнение полетного задания).
Задачей полезной модели является создание беспилотного летательного аппарата, который за счет своей конструкции обеспечит безаварийную работу во время его эксплуатации.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение безаварийного проведения экологического и радиомониторинга.
Технический результат достигается тем, что беспилотный летательный аппарат выполненный по аэродинамической схеме однофюзеляжного моноплана и содержащий фюзеляж, имеющий возможность расстыковываться на переднюю и хвостовую части, с хвостовым оперением, состоящим из съемного стабилизатора с рулем высоты и килем с рулем поворота, съемное высоко расположенное крыло, силовую установку с двигателем внутреннего сгорания с тянущим воздушным винтом и стандартным топливным баком, бортовое радиоэлектронное оборудование, которое включает в себя систему автоматического управления, блок командно-телеметрической радиолинии с приемо-передающей антенной и трубку приемника воздушного давления, полезную нагрузку состоящую из оптоэлектронной системы наблюдения и набора сменных блоков, рулевые машинки и аккумулятор, дополнительно содержит надувной буфер и парашют, уложенные один над другим в парашютном отсеке, образованном панелью, закрепленной под топливным баком, полушпангоутом, который установлен внутри фюзеляжа под передней крышкой центроплана, крышкой парашютного отсека и задним шпангоутом, размещенным по задней кромке центроплана, рулевую машинку, которая закреплена в нижней части полушпангоута, воздушную систему наполнения надувного буфера, которая включает в себя воздухоотборник, забранный металлической сеткой, и расположенный на правом борту фюзеляжа, электровентилятор, размещенный в канале сформированном внутри фюзеляжа от воздухоотборника до панели парашютного отсека и соединенный с надувным буфером застежкой типа «липучка», механизм выдвижения-возврата оптоэлектронной системы наблюдения, установленный за задним шпангоутом внизу фюзеляжа, рулевую машинку механизма выдвижения-возврата оптоэлектронной системы наблюдения, закрепленную на самом механизме, три посадочных огня, два из которых установлены перед полушпангоутом снаружи фюзеляжа, а третий - снизу посередине фюзеляжа и зуммер, закрепленный с правой стороны фюзеляжа рядом с боковым посадочным огнем, а высокорасположенное крыло состоит из съемного центроплана с обоймой и двух крыльевых консолей, гребенки которых зафиксированы в обойме двумя металлическими штырьками, причем надувной буфер снабжен как минимум двумя воздушными клапанами, которые расположены симметрично по его боковым поверхностям.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении полезной модели, в виде возможности безаварийного проведения экологического и радиомониторинга.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественным всем признакам заявляемого беспилотного летательного аппарата для обеспечения возможности безаварийного проведения экологического и радиомониторинга отсутствуют, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна»
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен вид БПЛА сбоку;
на фиг.2 - вид БПЛА сверху;
на фиг.3 - воздушная система наполнения надувного буфера;
на фиг.4 - крепление крыльевых консолей к центроплану;
на фиг.5 - вид аппарата спереди после посадки;
на фиг.6 - оптоэлектронная система наблюдения в рабочем состоянии (выдвинута) и введены следующие обозначения:
1 - фюзеляж;
2 - передняя часть фюзеляжа;
3 - хвостовая часть фюзеляжа;
4 - съемный стабилизатор с рулем высоты;
5 - киль с рулем поворота;
6 - съемный центроплан;
7 - обойма;
8 - металлический винт;
9 - крыльевая консоль;
10 - гребенка;
11 - металлический штырек;
12 - стационарный топливный бак;
13 - полушпангоут;
14 - парашют;
15 - надувной буфер;
16 - панель;
17 - крышка парашютного отсека;
18 - задний шпангоут;
19 - рулевая машинка открывания крышки парашютного отсека;
20 - воздухоотборник;
21 - металлическая сетка;
22 - электровентилятор;
23 - канал воздушной системы наполнения надувного буфера;
24 - застежка типа «липучка»;
25 - посадочные огни;
26 - зуммер;
27 - система автоматического управления;
28 - блок командно-телеметрической радиолинии;
29 - приемо-передающая антенна;
30 - трубка приемника воздушного давления; 31 - механизм выдвижения-возврата;
32 - оптоэлектронная система наблюдения;
33 - рулевая машинка механизма выдвижения-возврата системы наблюдения;
34 - передающая антенна;
35 - сменные блоки полезной нагрузки;
36 - клапан воздушный надувного буфера.
