Беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли
UNMANNED AERIAL VEHICLE FOR MONITORING THE SURFACE OF THE EARTH

Изобретение относится к области авиации, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и может быть использовано при разработке конструкций БПЛА применяемых при мониторинге земной и водной поверхности, разведке, поиске, в условиях чрезвычайных ситуаций для обеспечения эффективного управления и получения оперативной информации.
Известен беспилотный комбинированный летательный аппарат (патент RU 2485018, 2013 г.), выполненный в форме летающего крыла, корпус выполнен многосекционным из набора стрингеров, закрепленных на жесткой углепластиковой основе, сверху обтянут тонкой пленкой на тканевой основе, представляющей кремниевую солнечную батарею, внутри корпус разделен на герметичные, заполненные подъемным газом (гелий и др.) отсеки и негерметичные отсеки, имеющие воздухозаборник в носовой части, в средней тепловые элементы для нагрева воздуха и сопло в задней части.
Недостаток этого устройства - ограниченные возможности вертикального взлета и посадки, приводящие к расходованию электроэнергии на взлет, занятие и поддержание заданной высоты полета за счет работы электродвигателей.
Известен также воздухоплавательный аппарат (патент RU 2652373, 2018 г.), включающий мультикоптер, гондолу, АСУ, батарейный отсек, захваты грузового контейнера, систему ориентации и слежения, в передней части гондолы эллипсоидальной формы расположена капсула с куполом обзора и парашютной системой, которая предназначена для нахождения и спасения при аварии приборов управления, экипажа и пассажиров, самописцев работы мультикоптера, в средней части аппарата на корпусе гондолы находится солнечная батарея, а в хвостовой части аппарата расположены два ветряка с вихрепреобразователями, турбинами и электрогенераторами, между ветряками находится батарейный отсек, под гондолой находится опорная плита с захватами грузового контейнера, а на раме мультикоптера закреплены приборы космической навигации и ориентации на местности.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, большое время развертывания собственными силами и большие габариты.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является воздухоплавательный аппарат (патент RU 2642210, 2018 г.), содержащий мультикоптер с четырьмя электродвижителями и двумя турбодвигателями, несущую ферму, газовые камеры, панель солнечной батареи, системы наблюдения, ориентации, связи и автоматического управления, выполненный в жестком аэродинамическом корпусе эллипсоидной формы и состоящий из несущей фермы с консолями, по концам которых подвешены четыре электродвижителя с изменяемым вектором тяги, на упомянутой ферме находятся две гондолы, состоящие из жестких корпусов и газовых камер с постоянным и переменным объемом, под упомянутой фермой находится газовая подушка, а в передней части упомянутой фермы находится монокрыло, снизу которого подвешены два турбовинтовых двигателя, в задней части упомянутой фермы расположены устройства стабилизации, состоящие из рулей, элеронов и закрылков, связанных посредством автоматизированной системы управления с элементами изменения объема газовых камер, что повышает устойчивость и управляемость аппарата в целом.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, невозможность компактного хранения и доставки к району использования с помощью других транспортных и воздушных средств, использование для вертикального полета как электродвигателей, так и газовых камер с подъемным газом, использование отдельно жесткого корпуса и солнечной батареи увеличивает массу конструкции и снижает массу полезной нагрузки, сложная, насыщенная приборами и требующая большого расхода электроэнергии система управления и связи.
Задачей изобретения является создание летательного аппарата, обладающего возможностью компактного хранения и транспортировки другими транспортными средствами, в том числе и воздушными носителями в сложенном, компактном состоянии, приводимого в рабочее положение в течение короткого времени, имеющего возможность выбора высоты, обладающего маневренностью и управляемостью в полете, возможностью длительного нахождения в воздухе за счет пополнения в полете энергоресурсов, способностью собирать и передавать информацию, обладающего высокой надежностью, небольшой массой и низкой стоимостью.
Требуемый технический результат достигается тем, что беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли содержащий корпус, представляющий собой платформу с воздухонепроницаемой эластичной оболочкой с травящим клапаном, внутри которой расположены: система управления, включающая в себя информационно-управляющий модуль; блок системы спутниковой навигации ГЛОНАСС; приемо-передающее устройство; аккумуляторная батарея. Платформа с двух сторон оборудована крыльями, с нанесенной на их поверхность солнечной батареей, крылья имеют возможность складываться в месте крепления к платформе, и фиксируются в сложенном и раскрытом положении, они имеют вырезы, в которых размешены воздушно-винтовые электродвигатели. К платформе крепится съемный баллон, заполненный подъемным газом под давлением, через клапан соединенный с оболочкой, в нижней части платформы размещена камера оптического и инфракрасного диапазона, защищенная полимерными дугами.
