Энергонезависимый многоцелевой беспилотный летательный аппарат
NON-VOLATILE MULTI-PURPOSE UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) легче воздуха.
В настоящее время использование беспилотников приобрело массовое распространение. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) активно используются в сферах деятельности. В военном деле их используют для разведки, корректировки огня и нанесение ударов, сьемки координат объектов противника, замера расстояний и площадей, они хорошо зарекомендовали себя в Сирии. Беспилотники в мирных целях могут быть использованы при наблюдение за лесами, миграцией животных и птиц, рыбоохране, контролем состояние плотин и водоемов, газовых и транспортных магистралей, разведка во время чрезвычайных ситуаций, пожарный контроль за состоянием зданий и других объектов, доставка грузов терпящим бедствие, потерявшимся людям, альпинистам, геологам и т.п. в зонах радиоактивного и химического заражения. Есть потребность применения БПЛА и в черте городов из-за пробок ни техническая, ни медицинская помощь быструю помощь оказать не могут. Поэтому, беспилотные летательные аппараты активно развиваются, существует большое количество разновидностей этих аппаратов и продолжается создание новых и совершенствование уже существующих.
Известен гибридный дирижабль (WO 2008025139 А1, 06.03.2008), состоящий из шаровидной оболочки фиксированного объема, заполненной легким газом, установленной на воздухоплавательном отсеке, от которой крестообразно отходят в стороны кронштейны с воздушно-винтовыми авиадвигателями на их оконечностях.
Недостатком этого устройства является оболочка, которая выполнена мягкой, ее неполное газозаполнение ведет к утрате ею шаровидной формы, ткань оболочки будет свисать произвольными складками без натяжения, что ухудшает обтекаемость и повышает парусность аппарата.
Известен также воздухоплавательный аппарат (RU 2652 322 С1, 16.05.2017), включающий мультикоптер, гондолу, капсулу АСУ, батарейный отсек, захваты грузового контейнера, систему ориентации и слежений, мультикоптер состоящий из нескольких сектакоптеров, соединенных замковыми устройствами и поворотной площадки, находящейся на опорной раме мультикоптера, ниже расположена гондола, корпус которой выполнен в виде сильфона, с возможностью сжиматься и расширяться в зависимости от условий полета, внутри гондолы установлен пневмодомкрат, распирающийся между опорной рамой гондолы и опорной рамой мультикоптера, под которой расположены захваты грузового контейнера, сверху мультикоптера находится капсула АСУ с самописцами параметров полета, а над ней расположена система ориентации и слежения.
Недостатком этого устройства является сложность исполнения газонаполненной оболочки в виде двояковыпуклой линзы с мягкой горизонтально-складчатой поверхностью и жесткими выпуклой крышкой и плоским днищем. Горизонтальная симметричность и опора которой обеспечивается внутренней телескопической колонной с вложенными и свободно перемещающимися в ее корпусе звеньями. При этом часть корпуса выступает вниз за пределы оболочки, имея на конце заглушку и крепежные захваты. К верхнему торцу центрально-осевого вложенного звена колонны прикреплена выпуклая крышка газонаполненной оболочки, а начало выступающей из оболочки вниз части колонны соединено с плоским днищем оболочки.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является беспилотный летательный аппарат легче воздуха (RU 2600556 С1, 21.05.2015), содержащий фюзеляж, состоящий из шпангоутов и стрингеров, сверху покрытый пленкой с кремниевой солнечной батареей, в отсеке фюзеляжа расположена эластичная, воздухонепроницаемая оболочка, внутри которой находится резервуар с подъемным газом под давлением, оборудованный травящим клапаном, и компрессор.
Недостатком этого устройства является использование для пополнения запасов электроэнергии только солнечной батареи, эффективное получение электроэнергии которой в темное время суток будет недостаточным, необходимость постоянно возить резервуары с подъемным газом, что утяжеляет конструкцию в ущерб полезной нагрузки.
Задачей изобретения является создание летательного аппарата способного вертикально взлетать и садится, возможностью выбора и изменения высоты над заданной точкой, маневренностью и управляемостью в полете, возможностью длительного нахождения в воздухе и совершения длительных перелетов, использования различных видов полезной нагрузки и пополнения в полете энергоресурсов.
Требуемый технический результат достигается тем, что энергонезависимый многоцелевой беспилотный летательный аппарат, содержит фюзеляж, состоящий из шпангоутов и стрингеров, сверху покрытый пленкой с кремниевой солнечной батареей, фюзеляж имеет крыло биплан и разбит на несколько герметичных отсеков, часть отсеков заполнена подъемным газом, другие отсеки выполнены прочными и подсоединены к вакуумному насосу с системой стравливания воздуха, на корпусе каждого прочного отсека имеется впускные клапаны и выпускной клапан на системе стравливания воздуха, на крыльях фюзеляжа с каждого борта между верхним и нижним крылом размешены вертикальные многолопастные ветрогенераторы, а над ними на верхнем крыле воздушно-винтовые электродвигатели, сверху фюзеляжа расположены блоки системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и блоки системы связи, внутри размещены аккумуляторная батарея и система управления, в нижней части устройства крепления сменного модуля полезной нагрузки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлен энергонезависимый многоцелевой беспилотный летательный аппарат, включающий в свой состав:
1 - фюзеляж;
2 - блоки системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и блоки системы связи;
3 - герметичные отсеки, заполненные подъемным газом;
4 - впускной клапан;
5 - герметичные отсеки, подсоединенные к вакуумному насосу;
6 - выпускной клапан;
7 - система стравливания воздуха;
8 - вакуумный насос;
9 - система управления;
10 - аккумуляторная батарея;
11 - сменный модуль полезной нагрузки.