Беспилотный летательный аппарат содержит фюзеляж 1, состоящий из передней 2 и хвостовой 3 частей фюзеляжа соединенных между собой. Хвостовая часть 3 состоит из съемного стабилизатора с рулем высоты 4 и киля с рулем поворота 5. Съемный центроплан 6 с обоймой 7 закреплен на фюзеляже четырьмя металлическими винтами 8. Крыльевые консоли 9 с гребенками 10 закреплены на центроплане двумя металлическими штырьками 11. Стационарный топливный бак 12 размещен внутри фюзеляжа 1 под съемным центропланом 6 за полушпангоутом 13. Парашют 14 и надувной буфер 15 уложены один над другим в парашютном отсеке образованным панелью 16 закрепленной под днищем стационарного топливного бака 12, полушпангоутом 13, крышкой парашютного отсека 17 и задним шпангоутом 18 размещенным по задней кромке съемного центроплана 6, рулевая машинка открывания крышки парашютного отсека 19 размещена в нижней части полушпангоута 13. Воздухоотборник 20 воздушной системы наполнение надувного буфера 15 забран металлической сеткой 21 и расположен на правом борту передней части фюзеляжа 2, электровентилятор 22 размещен в канале воздушной системы наполнения надувного буфера 23, который сформирован внутри фюзеляжа 3 между воздухоотборником 20 и панелью 16 и соединен с надувным буфером 15 застежкой 24 типа «липучка». Посадочные огни 25, два из которых установлены перед полушпангоутом 13 снаружи фюзеляжа 1, а третий -снизу посередине фюзеляжа 1. Зуммер 26 закреплен с правой стороны фюзеляжа 1 рядом с боковым посадочным огнем 25. Система автоматического управления 27 и блок командно-телеметрической радиолинии 28 размещены за задним шпангоутом 18 вверху фюзеляжа 1, приемо-передающая антенна 29 закреплена в верхней части киля с рулем поворота 5 хвостовой части фюзеляжа 3, трубка приемника воздушного давления 30 размещена на правой крыльевой консоли 9. Механизм выдвижения-возврата 31 оптоэлектронной системы наблюдения 32 установлен за задним шпангоутом 18 внизу фюзеляжа 1 и приводится в действие рулевой машинкой механизма выдвижения-возврата системы наблюдения 33 установленной на самом механизме выдвижения-возврата 31, Передающая антенна 34 оптоэлектронной системы наблюдения 32 закреплена снаружи и внизу правой стороны передней части фюзеляжа 2. Сменные блоки полезной нагрузки 35 размещены во внутренних полостях центроплана и крыльевых консолей 9. Как минимум два воздушных клапана 36 размещены на надувном буфере 15 симметрично по его боковым поверхностям.
БПЛА работает следующим образом. К месту старта летательный аппарат доставляется в транспортном контейнере в разобранном виде.
После извлечения БПЛА из транспортного контейнера осуществляется его сборка в следующей последовательности.
- передняя часть 2 и хвостовая часть 3 фюзеляжа 1 соединяются друг с другом;
- к фюзеляжу 1 крепится стабилизатор 4, после этого фюзеляж 1 закрепляется на предварительно собранном пусковом устройстве - катапульте (на чертеже не показано);
- к установленному на пусковом устройстве фюзеляжу 1 металлическими винтами 8 крепится съемный центроплан;
- к съемному центроплану 6 пристыковываются крыльевые консоли 9, которые своими гребенками 10 вставляются в обойму 7 съемного центроплана 6 и фиксируются там металлическими штырьками 11, одновременно проводится стыковка гибкого воздуховода трубки приемника воздушного давления 30 и стыковка всех разъемов бортовой электрической цепи;
- передающая антенна 34 пристыковывается снаружи фюзеляжа 1 снизу по его правому борту.
