БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ С СИЛОВОЙ БАЛКОЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области авиации, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки (БЛА ВВП) с силовой балкой из композиционного материала и может быть использована для мониторинга окружающей среды и аэрофотосъемки.
Известен «Беспилотный летательный аппарат» по патенту РФ 76888. опубл. 10.10.2008, МПК В64С 39/02, В64С 39/04, содержащий фюзеляж с двухбалочной хвостовой частью, винтомоторную установку толкающего типа, крыло, горизонтальное и вертикальное хвостовое оперение, рулевые машинки, и шасси, отличающийся тем, что силовая часть фюзеляжа выполнена в виде металлической фермы и содержит отсек с бортовым радиоэлектронным оборудованием (БРЭО) и отсек с основным топливным баком, к силовой части фюзеляжа прикреплены: в носовой части - ферма, содержащая отсек с целевой нагрузкой, в хвостовой части - моторная рама, на которой установлена винтомоторная установка, сверху в средней части - лонжероны крыльев, снизу спереди -переднее шасси, снизу в средней части - основное шасси, лонжероны выполнены трубчатыми с возможностью их использования в качестве дополнительного топливного бака, хвостовые балки выполнены в виде металлических труб и прикреплены к лонжеронам сверху, вертикальное оперение выполнено в виде двух наклонных килей с рулями направления и размещено на концах хвостовых балок, между которыми размещено горизонтальное оперение, выполненное «в виде стабилизатора с рулем высоты, обшивка фюзеляжа состоит из переднего обтекателя, основного обтекателя и капота двигателя и выполнена с возможностью доступа через съемные части к блокам целевой нагрузки, блокам БРЭО и двигателя, а в. верхней части основного обтекателя расположен люк, который закрывает отсек с парашютом, находящийся над топливным баком.
Недостатком данной конструкции является большая масса конструкции за счет использования металлических конструкций и узлов, выполнения всех элементов конструкции больших габаритов с малыми допускаемыми напряжениями, что ухудшает аэродинамические характеристики, а также снижает продолжительность и безопасность полета.
Наиболее близкой по технической сущности и взятой в качестве прототипа является «Малогабаритная беспилотная авиационная система самолетного типа для воздушного наблюдения и разведки» по патенту RU №2473455, МПК В64С 39/02 опубл. 27.01.2013 Б.И. №3., модульной конструкции, включающая носовую часть, с расположенной в ней полезной нагрузкой, содержащую носовой обтекатель с прорезанным в нем отверстием, с закрытым прозрачным материалом, крыло с элеронами, фюзеляж, содержащий центральный лонжерон, узлы крепления и замочные соединения носовой части, левой и правой частей крыла к фюзеляжу, силовую установку, расположенную в фюзеляже и снабженную двигателем с воздушным винтом, центральный лонжерон фюзеляжа беспилотного летательного аппарата выполнен в виде съемной композитной трубки, средняя часть которой плотно размещена внутри расположенного в фюзеляже цилиндрического держателя, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси фюзеляжа. Периферийные части трубки плотно входят в установленные в левой и правой частях крыла боковые цилиндрические держатели. На торцах трубки, входящих в боковые держатели, установлены дисковые вставки из композитного материала. Один край боковых держателей прикреплен к первым нервюрам левой и правой частей крыла, примыкающим к фюзеляжу, а второй край боковых цилиндрических держателей, проходящих через вторые нервюры левой и правой частей крыла, жестко прикреплен к первым относительно передней кромки крыла лонжеронам левой и правой частей крыла. Носовая часть выполнена с возможностью отсоединения от фюзеляжа и обратной пристыковки к нему. В верхней центральной части фюзеляжа размещен парашютный отсек для размещения несущей полезной нагрузки в виде парашютной системы, присоединенной с помощью звеньев крепления к фюзеляжу, а также включающая наземную станцию управления; бортовые и наземные средства радиосвязи, навигации и управления полетом, пусковое устройство.
Недостатком беспилотного летательного аппарата малогабаритной беспилотной авиационной системы самолетного типа модульной конструкции является конструктивная особенность, согласно которой носовая часть выполнена с возможностью отсоединения от фюзеляжа, что снижает прочностные характеристики конструкции, использованные в прототипе узлы крепления и замочные соединения увеличивают массу летательного аппарата, что при прочих равных условиях ухудшает аэродинамические характеристики, снижает продолжительность полета и безопасность. Также к конструктивным недостаткам относится центральный лонжерон фюзеляжа беспилотного летательного аппарата, который выполнен в виде съемной композитной трубки, на торцах которой установлены дисковые вставки из композитного материала. Съемная композитная трубка, ось которой проходит перпендикулярно оси фюзеляжа является недостаточно прочной, так как под действием изгибающего момента она может разрушиться, что снижает надежность и безопасность, а в целом функциональные возможности беспилотного летательного аппарата.
