Несущая рама складной конструкции для привязного/автономного беспилотного летательного аппарата на базе квадрокоптера

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к беспилотным и управляемым летательным аппаратам транспортного типа с возможностью вертикального взлета и посадки, выполненных на базе квадрокоптера. Данный комплекс включает раму прямоугольной формы в плане складной конструкции, служащей для размещения полезной нагрузки и блока питания БИЛА, четыре ротора, размещенные на вершинах этой рамы, и элементы системы дистанционного управления.
Существует беспилотный авиационный комплекс, разработанный фирмой «Israel Aerospace Industries» (WO 2007/141795 A1, МПК B64C 27/20, опубликовано 13.12.2007), состоящий из наземной станции управления, беспилотного летательного аппарата привязного типа в качестве платформы для размещения полезной нагрузки. Движитель представлен четырьмя вентиляторами с электроприводами. Пропеллеры создают за счет своего вращения вертикальную составляющую подъемной силы, которая обеспечивает удержание необходимой высоты на различных режимах полета. Однако данный летательный аппарат имеет неразбираемую конструкцию рамы, что в значительно степени ухудшает мобильность данного комплекса. Кроме того в конструкции рамы необходимо наличие дополнительных точек крепления либо аэродинамических рулей, либо автомата перекоса, что еще сильнее увеличивает массу конструкций летального аппарата.
Недостатками данного комплекса являются сложность систем управления привязного БИЛА, высокая стоимость комплекса. За счет наличия щитков, предназначенных для управления и поворота воздушного потока, и автомата перекоса, для управления положением несущих винтов, увеличивается сложность и масса конструкции. Кроме того все эти меры ведут к снижению надежности данного комплекса.
Существует близкое к этому техническое решение привязной мобильной системы, включающая в себя пропеллер, раму, двигатель пропеллера, который используется для поворота аппарата, подвижным рулевым механизмом, контролера управления (US 2012/009, МПК В64С 39/022, опубликовано 13.04.2012). Аппарат выполнен по вертолетной схеме, т.е. имеет один несущий винт, создающий всю подъемную силу. Управление производится за чет поворота аэродинамических поверхностей. Однако и в данном случае конструкция рамы является не разбираемой, что, по аналогии с вышеуказанным вариантом, уменьшает мобильность и портативность комплекса.
Наиболее близким техническим решением к заявленной группе изобретений является мобильная авиационная система в составе летательного аппарата, имеющего горизонтально расположенные винты с автономными приводами, системы дистанционного управления беспилотным легальным аппаратом, и средствами для транспортировки и сборки данного комплекса (RU 2623128 МПК В64С 39/02, В64С 27/08, опубликовано 22.06.2017). Несущая рама этого летательного аппарата выполнена складной, винты установлены на телескопических рычагах, способных изменять свое пространственное положение. Вся несущая конструкция выполнена из композиционных материалов.
Недостатками данного комплекса является большие габариты конструкции, высокая стоимость производства и эксплуатации. Кроме того за счет больших габаритов значительно понижается мобильность комплекса. Усугубляет положение сложность проведения операции сборки составных частей БПЛА между собой, т.к. для этого требуется дополнительное оборудование, а непосредственно сами составные части имеют большую массу и габариты.
Настоящая полезная модель направлена на решение задач расширения технических возможностей беспилотных летальных аппаратов на базе квадрокоптеров, создание конструкции, обеспечивающей максимальную портативность комплекса, при этом не теряя в надежности и прочности.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение массы и размеров в разобранном состоянии, что в значительной степени увеличит портативность данного комплекса.
Технический результат достигается за счет того, что в конструкции несущей рамы для привязного/автономного беспилотного летательного аппарата на базе квадрокоптера, содержащей горизонтальные лопастные движители с бесколлекторными двигателями, прямоугольную раму складной конструкции из композиционных материалов, установленную с возможностью крепления к ней различных типов полезной нагрузки, применены композиционные стержни, имеющие внешнюю форму сечения в виде квадрата, а внутреннюю форму сечения в виде кольца, причем стержни скреплены с возможностью установки в них проводки, также применены демпфирующие втулки, установленные в средней части рамы, удерживающие полезную нагрузку и источник питания, при этом, по меньшей мере, два стержня соединены между собой с помощью шарнирного узла, а в нижней части рамы установлены убирающиеся ножки.
Отличительной особенностью предложенной рамы беспилотного летального аппарата являются простота ее конструкции, малые габариты в разобранном состоянии и высокая портативность, при этом она обладает малым весом за счет применения композиционных материалов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявляемой конструкции рамы беспилотного летательного аппарата для обеспечения возможности проведения длительного, безаварийного наблюдения и создания ретранслирующей точки доступа отсутствуют, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию "новизна".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1
представлена конструкция рамы беспилотного летального аппарата в плане, на фиг. 2 - вид БПЛА в изометрии и введены последующие обозначения и фиг. 3 - попечение сечение одного из стержней.
Устройство состоит из следующих компонентов:
1 - демпфирующие втулки;
2 - пластина аккумулятора;
3 - отсек датчиков;
4 - винт;
5 - шарнир-вилка;
6 - стержень (короткий);
7 - пластина полезной нагрузки;
8 - стержень (длинный);
9 - двигатель;
10 - стержень (центральный);
11 - колпак;
12 - уголок;
13 - убирающиеся ножки;
14 - проводка.