На Фиг. 2 и Фиг. 3 представлены вариант расположения устройств движения и выработки электроэнергии, включающие в свой состав:
12 - воздушно-винтовые электродвигатели;
13 - вертикальные многолопастные ветрогенераторы;
14 - крыло биплан;
15 - электрогенератор;
16 - солнечная батарея.
Изобретение работает следующим образом: в зависимости от поставленной задачи определяется необходимый состав средств для ее решения. Они собираются на платформе сменного модуля полезной нагрузки (11) и крепятся к фюзеляжу (1) через устройства крепления в нижней части.
Герметичные отсеки (3) заполняются подъемным газом легче воздуха (водородом, гелием), при этом грузоподъемность должна быть пропорциональна внутреннему объему оболочки с учетом массы полезной нагрузки. Поэтому масса сменного модуля полезной нагрузки (11) подбирается чтобы при заполненных герметичных отсеках (3) устройство было вывешено в нейтральном положении. Для взлета устройства в герметичных отсеках (5) закрываются впускные клапана (4), отсеки герметизируются и запускается вакуумный насос (8) который через открывшийся выпускной клапан (6) направляет откачиваемый из отсеков (5) воздух в систему стравливания воздуха (7) и далее в атмосферу. За счет уменьшения плотности воздуха в отсеках (5) увеличивается подъемная сила и энергонезависимый многоцелевой беспилотный летательный аппарат начинает взлет. Высоту полета устройства подбирают в зависимости от поставленных задач и используемых средств для их решения, а регулируют подъем дополнительной откачкой воздуха вакуумным насосом (8), спуск приоткрытием впускного клапана (4). Управление полетом, изменение высоты и других параметров полета, осуществляется системой управления (9) контролирующей и управляющей параметрами движения на борту устройства, с помощью системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и системы связи (2) по радиокомандам с пункта управления.
Движение осуществляется при помощи воздушно-винтовых электродвигателей (12) расположенных с каждого борта на верхнем крыле биплана (14) над вертикальными многолопастными ветрогенераторами (13) установленными между верхним и нижним крылом. Также воздух, выходящий через систему стравливания воздуха (7) при работе вакуумного насоса (8) создает тягу, толкающую аппарат вперед. Управление движением в горизонтальной плоскости осуществляется изменением мощности работы того или другого воздушно-винтовых электродвигателей (12). Энергонезависимый многоцелевой беспилотный летательный аппарат может быть использован для осуществления длительного полета по маршруты с возможностью его изменения в процессе движения, длительного зависания, в определенном пунктом управления месте, в том числе и с применением тросовой системы и наземной лебедки.
Время полета устройства определяется актуальностью выполняемых им задач и набором средств в сменном модуле полезной нагрузки (11) который можно оперативно адаптировать (заменить на другие). Электропитание воздушно-винтовыми электродвигателями (12) и электронного оборудования контролируется и управляется системой управления (9) и осуществляется от аккумуляторной батареи (10), пополнение запасов электроэнергии которой в полете осуществляется от солнечных батарей (16) и от вертикальных многолопастных ветрогенераторов (13), что обеспечивает большую длительность полета по времени. Расположение и работа воздушно-винтовых электродвигателей (12) прямо над вертикальными многолопастными ветрогенераторами (13) позволяет использовать воздушный поток от работающих воздушно-винтовых электродвигателей (12) для пополнения запасов электроэнергии, вырабатываемой с помощью вертикальных многолопастных ветрогенераторов (13).
Наличие в бортовом комплексе аппаратуры системы спутниковой навигации ГЛОНАСС (2) позволит сохранять заданное положение над объектом и на маршруте следования с высокой точностью, корректируя отклонения работой воздушно-винтовых электродвигателей (12).
Сменный модуль полезной нагрузки (11) позволяет использовать различные средства наблюдения (видеокамеры и др.), обнаружения (тепловизоры, РЛС и др.) и поражения. Имеется возможность комплектования этими средствами и/или любыми комбинациями этих средств сменного модуля полезной нагрузки (11), меняя которые решаются различные задачи, ограничения будут касаться только массогабаритных характеристик полезной нагрузки.
Герметичные отсеки, подсоединенные к вакуумному насосу (5) должны быть выполнены из легких и прочных синтетических материалов и иметь дополнительные поперечные и продольные упоры, препятствующие разрушению при сжатии от вакуумирования. Внешнее давление на них будет уменьшатся с увеличением высоты полета.
Энергонезависимый многоцелевой беспилотный летательный аппарат найдет свое применение в различных сферах деятельности, станет надежным помощником человека. Контроль над лесными массивами с целью предупреждения пожаров и помощь при тушении, контроль над посевами зерновых и других культур, контроль состояния трубопроводов в малообжитой и труднодоступной местности, контроль дорожного движения в крупных городах, экологическая и другие виды разведок и многое другое по плечу летательным аппаратам данного класса.