Решаемой задачей предлагаемой полезной модели является создание простого, легкого, безопасного и надежного беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с целостной конструкцией силовой балки из композиционного материала, обладающей высокими аэродинамическими характеристиками, маневренностью за счет размещения топливного бака непосредственно в силовой балке, тем самым, расширяя функциональные возможности беспилотного летательного аппарата, а именно дальность, высота, маневренность, надежность и безопасность полета.
Техническим результатом от использования заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки за счет создания легкой, безопасной, устойчивее к нагрузкам конструкции путем выполнения силовой балки с ферменным заполнителем из композиционного материала в виде объемной ячеистой структуры, позволяющей увеличить высоту, дальность, надежность и безопасность полета.
Технический результат достигается тем, что в Беспилотном летательном аппарате вертикального взлета и посадки с силовой балкой из композиционного материала, содержащем фюзеляж, крыло, горизонтальное и вертикальное оперения, шасси, бортовое оборудование, силовой элемент, силовую установку, согласно которому, силовой элемент выполнен в виде целостной силовой балки с ферменным заполнителем, представляющим собой объемную коробчатую, ячеистую структуру в виде правильных пирамид по всей длине балки из композиционного материала, с расположенными внутри зигзагообразными стержнями, нормальными к горизонтальным пластинам прямоугольной формы силовой балки, образующими при соединении зигзагообразных профилей с пазами на внутренней и внешних сторонах, ячейки, в виде правильных пирамид, при этом носовая часть балки выполнена в виде отсека, который образован внутренним объемом ячеек в виде правильных пирамид и набором боковых, поперечных и горизонтальных пластин, длина которого выполнена заданной, обусловленной назначением беспилотного летательного аппарата в зависимости от дальности полета, при этом отсек выполнен для использован в качестве топливного бака и герметичен по всей его поверхности, на верхней горизонтальной поверхности герметичного отсека выполнены отверстия, одно из которых под клапан для подачи топлива, второе для приема излишек топлива, передаваемого в ДВС, вся поверхность коробчатой конструкции защищена обмоткой и выполнена из термостойкого материала.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, где:
- на фиг. 1 - Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с силовой балкой из ферменного заполнителя, вид сверху;
- на фиг. 2 - Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с силовой балкой из ферменного заполнителя, вид сбоку;
- на фиг. 3 - зигзагообразные стержни;
- на фиг. 4 - силовая балка вид сбоку;
- на фиг. 5 - силовая балка в изометрии.,
1 - корпус фюзеляжа
2 - силовая балка
3 - хвостовое оперение
4 - бортовое оборудование
5 - силовая установка
6 - крыло
7 - пилоны
8 - винт
9 - маршевый винт
10 - базовая кромка (жесткая пластина)
11 - отсек для топливного бака
12 - аккумуляторная батарея
13 - горизонтальные пластины
14 - клапан для подачи топлива
15 - клапан для приема излишек топлива
16 - термостойкая обмотка
17 - зигзагообразный профиль с пазом на внутренней стороне
18 - зигзагообразный профиль с пазом на внешней стороне
19 - ячейка в виде правильной пирамиды
20 - поперечная пластина
21 - боковая пластина
БЛА ВВП содержит корпус фюзеляж 1, силовую композитную балку 2, выполненную из углепластика, в виде коробчатой прямоугольной цельной конструкции, внутри которой находится ферменный заполнитель и топливный бак. Силовая композитная балка 2 закреплена к нижней части корпуса 1 при помощи винтов и проходит внутри корпуса 1 параллельно его оси. Три базовые кромки 10 служат для фиксации силовой композитной балки к нижней части корпуса фюзеляжа, а также служат для создания жесткости корпуса фюзеляжа 1. Базовые кромки 10 имеют прямоугольную форму с загнутыми концами и присоединены изнутри к корпусу фюзеляжа 1 при помощи заклепочных гаек.