Конструкция представляет собой раму, имеющую в плане прямоугольную форму. В вершинах данного прямоугольника предусматривается установка двигателей 9, предназначенных для создания подъемной силы за счет вращения движителей, представленных в виде винтов 4. Бесколлекторные двигатели крепятся на уголках 12 при помощи винтов. В уголках предусмотрены пазы для установки стержней 6 и 8, соединяющих между собой соседние уголки 12.
Стержни выполнены из композиционных материалов (углепластик) и имеют с внешней стороны прямоугольное поперечное сечение, что препятствует повороту стержней в уголках.
Внутренняя часть поперечного сечения представлена кольцевым, что позволяет разместить внутри каждого стержня проводку. Размещение необходимой проводки внутри корпуса стержня обеспечивает ее защищенность от воздействия внешних факторов среды и механических повреждений.
Передний и задний стержни 8 выполнены цельными и неразъемными, т.к. на нах в дальнейшем устанавливаются стержни 10, на которых размещается полезная нагрузка. Левый и правый стержни 6 выполнены из двух равных половин, соединенных между собой шарнирно с помощью узла 5. Это позволяет сложить переднюю и заднюю часть рамы, что значительно увеличивает ее мобильность, портативность, и снизить габариты конструкции в разобранном состоянии.
На каждой половине, левой и правой, стержней 8 установлены ножки 13, имеющие возможность дистанционной уборки и выпуска при переключении соответствующего тумблера на пульте управления. Это позволяет увеличить компактность и устойчивость конструкции, обеспечить безопасность во время полета и удобство эксплуатации различных вариантов полезных нагрузок, в том числе и камеры. Ножки приводятся в движение при помощи ретрактов, неподвижно закрепленных на раме. Уборка ножек производится в сторону наружной части конструкции рамы.
На переднем и заднем стержнях имеются демпфирующие втулки 1, на которые устанавливаются стержни 10, аналогичные по конструкции с передним и задним стержнями. Их назначение заключает в то, они демпфируют большую часть нежелательных колебаний рамы во время полета от двигателей и внешних факторов среды. На них устанавливается вся полезная нагрузка, что позволяет избежать нарушения в работе полезной нагрузки. Конструкция демпферов 1 позволяет реализовать быструю сборку/разборку данной конструкции за счет наличия быстро разъемного соединения и ограничить кручение каждого стержня за счет прямоугольной формы паза для установки стержней, что обеспечивает высокую портативность, уменьшает время установки, обеспечивает наличие плотного контакта деталей и отсутствие кручение каждого стержня вдоль его продольной оси.
Источник питания устанавливается на пластине аккумулятора 2. Она изготавливается из углепластика. На ней имеются прорези для закрепления блока электропитания, основных и запасных аккумуляторов. Кроме того они обеспечивают дополнительное охлаждение системы электропитания.
Аналогичной конструкции и пластина полезной нагрузки 7. Она предназначена для размещения на ней всех видов полезной нагрузки. На ней предусмотрена установка дополнительных демпферов, которые позволяют еще более эффективно поглощать и рассеивать нежелательные колебания, влияющие на работу полезной нагрузки. Существует возможность установки на пластину 7 различных типов полезной нагрузки.
На раме находятся отсеки 3, предназначенные для размещения в них необходимых датчиков и регуляторов оборотов двигателей. Они защищают их от попадания влаги и влияния факторов внешней среды.
Все основные датчики и оборудование для дистанционного управления беспилотным летальным аппаратом расположены в отсеке, закрытом колпаком 11. Он защищает все оборудование, необходимое для реализации полета, от воздействия внешних факторов среды и попадания влаги.
Порядок разборки комплекса имеет следующую последовательность.
Сначала необходимо произвести уборку ножек 13 при помощи перевода советующего тумблера на пульте управления в крайнее нижнее положение. Произойдет подача сигнала на ретракты, после чего они будут переведены в убранное положение. После этого необходимо отсоединить ножки от втулок, с помощью которых происходит фиксация ножек на движущейся оси ретракта. В результате проведения данной операции ножки считаются полностью разобранными.
Далее необходимо отключить все источники питания и обесточить все модули на БПЛА, необходимо убедиться в ответви остаточных токов в аппаратуре на борту БПЛА.
Следующим этапом является отключение всех модулей из соответствующих разъемов. Поочередно отключается разъем полезной нагрузки, разъем системы дистанционного управления и разъем управления огнями и уборкой ножек 13. После этого необходимо поочередно извлечь стержни 10 из демпферов 1, сначала из передних, далее из задних. В результате этой операции будет отделена средняя часть конструкции рамы, на которой размещается полезная нагрузка и элементы питания.
Следующим этапом разборки рамы является расчековка двух шарниров - вилок, которые соединены между собой при помощи запорного стержня. Он фиксирует на одной оси соответствующие отверстия на каждой половине шарнира-вилки. После расчековки необходимо сложить переднюю и заднюю части рамы. После завершения всего перечня операций разборка рамы считается завершенной.
Общее время разборки занимает не более 3 минут. Сборка производится в обратной последовательности.
Предложенная конструкция рамы беспилотного летального аппарата позволяет за счет своей конструкции реализовать следующие особенности:
- возможность быстрой сборки/разборки рамы БПЛА;
- повешение портативности комплекса в разобранном положении;
- реализация уборки ножек и последующей их разборки, что сокращает габариты контракции;
- использование наиболее рациональной контракции поперечных сечений стержней рамы, что позволяет увеличить их жесткость и размещать внутри стрежней необходимую проводку;
- наличие композиционных элементов, применяемых при создании стрежней, платформ и уголков, обеспечивающих необходимый уровень прочности, и при этом имеющие меньшую массу.