МОБИЛЬНАЯ АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ)
MOBILE AIR SYSTEM (OPTIONS)

Группа изобретений относится к авиационной технике, в частности к многоцелевым промышленным или оборонным гибридным беспилотным и управляемым летательным аппаратам транспортного типа с возможностью вертикального взлета и посадки, выполненным на основе квадрокоптера (многороторного аппарата).
Известен многоцелевой беспилотный летательный аппарат, состоящий из свободнонесущего крыла, системы управления, двигательной установки, состоящей из четырех поворотных двигателей, расположенных вне его корпуса, и полезной нагрузки, системы горизонтирования, координатометрирования и аварийного ручного управления работой поворотных двигателей, состоящие из блоков управления и усилительно-преобразующих устройств, связанных с поворотными двигателями и равномерно занимающих весь объем свободнонесущего крыла, а органы системы аварийного ручного управления размещаются на его поверхности, при этом передние поворотные двигатели расположены ближе к геометрической оси аппарата, чем задние, на расстоянии не менее одного наружного диаметра двигателя (см. патент на полезную модель РФ №98393, кл. B64C 13/22, опубл. 2010 г.). Это техническое решение относится к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки комбинированного типа. Оно предназначено для размещения специального оборудования, в том числе для эвакуации пострадавших из района боевых или стихийных бедствий на поверхности несущего крыла. Однако эта конструкция имеет ряд недостатков: для грузового транспорта она является недостаточно скоростной и грузоподъемной, а для беспилотника - недостаточно маневренной.
Известно устройство типа дрон, включающее четыре ротора и аэродинамической формы фюзеляж, в котором два ротора расположены вдоль продольной оси фюзеляжа и два ротора расположены вдоль поперечной оси фюзеляжа (см. WO 2014108459, кл. A63H 27/00, B64C 27/20, B64C 39/02, опубл. 2014 г.). А также автоматизированная система обнаружения радиоактивных материалов (см. патент на полезную модель РФ №128868, кл. B64D 47/00, опубл. 2013 г.). Такие малогабаритные беспилотники в настоящее время широко разрабатываются во всем мире. В основном это маневренные малогабаритные следящие устройства.
Наиболее близким техническим решением к заявленной группе изобретений является малогабаритная мобильная авиационная система, содержащая беспилотные летательные аппараты с автономным электроприводом, передвижной контейнер и систему дистанционного управления, у которой беспилотные летательные аппараты выполнены в виде вертикально взлетающих платформ с жесткими винтовентиляторами и снабжены системой автоматической посадки, а передвижной контейнер базируется на автомобильном шасси, содержит группу указанных летательных аппаратов и снабжен устройствами обеспечения их энергией для полета и осуществления рабочего цикла взлета и посадки (см. патент на изобретение РФ №2015067, кл. B64C 29/02, опубл. 1994 г.). Такое оригинальное устройство характеризуется повышенной мобильностью и оперативностью, однако не позволяет решать вопросы промышленной и военной эксплуатации в условиях, когда нужно транспортировать достаточно крупное оборудование.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи расширения технических возможностей летательных аппаратов на базе квадрокоптеров, создания многоцелевых промышленных или оборонных гибридных беспилотных и управляемых летательных аппаратов транспортного типа с возможностью вертикального взлета и посадки.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в мобильной авиационной системе, включающей летательный аппарат, имеющий связанные с корпусом горизонтально расположенные лопастные роторы с автономным приводом их вращения, систему дистанционного управления, и средство транспортировки летательного аппарата, последний выполнен складным, а лопастные роторы установлены на поворотных телескопических рычагах, выполненных из композитных материалов, при этом средство транспортировки аппарата выполнено в виде тягача, оснащенного средствами сборки летательного аппарата. Приводы вращения лопастных роторов летательного аппарата выполнены в виде авиационных двигателей с генераторами. Корпус летательного аппарата выполнен в виде рамы и снабжен радаром, ракетницей противовоздушной обороны (ПВО) и скорострельной пушкой с системой наведения, приводами вертикального и горизонтального перемещения, а также приводом вращения стволов пушки, при этом летательный аппарат снабжен магазинами с боекомплектом, выполненными с цепными приводами перемещения и гибкими каналами для подачи снарядов к пушке, связанными с приводом подачи снарядов в ствол пушки, при этом пушка снабжена гильзоотбойником.