После сборки выполняются следующие операции по подготовке к старту:
- проводится заправка стационарного топливного бака 12;
- включается бортовое радиоэлектронное оборудование;
- проводится загрузка программы полета в системе автоматического управления (САУ) 27 через приемо-передающую антенну 29 и блок командно-телеметрической радиолинии (КТР) 28;
- САУ 27, используя свой канал Глонасс-GPS определяет местоположение БПЛА и автоматически обнуляет датчик барометрического давления;
- пилот-оператор используя радиоканал и САУ 27 осуществляет контроль положения блистера оптоэлектронной системы наблюдения 32. При этом, обязателен режим «парковка» (блистер системы должен находиться в верхнем положении), а сама оптоэлектронная система наблюдения 32 должна быть вдвинута внутрь фюзеляжа 1;
- САУ 27 автоматически проверяет исправность бортовых систем и в случае готовности к полету выдает сигнал о возможности старта БПЛА на пункт управления (ПУ);
- с ПУ на САУ 27 по радиоканалу подается сигнал и напряжение от аккумулятора поступает на свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания и происходит его запуск ручным стартером;
- проверяется устойчивость работы ДВС на разных оборотах - по радиоканалу;
- САУ 27 сигнализирует на ПУ о готовности БПЛА к старту.
После принятия решения о старте, пилот-оператор включает спусковой механизм катапульты и БПЛА осуществляет взлет, используя ускорение создаваемое катапультой.
Далее БПЛА САУ 27 автоматически выводится на маршрут и пилот-оператор используя радиоканал подает команду на рулевую машинку механизма выдвижения-возврата системы наблюдения 3, которая с помощью механизма выдвижения-возврата 31 производит выдвижение оптоэлектронной системы наблюдения 32 из внутренней полости передней части 2 фюзеляжа 1. После выдвижения оптоэлектронной системы наблюдения 32 пилотом-оператором подается команда о переводе из положения «парковка» в рабочее положение (блистером вниз).
Затем полет БПЛА выполняется в автоматическом режиме согласно заложенной в САУ 27 программе, причем данные о воздушной скорости поступают с трубки приемника воздушного давления 30.
Во время полета БПЛА постоянно функционирует цифровой канал передачи видеонаблюдения поступающего с оптоэлектронной системы наблюдения 32 через передающую антенну 34 на ПУ.
Важной характеристикой БПЛА является количество циклов взлет-посадка. Чем больше циклов - тем выше отдача БПЛА С точки зрения безаварийности эксплуатации самым опасным этапом полета является посадка.
При выполнении штатной или аварийной посадки БПЛА работает следующим образом:
- при подлете к месту посадки БПЛА или в случае возникновения аварийной ситуации пилот-оператор по радиоканалу выдает команду на САУ 27, а в свою очередь на рулевую машинку механизма выдвижения-возврата системы наблюдения 33, которая посредством механизма выдвижения-возврата 31 возвращает оптоэлектронную систему наблюдения 32 в исходное положение (во внутрь передней части 2 фюзеляжа 1). Одновременно с этим переводится блистер оптоэлектронной системы наблюдения 2 из рабочего положения в положение «парковка» (блистер в верхнем положении), выключается двигатель внутреннего сгорания и выдается команда на рулевую машинку (на чертежах не показана) управляющую рулем высоты съемного стабилизатора 4 заставляя ЛА выполнить «горку» с целью погасить скорость БПЛА;
- с небольшой задержкой по времени по сигналу с САУ 27 срабатывает рулевая машинка 19 открывающая крышку парашютного отсека 17 и освобождает парашют 14 и надувной буфер 15. Парашют 14 вытягивается, наполняется воздухом и Л А повисает на парашютных стропах;
- одновременно с этим САУ 27 выдает команду на включение электровентилятора 22, при этом и воздух через металлическую сетку 21, воздухоотборник 20 и канал воздушной системы наполнения надувного буфера 23 поступает в надувной буфер 15 и наполняет его. Надутый буфер 15 ориентируется точно по продольной оси ЛА и снизу охватывает фюзеляж 1 и заставляет направленную вниз передающую антенну 34 «сложиться» вперед по направлению полета, защищая тем самым фюзеляж 1 и антенну 34 от удара;
- первым земли касается надувной буфер 15, два воздушных клапана 36 которого обеспечивают эффект «прилипания» и способствуют мягкой посадке всего БПЛА.