На силовой балке 2, в корпусе фюзеляжа жестко прикреплено крыло 6 при помощи проставки с использованием двух втулок и фиксатора. Крыло 6 имеет элероны на концах и состоит из двух консолей, на каждой из которых установлены пилоны 7 с двумя винтами 8 на концах. На конце силовой композитной балки 2, расположено хвостовое оперение 3 (включающее в себя киль, руль направления, стабилизатор, руль высоты) и система бортового оборудования 4 (в которую входят: цифровая полудуплексная система передачи информации, модуль навигации, сервопривод). Силовая установка 5 размещена в передней части корпуса БЛА ВВП. Маршевый воздушный винт 9 приводится во вращательное движение двигателем силовой установки 5, при подаче топлива через клапан 14, клапан 15 служит для приема излишек топлива из силовой установки 5. Винты вертикального взлета и посадки 8 приводятся во вращательное движение при подаче электропитания от аккумуляторной батареи 12.
Производство конструкции силовой балки:
Сборку конструкции силовой балки, которая выполнена в виде целостной конструкции из ферменного заполнителя, представляющего собой объемную коробчатую, ячеистую структуру в виде правильных пирамид по всей длине балки из композиционного материала, например, углепластика, с расположенными внутри зигзагообразными стержнями, нормальными к горизонтальным пластинам прямоугольной формы силовой балки, образующими при соединении профилей с пазом на внутренней стороне и профилей с пазом на внешней стороне, ячейки в виде правильных пирамид 19, для чего необходимо соединить один зигзагообразный профиль с пазом на внутренней стороне 17 с зигзагообразным профилем и пазом на внешней стороне 18, причем зигзагообразный профиль с пазом на внутренней стороне угла 17 будет над профилем с пазом на внешней стороне 18, а сами профили будут в вертикальном положении и перпендикулярны друг другу; что позволяет изготовить беспилотный летательный аппарат проще, легче, устойчивее к нагрузкам конструкции путем выполнения силовой балки с ферменным заполнителем из композиционного материала в виде объемной ячеистой структуры; аналогично собираются оставшиеся профили, создавая ячеистую структуру; при этом носовая часть балки выполнена в виде отсека 11 и набором боковых 21, поперечных 20 и горизонтальных пластин 13, длина которого выполнена заданной, обусловленной назначением беспилотного летательного аппарата, например, БЛА ВВП, предназначенный для дальности полета до 3 км имеет одну заданную длину отсека силовой балки, а БЛА ВВП, предназначенный для дальности полета до 10 км, имеет другую заданную длину отсека силовой балки., при этом отсек 11 герметичен по всей его поверхности и используется в качестве топливного бака, а выполнение его внутреннего объема ячеек, в виде правильных пирамид образованных, выше указанным способом, предотвращает быстрый перелив топлива при резких маневрах беспилотного летательного аппарата, что повышает надежность, летные характеристики летательного аппарата, а именно маневренность.
По длине герметичной поверхности стержни зигзагообразных профилей клеятся к пластинам смолой; на верхней горизонтальной поверхности герметичного отсека 11 высверливаются отверстия под топливные клапаны 14, 15. Далее на оставшейся длине балки сверху и снизу зигзагообразные профили устанавливаются так, чтобы стержни профилей входили в отверстия под них в пластинах, причем в один паз пластины входят 2 стержня зигзагообразного профиля; последним этапом сборки является обмотка собранной балки термостойкой тканью 16, что позволяет повысить в целом безопасность БЛА ВВП, в случае возгорания во внутреннем объеме силовой балки.
По сравнению с известными аналогами, по своим технико-экономическим преимуществам, заявленное техническое решение позволяет расширить функциональные возможности беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки за счет получения конструкции легче, безопаснее, устойчивее к нагрузкам путем выполнения целостной силовой балки с ферменным заполнителем, представляющим собой объемную коробчатую, ячеистую структуру в виде правильных пирамид по всей длине балки из композиционного материала, с расположенными внутри зигзагообразными стержнями, образующими при соединении зигзагообразных профилей с пазами на внутренней стороне и внешней сторонах ячейки в виде правильных пирамид,, что позволяет снизить вес заполнителя, а выполнение носовой части силовой балки в виде отсека, который образован внутренним объемом ячеек в виде правильных пирамид и набором боковых, поперечных и горизонтальных пластин, герметичного по всей его поверхности, позволяет использовать внутреннее пространство в качестве топливного бака, при этом за счет ячеистой структуры, предотвращающей быстрый перелив топлива при резких маневрах летательного аппарата, повышается маневренность и надежность, что также дает возможность увеличивать высоту, дальность, надежность и безопасность полета.