ДВУХСРЕДНЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к беспилотным летательным аппаратам, которая может применяться для фото и видео разведки в режиме реального времени в автономном и управляемом полете, как в воздухе, так и под водой.
Известен модульный беспилотный летательный аппарат для подводных лодок (Патент RU №150809, МПК В64С 39/02, опубликован 27.02.2015), состоящий из корпуса, несущего винта с лопастями, силового и вспомогательного двигателя, причем корпус состоит из носовой, центральной и хвостовой частей. Двигатель находится в центральной части, а лопасти в носовой части. Вспомогательный двигатель размещен в носовой части, а центральная часть выполнена с возможностью медленного вращения и содержит сменные модули целевой нагрузки. Масса и габариты БЛА обеспечивают его применение из стандартных вертикальных ракетных шахт подводных лодок. Вспомогательный двигатель используется для всплытия и набора начальной высоты, затем включается силовой двигатель. Для питания и удержания БЛА используется трос-кабель, после выполнения задач БЛА возвращают на подводную лодку с помощью троса-кабеля.
Основным недостатком модульного летательного аппарата для подводных лодок является то, что силовой двигатель не обеспечивает достаточную маневренность, а набор высоты зависит от длины троса-кабеля. Возможна потеря БЛА при возникновении нештатной ситуации.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является многоцелевой беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (Патент RU №157424, МПК В64С 39/02, В64С 27/08 опубликован 10.12.2015 г.), содержащий несущий каркас и три системы «винт в кольце» жестко закрепленные в вершинах воображаемого равностороннего треугольника, снабженных электродвигателями с установленными в них двумя соосно несущими воздушными винтами противоположного вращения и электронной регулировкой числа оборотов, соединенных с аккумулятором.
Основным недостатком этого многоцелевого летательного аппарата является то, что данная конструкция не обеспечивает высокой маневренности и управляемости движения, а также отсутствие герметичного корпуса не позволяет проведение мониторинга в водной среде.
Задачей предполагаемой полезной модели, является, обеспечение высокой управляемости и маневренности, а также возможность проведения разведки воздушного и водного пространства в режиме реального времени; проведение поисково-спасательных работ; осмотр потенциально опасных объектов, без риска для жизни человека; осмотр и обследование подводных объектов.
Технический результат полезной модели достигается тем, что двухсредный БЛА содержащий: несущий каркас и три системы «винт в кольце» жестко закрепленные в вершинах воображаемого равностороннего треугольника, снабженных электродвигателями с установленными в них двумя соосно несущими воздушными винтами противоположного вращения и электронной регулировкой числа оборотов, соединенных с аккумулятором, отличающийся тем, что несущие системы «винт в кольце» выполнены поворотными, корпус выполнен герметичным водонепроницаемым с двумя укороченными крыльями с поплавками и килем, на корпусе установлен прожектор, а сам двухсредный БЛА оборудован системой погружения и всплытия, размещаемой в корпусе.
Эти признаки в сравнении с известными обеспечивают высокую маневренность, управляемость и возможность выполнения двухсредных задач по мониторингу обстановки, как в подводной, так и в воздушной среде.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, где показано положение элементов БЛА при вертикальном взлете, при движении в воздушной среде и при движении в водной среде:
- фиг. 1 - общая схема компоновки двухсредного БЛА;
- фиг. 2 - общий вид двухсредного БЛА при движении в воздушной среде (вертикальный взлет и посадка);
- фиг. 3 - общий вид двухсредного БЛА при движении в воздушной среде;
- фиг. 4 - положение элементов двухсредного БЛА при вертикальном движении в воздушной и водной среде;
- фиг. 5 - положение элементов двухсредного БЛА при горизонтальном движении в воздушной среде;
- фиг. 6 - положение элементов двухсредного БЛА при движении в водной среде;
- фиг. 7 - примеры дистанционного управления двухсредным БЛА.
Двухсредный беспилотный летательный аппарат состоит из несущего каркаса 1 крестообразной формы, с закрепленными на нем тремя поворотными системами «винт в кольце» 2 и 3, в которых установлено по два электродвигателя 4 имеющих несущие винты 5 противоположного вращения с электронной регулировкой частоты оборотов.
Поворот несущих систем «винт в кольце» осуществляется электродвигателями 6 при смене режима полета двухсредного БЛА. На каркасе 1 устанавливается система управления 7 состоящая из маршрутного вычислительного устройства, связанного с ГЛОНАСС, акселерометра, гироскопа, цифрового процессора, сенсоров для передачи фото и видео данных, радиопередатчик, радиоприемник команд управления, а также передатчик служебной (телеметрической) информации, прожектор 8, насос 9, компрессор 10. Каркас 1 размещен в двойном водонепроницаемом корпусе 11, выполненным из прочного углепластика, оснащенный килем 12 в котором расположен главный балласт 13, баллон со сжатым воздухом 14, клапан 15 и двумя укороченными крыльями 16 самолетной формы с поплавками 17 в состав которых входит гидропневмоаккумулятор 18, состоящий из бака заполненного маслом 19, цилиндра 20 разделенного мембраной 21 и клапана 22. Корпус 11 выполнен с плавными гидродинамическими и аэродинамическими обтекаемыми обводами для наилучшего передвижения с наименьшим сопротивлением в двух средах, способный выдержать удары от падения и давление воды на глубине. В хвостовой поворотной части корпуса 11 установлена система «винт в кольце» 3, которая служит для обеспечения дополнительной подъемной силы при вертикальном подъеме в водной или воздушной среде и для поворотов при движении в водной среде. В поворотной части крыльев находятся две системы «винт в кольце» 2 для создания подъемной силы при вертикальном подъеме и аэродинамической тяги при горизонтальном движении в водной или воздушной среде. В носовой части корпуса находится прожектор 8.