А также тем, что в мобильной авиационной системе, включающей, летательный аппарат, имеющий связанные с корпусом горизонтально расположенные лопастные роторы с автономным приводом их вращения, систему дистанционного управления, и средство транспортировки летательного аппарата, последний выполнен складным, а лопастные роторы установлены на съемных рычагах, выполненных из композитных материалов, при этом средство транспортировки аппарата выполнено в виде тягачей, оснащенных средствами сборки летательного аппарата. Приводы вращения лопастных роторов летательного аппарата выполнены в виде супермаховиков с головкой для лопастей, связанных с генератором, а летательный аппарат снабжен баллонами сжатого газа. Корпус летательного аппарата выполнен в виде рамы и снабжен радаром, поворотными системами активной защиты ПВО и скорострельной пушкой с системой наведения, приводами вертикального и горизонтального перемещения, а также приводом вращения стволов пушки, при этом летательный аппарат снабжен магазинами с боекомплектом, выполненными с цепными приводами перемещения и гибкими каналами для подачи снарядов к пушке, связанными с приводом подачи снарядов в ствол пушки, при этом пушка снабжена гильзоотбойником, причем летательный аппарат снабжен системой охлаждения пушки, включающей патрубки подачи теплообменной жидкости в пазухи ствола пушки для ее охлаждения и патрубки отвода теплообменной жидкости от пушки, при этом патрубок отвода теплообменной жидкости от пушки связан с трубопроводом передачи нагретой (горячей) теплообменной жидкости для обогрева баллонов сжатого газа, а патрубок подачи теплообменной жидкости в пазухи ствола пушки связан с трубопроводом отвода охлажденной теплообменной жидкости от баллонов сжатого газа обратно к пушке. Корпус летательного аппарата выполнен в виде рамы и снабжен ячейками, предназначенными для транспортировки и запуска ракет малого типа, при этом ячейки снабжены подвижными крышками. Корпус летательного аппарата выполнен в виде рамы и снабжен контейнерами с ракетами среднего типа, при этом рама снабжена опорными подшипниками, расположенными на раме сверху и снизу на раме предназначенными для крепления контейнеров. Корпус летательного аппарата выполнен в виде рамы и снабжен большими ракетами дальнего действия с механизмом их сбрасывания.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен автономный боевой квадрокоптер, оснащенный скорострельной пушкой; на фиг. 2 - то же, крупным планом; на фиг. 3 - цепной привод магазина скорострельной пушки; на фиг. 4 - то же, скорострельная пушка; на фиг. 5 - то же, вид сзади; на фиг. 6 - то же, крупным планом; на фиг. 7 - вариант привода лопастей квадрокоптера от авиационного двигателя; на фиг. 8 - тягач для перевозки боевого квадрокоптера среднего типа; на фиг. 9 - то же, со снятым кожухом; на фиг. 10 - боевой квадрокоптер среднего типа со скорострельной пушкой в транспортном состоянии; на фиг. 11 - то же, вид сзади; на фиг. 12 - боевой квадрокоптер среднего типа в рабочем состоянии; на фиг. 13 - то же, крупным планом; на фиг. 14 - то же, вид снизу; на фиг. 15 - то же, вид сзади; на фиг. 16 - то же, механизм подачи снарядов; на фиг. 17 - вариант выполнения привода лопастей от генератора; на фиг. 18 - крупный боевой квадрокоптер в момент начала сборки после транспортировки на место старта; на фиг. 19 - то же, с развернутыми лопастями; на фиг. 20 - то же, после старта; на фиг. 21 - тягач для транспортировки одного из четырех рычагов с лопастями; на фиг. 22 - тягач для транспортировки центральной рамы с боевыми установками; на фиг. 23 - вариант выполнения крупного квадрокоптера, оснащенного малыми ракетами; на фиг. 24 - вариант выполнения крупного квадрокоптера, оснащенного средними ракетами; на фиг. 25 - вариант выполнения крупного квадрокоптера, оснащенного большими ракетами.