Однако все это происходит, когда идеальные метеоусловия в районе посадки (ветер отсутствует или слабый ветер до 2…3 м/с). Когда же ветер 5 м/с и более, то прежде чем парашют 14 «погаснет», БПЛА вынужден волочиться за ним по поверхности земли, при этом начиная сильно кувыркаться. При возможном ударе БПЛА крыльевыми консолями 9 о земную поверхность или с другими препятствиями, происходит срезание металлических штырьков 11 фиксирующих гребенки 10 крыльевых консолей 9 в обойме 7. При этом, консоли 9 отстыковываются от съемного центроплана 6, предотвращая их возможную поломку.
БПЛА выполняет полеты и в темное время суток. Для визуализации пространственного положения ЛА в процессе посадки и удобства поиска САУ 27 включает посадочные огни 25 - два передних и задний. Так как возможна посадки БПЛА в высокую траву, кустарник или глубокий рыхлый снег посадочные огни можно не разглядеть. Для облегчения поиска БПЛА обслуживающим персоналом одновременно с посадочными огнями 25 включается зуммер 26.
После завершения полета и совершения посадки БПЛА, в случае необходимости повтора полета производится укладка парашюта 14, надувного буфера 15. ЛА устанавливается на катапульту, где происходит подзарядка аккумулятора и дозаправка топлива в стационарный топливный бак 12 (если топлива в баке не достаточно для выполнения повторного полета).
Если продолжения работ с БПЛА не предвидеться, то ЛА разбирается и укладывается в транспортный контейнер.
Предложенный БПЛА позволяет за счет своей конструкции получить возможность осуществлять безаварийную эксплуатацию при проведении экологического и радиомониторинга:
- применение механизма выдвижения-возврата 31 оптоэлектронной системы наблюдения 32 при совершении аварийной или штатной посадки БПЛА исключает ее поломку;
- возможность посадки на парашюте 14 с использованием воздушной системы наполнения надувного буфера 15, который имея два воздушных клапана 36, смягчает первый контакт с земной поверхностью (эффект прилипания);
- крепление крыльевых консолей 9 к обойме съемного центроплана 6 двумя металлическими штырьками обеспечивает их отстыковку при любых возможных эволюциях БПЛА (сильный ветер, особенно зимой при наличии наста);
- наличие посадочных огней 25 и зуммера 26 дает возможность оперативно определить местонахождение БПЛА после посадки, особенно ночью (высокая трава, глубокий рыхлый снег, густой кустарник и т.д.).
Таким образом приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявляемого 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 и радиомониторинга;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;
- средство, выполняющее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентно-способности «промышленная применимость».
Промышленная применимость полезной модели обосновывается тем, что она может быть использована в различных условиях эксплуатации БПЛА.
Авторы
1. Андреев Владимир Леонидович, с.н.с., ГУАП, Санкт-Петербург, 198260, ул. Стойкости д.13, к.2, кв.203;
2. Драненков Антон Николаевич, техник, ООО "Специальный технологический центр", Санкт-Петербург, 197311, пр. Королева, д.44, к.3, кв.105;
3. Иванов Роман Вячеславович, директор УНИЦ ТБА, ГУАП, Санкт-Петербург, 191186, ул. Большая Конюшенная д.13, кв.37;
4. Карпов Константин Дмитриевич, техник, ООО "Специальный технологический центр", Санкт-Петербург, 196105, ул. Решетникова, д.9, кв.208;
5. Козлов Евгений Борисович, зав. лабораторией, ГУАП, Санкт-Петербург, 192238, ул. Пражская д.23, кв.58;
6. Морщакин Дмитрий Вячеславович, лаборант, ГУАП, Санкт-Петербург, 193231, ул. Латышских стрелков д.11, к.1, кв.354;
7. Потупчик Сергей Георгиевич, зав. лабораторией, ГУАП, Санкт-Петербург, 193167, Невский пр. д.173, кв.39.