Система гиростабилизации кабины пилотируемого летательного аппарата (ЛА)
CABIN PILOTED AIRCRAFT (AC) GYROSTABILIZATION SYSTEM

Изобретение относится к области авиации, а именно к пилотируемым летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки, например, мультикоптерам.
Из уровня техники известен гиростабилизатор для управления космическими ЛА (см. авторское свидетельство СССР №1840380 на изобретение, опубл. 10.10.2006).
Гиростабилизатор содержит датчики угла, датчики момента, и два двигателя-маховика, установленные в карданном подвесе с внутренней и внешней рамками. При этом двигатели-маховики расположены по разные стороны от осей внутренней и внешней рамок карданного подвеса и установлены соосно в едином сферическом герметичном корпусе, расположенном на внутренней рамке карданного подвеса.
Из уровня техники известен гиростабилизатор для управления космическими ЛА (см. патент РФ №71424 на полезную модель, опубл. 10.03.2008).
Гиростабилизатор содержит гиродвигатель, установленный в двухкоординатном подвесе с опорами, приводы поворота по каждой оси, установленные на неподвижном основании, при этом двухкоординатный подвес с опорами выполнен в виде шарниров, имеющих две степени свободы, одной частью они прикреплены к гиродвигателю, а другой к выходным звеньям механизма линейного перемещения редуктора приводов поворота, причем приводы поворота через шарниры установлены на неподвижном основании.
Из уровня техники известен двухосный индикаторный гиростабилизатор (см. патент РФ №120491 на полезную модель, опубл. 20.09.2012).
Полезная модель относится к гироскопической технике, а более конкретно к двухосным индикаторным гиростабилизаторам на микромеханических гироскопах, работающим на пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах (ЛА) и предназначенных для одновременного выполнения функции стабилизации оптической аппаратуры и управления ее положением в пространстве, а также функции выработки информации об углах крена и тангажа ЛА.
В известных из уровня техники технических решениях - гиростабилизаторах отсутствует возможность размещения кабины летательного аппарата вместе с пилотом непосредственно в центре стабилизируемого узла устройства.
Из уровня техники известен летательный аппарат (см. патент РФ №121488 на полезную модель, опубл. 27.10.2012).
Полезная модель относится к авиации и может быть использована как летательный аппарат (ЛА), сочетающий в себе качества вертолета (вертикальные взлет и посадка, возможность зависания), так и самолета (подъемная сила возникает в результате обтекания крыльев воздухом).
Летательный аппарат состоит из корпуса в виде двух колец, соединенных по периметру стойками, внутри которого вращается радиально-осевое лопаточное колесо и/или два таких колеса, установленных соосно с возможностью вращения в противоположные стороны. При вращении этого колеса (двух колес) из атмосферы внутрь корпуса забирается воздух и с помощью направляющих лопаток, установленных на стойках корпуса по его периметру, создается радиальный поток воздуха. Этот поток воздуха обдувает кольцеобразное крыло, расположенное вне корпуса и создает подъемную силу. Крыло жестко соединено с корпусом ЛА и передает ему подъемную силу. Направляющие лопатки могут поворачиваться (каждая в отдельности и группами) вокруг своей оси (стоек корпуса) с помощью пневмо, гидро или электропривода. Подъемная сила возникает, во-первых, за счет вакуума на верхней выпуклой поверхности крыла (эффект Коанда), а во-вторых, за счет избыточного давления на нижней вогнутой поверхности крыла при отклонении горизонтального потока из корпуса вниз. Горизонтальный полет обеспечивается реактивной силой, возникающей при несимметричном относительно оси ЛА повороте направляющих лопаток.
Недостатком известного ЛА является отсутствие управляемой гиростабилизации кабины ЛА, в результате чего возникают перегрузки пилота и пассажиров за счет наличия моментов, возникающих на виражах.
В отличие от известных из уровня техники технических решений в заявленной системе объединены обзорная кабина пилота (сфера из оргстекла) и гиростабилизация данной кабины.
Техническими результатами заявленного изобретения являются:
- увеличение безопасности пилотирования в рамках города и иной насыщенной среды с большим количеством ЛА за счет широчайшего угла обзора;
- уменьшение перегрузок в полете для пилота и пассажиров за счет гиростабилизации - фиксированного удобного положения всей кабины по крену, тангажу и рысканию, что приводит к повышению уровня комфорта полета;
- возможность изменения (привязки и фиксации) положения кабины пилота вручную, что позволяет пилоту, не меняя положения относительно кресла, неотрывно наблюдать за посадочной полосой или иными внешними объектами вне зависимости от вектора движения и положения ЛА.