Все многороторные летательные аппараты, заявленные в данном изобретении, выполнены на базе квадрокоптеров и предназначены для решения боевых задач. На фиг. 1-11 приведен вариант среднего боевого автономного складного квадрокоптера. На раме 1 летательного аппарата 2 закреплены телескопические рычаги 3 с лопастными роторами, включающими лопасти 4, механизмы 5 установки лопастей 4, радар 6, скорострельная пушка 7 и ракетницы 8 противовоздушной обороны (ПВО). Телескопические рычаги 3 могут быть выполнены из композитных материалов, например, из углепластиковых (карбоновых) труб, обладающих уникальными свойствами: при малой массе они имеют высокую прочность и твердость. Такое выполнение телескопических рычагов 3 обеспечивает при большом размахе суперпрочных лопастей 3 малый вес квадрокоптера. Для привода лопастей 4 использованы авиационные двигатели 9 с генераторами 10. Скорострельная пушка 7 имеет систему 11 наведения, два магазина 12 с боекомплектом 13 и оснащена приводом 14 вертикального перемещения и приводом 15 горизонтального перемещения, а также приводом 16 вращения стволов 17 пушки 7. Магазины 12 снабжены цепными приводами 18 перемещения, гибкими каналами 19 для подачи снарядов к пушке 7, связанными с приводом 20 подачи снарядов в ствол пушки 7, при этом пушка 7 снабжена гильзоотбойником 21. Лопасти 4, закрепленные в головке 22, связаны с генератором 10, который посредством редуктора 23 связан с двигателем 9. При этом генератор 10 имеет возможность вертикального перемещения относительно рычага 3 посредством привода 24. Летательный аппарат 2 оснащен системой дистанционного управления (не показано).
На фиг. 8-11 показано транспортное средство - тягач 26 для перевозки аппарата 2. В транспортном положении тягач 26 накрыт тентом 27. В транспортном положении телескопические рычаги 3 сдвинуты до упора по своей оси и попарно сложены между собой, лопасти 4 сняты с головок 22 и уложены сверху между упорами 28. Магазины 12 сдвинуты до конца в противоположных направлениях. Пушка 7 развернута на 90 градусов таким образом, чтобы не выходить за габариты рамы 1. Ракетницы 8 развернуты на 180 градусов вниз. Радар 6 опущен. В таком сложенном положении аппарат 2 очень компактен и готов к транспортировке. Квадрокоптер, изображенный на фиг. 1-11, вместе с транспортным средством - тягачом 26 для перевозки и сборки (не показано) летательного аппарата 2, изображенным на фиг. 8-11, представляет собой мобильную авиационную систему, предназначенную для выполнения оперативных боевых задач. Средства сборки может представлять собой небольшой манипулятор, установленный на тягаче 26.
Вариант большого боевого автономного сборного квадрокоптера приведен на фиг. 12-22. Этот летательный аппарат 30 включает закрепленные в кронштейнах 31 на раме 32 съемные прочные и легкие карбоновые рычаги 33. На свободных концах рычагов 33 с помощью кронштейнов 34 установлены силовые установки 35 (лопастные роторы с лопастями 36), включающие супермаховик 37 с головкой 38 для лопасти 36, связанный с генератором 39 посредством редуктора 40. На раме 32 и внутри карбоновых рычагов 33 установлены баллоны 41 со сжатым газом. Кроме того на раме 32 расположены поворотная скорострельная пушка 42 с поворотным радаром 43 и две поворотные системы 44 активной защиты ПВО. Пушка 42 имеет два магазина 45 и 46 с боеприпасами. Магазин 45 снабжен цепным приводом 47 горизонтального перемещения и упором 48. Пушка 42 снабжена приводом 49 вертикального перемещения, приводом 50 горизонтального перемещения и системой 51 наведения. Магазины 45 и 46 связаны с приводом 52 подачи снарядов в ствол пушки 42 гибкими каналами 53 для снарядов. Пушка 42 оснащена приводом 54 вращения стволов и гильзоотбойником 55. Летательный аппарат 30 снабжен очень экономичной системой охлаждения пушки 42, включающей патрубки 56 для подачи теплообменной жидкости в пазухи ствола пушки 42 для ее охлаждения и патрубки 57 для отвода теплообменной жидкости от пушки 42. Причем патрубок 57 связан с трубопроводом 58 передачи нагретой (горячей) теплообменной жидкости для обогрева баллонов 41 со сжатым газом, а патрубок 56 связан с трубопроводом 59 для отвода охлажденной теплообменной жидкости от баллонов 41 обратно к пушке 42 для охлаждения стволов. В качестве теплоносителя в системе охлаждения пушки 42 может быть использованы технические масла, сжиженный аммиак и другие. Летательный аппарат 30 оснащен системой дистанционного управления (не показано). Только квадрокоптер, подобный летательному аппарату 30, способен поднять в воздух тяжелую скорострельную боевую пушку 42 и не перевернуться от ее отдачи при выстрелах.