Платформа изготавливается из легкого и прочного композитного материала и представляет собой каркас, на котором крепятся все составные части БПЛА, в том числе и крылья изготовленные из того же материала. Они представляют собой широкие пластины, на которые нанесены солнечные батареи, в крыльях сделаны вырезы для размещения воздушно-винтовых электродвигателей, винты которых закрыты защитным кожухом. На обоих концах крыла расположены фиксаторы: первые - расположенные у платформы и фиксируют крыло в раскрытом состоянии, вторые - удерживают крылья в сложенном состоянии. Вторые фиксаторы срабатывают при увеличении усилия на открывание.
Сверху платформы находится система управления, включающая в себя: информационно-управляющий модуль, блок системы спутниковой навигации ГЛОНАСС, радиостанцию, аккумуляторную батарею. Все эти устройства находятся внутри радиопрозрачной, воздухонепроницаемой эластичной оболочки, которая при приведении беспилотного летательного аппарата для контроля поверхности земли в рабочее положение, наполняется подъемным газом. В рабочем положении воздухонепроницаемая эластичная оболочка занимает пространство над платформой, на ней в верхней части расположен травящий клапан для стравливания несущего газа при посадке. Нижняя часть платформы оборудована камерой оптического и инфракрасного диапазона и полимерными дугами, которые защищают оптику камеры от повреждений при посадке.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 и Фиг. 2 представлен беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли в сложенном для транспортировки и рабочем состоянии, где:
1 - воздушно-винтовой электродвигатель;
2 - вырез в крыле;
3 - крыло;
4 - воздухонепроницаемая эластичная оболочка;
5 - съемный баллон;
6 - клапан;
7 - платформа;
8 - камера оптического и инфракрасного диапазона;
9 - полимерные дуги.
10 - защитный кожух;
11 - травящий клапан.
На Фиг. 3 представлена схема электропитания, управления, сбора и передачи информации на пункт управления, где:
12 - аккумуляторная батарея;
13 - солнечная батарея;
14 - приемо-передающее устройство;
15 - информационно-управляющий модуль;
16 - блока системы спутниковой навигации ГЛОНАСС.
Изобретение работает следующим образом: Беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли приводится в рабочее состояние и запускается за счет подъемного газа в месте базирования и с помощью имеющихся воздушно-винтовых электродвигателей (1) расположенных в вырезах крыльев (2) по командам пункта управления может следовать в район наблюдения. Возможна его транспортировка в сложенном состоянии с помощью различных транспортных средств, как автомобильных, морских так и воздушных. После доставки к месту запуска в соответствии с поставленной задачей подбирается съемный баллон (5), заполненный подъемным газом под давлением в объеме, необходимом для подъема беспилотного летательного аппарата для контроля поверхности земли с установленной системой управления и камерой оптического и инфракрасного диапазона (8) на высоту оптимального наблюдения. Съемный баллон (5) крепится к платформе (7) через клапан (6), соединенный с оболочкой, и приводится в действие автоматически (для применения с воздушных носителей) по команде пункта управления или в ручном режиме открытием клапана (6).
Воздухонепроницаемая эластичная оболочка (4) заполняется подъемным газом и размыкает фиксаторы, удерживающие крылья (3) в сложенном состоянии, они раскрываются и фиксируются в раскрытом положении. В зависимости от поступающего объема подъемного газа БПЛА занимает заданную высоту.
Солнечная батарея (13) и аккумуляторная батарея (12) обеспечивают потребителей электроэнергией. Беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли переходит под управление пункта управления, информационно-управляющий модуль получает команды через приемопередающее устройство (14), периодически собирает информацию о координатах местонахождения от блока системы спутниковой навигации ГЛОНАСС (16) и передает их на пункт управления, который рассчитывает оптимальный маршрут и характеристики движения. Управление скоростью движения и изменение курса осуществляется изменением мощности работы воздушно-винтовых электродвигателей (1). После прибытия в район наблюдения осуществляется удержание БПЛА над объектами наблюдения. Информационно-управляющий модуль с устанавливаемой пунктом управления дискретностью осуществляет съемку поверхности с помощью камеры оптического и инфракрасного диапазона (8) и через приемопередающее устройство (14) передает на пункт управления. Пункт управления задает различные варианты частоты определения места и съемки поверхности исходя из необходимости и запаса электроэнергии на БПЛА.
В дальнейшем, с помощью имеющихся в распоряжении пункта управления вычислительных средств, производится обработка полученной информации, наложение снимков для формирования точного портрета местности и контроля за перемещением объектов в районе наблюдения.
Беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли за счет имеющихся воздушно-винтовых электродвигателей (1) после выполнения задачи возвращается к месту базирования. В точке посадки информационно-управляющий модуль формирует команду на открытие травящего клапана (11), подъемный газ стравливается и аппарат совершает посадку.
Беспилотный летательный аппарат для контроля поверхности земли найдет применение в различных сферах деятельности, обеспечивая выполнение различных задач, например контроль над лесных массивов с целью предупреждения пожаров и помощь при тушении, контроль земель сельскохозяйственного назначения, контроль состояния трубопроводов и труднодоступной местности, контроль дорожного движения в населенных пунктах и за их пределами, экологическая и другие виды разведок.