Технические результаты заявленного изобретения достигаются тем, что система гиростабилизации кабины пилотируемого летательного аппарата (ЛА) включает:
- карданов подвес с осями вращения, содержащими электро-сервоприводы;
- внутренний круговой лонжерон, закрепленный своей внешней стороной к осям вращения и к сферической прозрачной кабине пилота по всей окружности;
- сферическую прозрачную кабину пилота, закрепленную к корпусу ЛА по средствам N внешних осей вращения электро-сервоприводов, где N - целое число от 1 до 3, при этом закрепление корпуса ЛА к кабине пилота производится в крайних точках внешних осей вращения, к внешней стороне электро-сервоприводов;
- кресло, подножку для пилота и панель управления ЛА с бортовым летным компьютером и электронным гироскопом, закрепленные внутри сферической прозрачной кабины пилота на внутреннем круговом лонжероне с его внутренней стороны;
- при этом бортовой летный компьютер выполнен с возможностью:
- управления электродвигателями осей вращения карданова подвеса;
- преобразования принимаемых сигналов от электронного гироскопа и выдачи сигналов управления соответствующим электро-сервоприводам осей вращения для стабилизации сферической прозрачной кабины пилота в заданном положении (по крену, тангажу и/или рысканию).
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежом (см. фиг. 1), где показан пример реализации системы гиростабилизации кабины пилотируемого ЛА.
На фигуре 1 обозначено следующее:
1, 2 - оси вращения карданного подвеса, содержащие электро-сервоприводы;
3 - внутренний круговой лонжерон;
4 - внешняя сфера - любая конструкция корпуса ЛА, например, в виде прозрачной сферы, к которому крепится кабина пилота по средствам внешних осей вращения электро-сервоприводов;
5 - кресло пилота;
6 - панель управления ЛА с бортовым компьютером и электронным гироскопом;
7 - подножка для пилота;
8 - сферическая прозрачная кабина пилота из оргстекла.
Внутренний круговой лонжерон (3) (см. фиг. 1) фиксируют сферу прозрачной кабины (8) пилота. Сферическая прозрачная кабина (8) пилота выполнена из оргстекла (литьевой акрил, исходная толщина 4 мм, после формовки получается 2,7 мм). Кабина (4) закреплена внутри карданова подвеса - гиростабилизатора за счет жесткой фиксации на внутреннем круговом лонжероне (3) с его внешней стороны (части) посредством болтов. Внутри сферической прозрачной кабины (8) пилота на внутреннем круговом лонжероне (3) с его внутренней стороны (части) закреплены кресло (5), подножка (7) для пилота и панель управления (6) ЛА с бортовым летным компьютером и электронным гироскопом. Внутренний круговой лонжерон (3) кабины (8) пилота выполнен из алюминиевого сплава Д 16. Кресло (5) пилота выполнено из композитных материалов и ткани. Подножка (7) выполнена из алюминиевого сплава д16т.
Сферическая прозрачная кабина (8) пилота крепится к корпусу (4) ЛА, например, в виде прозрачной сферы, по средствам N внешних осей вращения электро-сервоприводов (1) и (2), где N - целое число, равное 1, 2 или 3, при этом закрепление корпуса (4) ЛА к кабине (8) пилота производится в крайних точках внешних осей вращения, к внешней стороне электро-сервоприводов (1) и (2).
Внешний круговой лонжерон, содержащий оси крепления к кабине (2) и к ЛА (1), несет вспомогательную функцию объединения осей вращения. При этом если осей гиростабилизации будет 3 (N), то внешних круговых лонжеронов будет 2 (N-1).
Внутренний круговой лонжерон (3) закреплен к осям вращения (1, 2) и к сферической прозрачной кабине (8) пилота по всей окружности, являясь несущей частью как для двух полусфер прозрачной кабины (8) пилота, так и для всех внутренних узлов кабины (8) пилота: панели управления, кресла и подножки для пилота.
Принцип стабилизации кабины (8) пилота на примере смещения летательного аппарата по тангажу на положительный угол 30 градусов (наклон Л А вперед) заключается в следующем.
Электронный гироскоп, расположенный внутри кабины (8) пилота в панели управления (6), фиксирует положительное смещение по крену и отправляет сигнал на бортовой летный компьютер, также расположенный в панели управления (6). По поступившему сигналу, бортовой летный компьютер мгновенно отправляет управляющий сигнал на электро-сервопривод (1), для вращения в противоположную сторону по тангажу (минус), после выполнения операции, алгоритм бортовой летный компьютер запрашивает отклонения у электронного гироскопа, и если их нет - ничего не делается, если есть - процесс повторяется до нейтрализации отклонений вплоть до 0,01 градуса. Аналогичные процессы, с разницей лишь в направлении вращения или в электро-сервоприводе (2) происходят для отрицательного тангажа и для крена соответственно.
Бортовой летный компьютер панели управления (6) выполнен с возможностью одновременной поддержки стабилизации кабины по крену, тангажу и рысканию, таким образом осуществляя гиростабилизацию в полной мере и при любом отклонении ЛА.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить: аналоги с совокупностью существенных признаков, тождественных и идентичных существенным признакам заявленной системе, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений с целью выявления существенных признаков, совпадающих с отличительными от аналогов существенными признаками заявленной системы, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники, а также не установлена известность влияния отличительных существенных признаков на указанные автором технические результаты. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».