На фиг. 18-20 показан процесс сборки и приведения в рабочее положение летательного аппарата 30. В транспортном положении летательный аппарат 30 располагают на пяти автоплатформах 61 с тягачами 62. Четыре автоплатформы 61, предназначенные для транспортировки рычагов 33 с лопастями 36, оснащены манипуляторами 63 для установки лопастей 36 и кронштейнами 64 для хранения лопастей 36. Кронштейны 31 снабжены электроразъемами 65. На фиг. 21 крупным планом изображена автоплатформа 61, предназначенная для транспортировки рычагов 33 с лопастями 36, а на фиг. 22 показана автоплатформа 61, предназначенная для транспортировки рамы 32 со всем боевым оборудованием, находящимся в сложенном состоянии. Летательный аппарат 30, изображенный на фиг. 18-22, вместе с транспортными средствами, предназначенными для его перевозки и сборки, представляет собой мобильную авиационную систему, предназначенную для выполнения оперативных боевых задач.
На фиг. 23 изображен вариант рамы 68 большого автономного квадрокоптера, оснащенной ячейками 69, предназначенными для транспортировки и запуска ракет 70 малого типа. Ячейки 69 снабжены подвижными крышками 71. Система 72 наведения расположена в верхней зоне ячеек 69. Вариант, изображенный на фиг. 24, отличается от предыдущего наличием контейнеров 74 с ракетами 75 среднего типа. Опорные подшипники 76, расположенные сверху и снизу на раме 77, предназначены для крепления контейнеров 74. Рама 77, изображенная на фиг. 25, оснащена большими ракетами 79 дальнего действия с механизмом 80 их сбрасывания.
Эти мобильные авиационные системы с летающими аппаратами на базе квадрокоптеров имеют не только свои особенности, но и общие принципы структуризации и функционирования. Применение таких летательных аппаратов в боевых целях дает возможность использовать всю их специфику в полном объеме. Это возможность доставки на минимальное расстояние к объекту атаки с помощью транспортного средства, быстрой сборки и приведения в боевую готовность, вертикального взлета и посадки, полета на очень небольшой высоте, маневренность при большой грузоподъемности, устойчивость и надежность полета в боевых условиях. При поврежденном двигателе (двигателях) квадрокоптер может спланировать и приземлиться без аварии. Они используются следующим образом.
Изображенный на фиг. 1-11 средний боевой автономный квадрокоптер - летательный аппарат 2 с радаром 6, скорострельной пушкой 7 и ракетницами 8 противовоздушной обороны (ПВО) является серьезным военным средством и обеспечивает доставку вооружения на десятки километров. Авиационные двигатели 9 с генераторами 10 приводят во вращение лопасти 4. Угол атаки скорострельной пушки 7 с системой 11 наведения, двумя магазинами 12 с боекомплектом 13 осуществляют с помощью привода 14 вертикального перемещения и привода 15 горизонтального перемещения, а также привода 16 вращения стволов 17. Магазины 12 снабжены цепными приводами 18 перемещения и гибкими каналами 19, с помощью которых снаряды подают в ствол пушки 7. Аппарат 2 транспортируют к месту запуска с помощью тягача 26, изображенного на фиг. 8-11. Для перевода в транспортное положение рычаги 3 попарно сдвигают, лопасти 4 снимают с головок 22 и укладывают сверху между упорами 28. Магазины 12 сдвигают до конца в противоположных направлениях. Пушку 7 разворачивают на 90 градусов таким образом, чтобы она не выходила за габариты рамы 1. Ракетницы 8 разворачивают на 180 градусов вниз. Радар 6 опускают.
По прибытии к месту выполнения задания летательный аппарат 2 переводят в рабочее состояние в обратном порядке. Накрытый тентом 27 тягач 26 со сложенным аппаратом 2 не привлекает внимание противника. Его доставку в сложенном состоянии практически невозможно отследить наземными и воздушными средствами слежения. Поэтому аппарат 2 можно доставить достаточно близко к позициям противника, например, к аэродрому. Простота конструкции и малая механизация на тягаче 26 позволяют развернуть аппарат 2 в боевое положение в течение нескольких минут. Появление квадрокоптера на небольшой высоте всегда неожиданно и не дает возможности противнику подготовиться к отражению атаки. Особенно эффективной бывает атака, когда к аэродрому можно подобраться со стороны леса. Во время подъема летательного аппарата 2, как только за верхушками деревьев едва становится виден аэродром, скорострельная пушка 7 начинает стрелять, аппарат 2 зависает над объектом, а пушка 7 обеспечивает длительный мощный поражающий обстрел орудий наземного базирования противника. Ракетницы 8 противовоздушной обороны защищают беспилотник - аппарат 2 с воздуха. Простота конструкции и использование четырех лопастей 4 с авиационными двигателями 9 и генераторами 10 аппарата 2 обеспечивает ему при высокой маневренности большую грузоподъемность. Только такой квадрокоптер может поднять в воздух скорострельную пушку 7. Причем аппарат 2 не подвержен проблемам отдачи от пушки 7, поскольку его конструкция позволяет компенсировать инерцию отдачи пушки 7 с помощью четырех двигателей 9 и благодаря большой площади занимаемого в воздухе пространства. При подъеме пушки 7 даже на небольшую высоту в воздух значительно увеличивается ее поражающий эффект, равный занятию военных позиций на господствующей в местности высоте. Использование же поворотных телескопических рычагов 3 позволяет скрытно перемещать беспилотник в сложенном состоянии наземными дорогами на большие расстояния, перемещая его даже в тыл врага. После доставки аппарата 2 в заданное место и его развертывание в боевую позицию тягач 26 сразу покидает это место. В основном беспилотники в силу своей простоты имеют невысокую стоимость и могут использоваться как одноразовое боевое средство.