Киль 12, расположенный в донной части корпуса И, помогает плавному скольжению по воде, он же является главным балластом и служит для изменения деферента двухсредного БЛА. Объем киля 12 заполняется водой для погружения и продувается сжатым воздухом при всплытии двухсредного БЛА, через специальные клапаны 15.
Поплавок 17 устроен в виде гидропневмоаккумулятора 18 и представляет собой цилиндр 20 разделенный мембраной 21 пополам. При закачивании масла 19 (сравнимое по плотности с водой) через клапан 22, оно давит на мембрану 21, воздух сжимается становится тяжелее и двухсредный БЛА погружается.
Питание производится от литий-полимерной аккумуляторной батареи емкостью 8 Ач, что позволяет достигать высоты подъема двухсредного БЛА несколько сот метров, менять местоположение двухсредного БЛА в воздушной среде, вести фото и видео передачу данных, производить погружение и всплытие для осмотра подводных объектов.
В случае создания не штатной ситуации двухсредный БЛА способен залечь в дрейф до получения управляющей команды, после выполнения задачи двухсредный БЛА возвращают в точку старта.
Двухсредный беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки функционирует следующим образом.
При подаче команды на запуск двухсредного БЛА от аккумулятора подается питание на электродвигатели 4 трех систем «винт в кольце» 2 и 3, при этом все три системы «винт в кольце» находятся в горизонтальном положении, образующийся от вращения винтов воздушный поток создает подъемную аэродинамическую силу. Подъем и опускание двухсредного БЛА в вертикальной плоскости осуществляется синхронным изменением скорости вращения электродвигателей 4, горизонтальное перемещение осуществляется за счет разницы реактивных моментов несущих винтов 5, которые раскручиваются в разных направлениях, каждый из несущих винтов 5 приводится в движение бесколлекторным электродвигателем 4 постоянного тока.
При взлете с земной или водной поверхности, аппарат опирается на киль 12 и поплавки 17, системы «винт в кольце» 2, 3 находятся в горизонтальном положении, центр тяжести аппарата находится на вертикальной оси OY. При вращении воздушных винтов 5 систем «винт в кольце» 2, 3 создается подъемная сила, при достижении подъемной силы равной массе аппарата, он взлетает.Регулировка аппарата по тангажу и рысканию относительно оси OZ по сигналу от датчиков происходит путем изменения частоты вращения несущих винтов 5 изменением вращения соответствующих электродвигателей 4 расположенных в системах «винт в кольце» 2, 3.
При переходе от вертикального перемещения к горизонтальному, поворотные системы «винт и кольце» 2, установленные в крыльях поворачиваются на 90° с помощью электродвигателей 6, кольцевой канал окружающий винт максимально увеличивает аэродинамическую эффективность и обеспечивает эксплуатационную безопасность.
Для управления при горизонтальном полете в воздушной среде по тангажу и рысканию, поворотная система «винт в кольце» 3, находящаяся в хвосте остается в горизонтальном положении.
Для управления в водной среде поворотная система «винт в кольце» 3 поворачивается на 90°.
При необходимости погружения система управления выдает команду на погружение, при этом открывается клапан на днище киля 12 и его объем заполняется необходимым количеством воды в зависимости от глубины погружения. Погрузившись на заданную глубину поворотные системы «винт в кольце» 2 и «винт в кольце» 3 поворачиваются на 90° и двухсредный БЛА двигается по заданной траектории с заданной скоростью либо согласно получаемых команд от системы управления по каналам радиосвязи в режиме реального времени. Во время движения двухсредный БЛА находится в режиме передачи видеоданных с помощью радиопередатчика. При необходимости всплытия система управления выдает команду на всплытие, при этом с помощью компрессора 10 через клапан 15 продувается объем киля 12 и двухсредный БЛА всплывает.
При необходимости долгого и скрытного нахождения на маршруте под водой возможно применение системы установленной в поплавках 17 работающую по принципу «глайдеров». Этот режим наиболее экономичен, так как электроэнергия расходуется только на переключение клапанов 15, 22 и работы насоса 9, большую часть времени двухсредный БЛА скользит или глиссирует благодаря изменению своей плавучести. Плавучесть меняется путем перекачивания масла 19 из внутренней камеры во внешнюю и наоборот, чтобы погрузиться, масло перекачивается из внешнего объема во внутренний и наоборот.Подъем, опускание, горизонтальное перемещение обеспечивают крылья двухсредного БЛА, повороты система «винт в кольце» 3 повернутый вертикально. В режиме «глайдера» двухсредный БЛА можно использовать как носитель различных средств поражения, так как в этом режиме он двигается практически бесшумно и тратит минимальное количество энергии. Навигация осуществляется через систему управления по каналам радиосвязи с использованием системы ГЛОНАСС при помощи пульта управления, как радиоуправляемая модель.
Развитие и достижения в микротехнологиях позволяют технологически реализовать настоящий двухсредный БЛА.
Важным достоинством двухсредного БЛА является отсутствие необходимости в сопровождении. Размеры двухсредного БЛА соизмеримы с размерами рыбы, птицы и средства гидролокации на него не реагируют. Двухсредный БЛА способен самостоятельно регулировать свою плавучесть, определять местоположение и в автономном режиме по заданной программе выполнять задачу и передавать данные в режиме реального времени.