Однако это техническое решение рассчитано и на то, что его будут использовать многократно. Поскольку конструкция магазинов 12, снабженных цепными приводами 18 перемещения и гибкими каналами 19 для подачи снарядов к пушке 7, позволяет оперативно производить их смену и перезарядку, процесс подготовки боекомплекта квадрокоптера можно производить очень быстро, даже во время транспортировки аппарата 2, что позволяет оперативно переместить складной квадрокоптер на новые позиции, быстро развернуть в рабочее положение и сразу запустить его на решение боевых задач.
Большой боевой автономный квадрокоптер, обладающий большей разрушительной силой, приведенный на фиг. 12-22, эксплуатируют также, как и предыдущий аппарат 2. Его доставку с помощью пяти автоплатформ 61 в сложенном состоянии, также как и предыдущий вариант квадрокоптера, практически невозможно отследить наземными и воздушными средствами слежения. Это дополнительно усиливает фактор внезапности нападения на противника. У летательного аппарата 30 имеются установленные на свободных концах съемные рычаги 33 с силовыми установками 35 лопастей 36, включающие супермаховик 37, связанный с генератором 39 посредством редуктора 40, что обеспечивают более длительный период автономной работы квадрокоптера, чем у предыдущего варианта. То, что летательный аппарат 30 снабжен очень экономичной системой охлаждения скорострельной пушки 42, обеспечивает эффективный отвод тепла от ее ствола. Скорость выстрелов пушки 42 такова, без охлаждения она мгновенно перегревается, раскаляется докрасна и становится взрывоопасной. Однако при этом силовые установки 35 лопастей 36, включающие супермаховик 37 с генератором 39 и работающие на сжатом газе от баллонов 41, требуют постоянно подогрева сжатого газа перед подачей в силовую установку 35. Поэтому удачное соединение патрубков 56 для подачи теплообменной жидкости в пазухи ствола пушки 42 для ее охлаждения с трубопроводом 59 для отвода охлажденной теплообменной жидкости от баллонов 41 и патрубков 57 для отвода теплообменной жидкости от пушки 42 с трубопроводом 58 передачи нагретой (горячей) теплообменной жидкости для обогрева баллонов 41 со сжатым газом, дает возможность одновременного решения двух актуальных задач без использования дополнительных дорогостоящих систем нагрева и охлаждения.
Квадрокоптеры, изображенные на фиг. 23, фиг. 24 и фиг. 25, представляющие собой разновидности больших боевых беспилотников, используются для запуска боевых ракет. Они могут применяться как самостоятельно, так и в паре с предыдущим вариантом аппарата 30, что значительно повышает их огневую мощь.
Все варианты автономного летательного аппарата, выполненные на базе квадрокоптера, имеют достоинства, характерные для квадрокоптеров, заключающееся в высокой маневренности, устойчивости в воздухе при высокой поражающей способности. Использование карбоновых рычагов 3 и 33 позволяет снизить вес беспилотников при увеличении их прочности. Применение в системе охлаждения ствола пушки 42 теплообменной жидкости, подаваемой для нагрева баллонов 41 со сжатым газов, позволяет одновременно упростить решение двух актуальных задач без использования дополнительных дорогостоящих систем нагрева и охлаждения.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в расширении технических возможностей летательных аппаратов на базе квадрокоптеров, создании многоцелевых боевых гибридных беспилотных и управляемых летательных аппаратов с возможностью вертикального взлета и посадки.