Беспилотный летательный аппарат
UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), транспортируемым другими летательными аппаратами и отделяемым в полете для выведения на высотную траекторию полета.
Известен БПЛА ("Пегас 11", И. Лисов, "Гляжусь в циклон, как в зеркало …", журнал "Новости космонавтики", 2017 г., №02 (409), стр. 29), приятый за прототип, содержащий узлы для крепления на пусковое устройство вдоль фюзеляжа самолета-носителя, систему управления в автономном полете, полезную нагрузку, крыло, хвостовое оперение и три разгонных ступени (разгонную двигательную установку) с реактивными двигателями твердого топлива (РДТТ). Пусковое устройство самолета-носителя содержит гидросистему сброса БПЛА. После отделения от пускового устройства самолета-носителя БПЛА продолжает полет вблизи самолета-носителя, с частичной потерей скорости и высоты полета, поэтому для безопасности самолета-носителя, после стабилизации положения БПЛА в автономном полете системой управления и запуска его РДТТ, система управления БПЛА обеспечивает его полет под фюзеляжем самолета-носителя, под действием тяги РДТТ БПЛА летит с ускорением, обгоняя самолет-носитель, а после обгона система управления обеспечивает увеличение угла тангажа БПЛА и набор высоты его полета, превышающей высоту полета самолета-носителя.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого устройства являются следующие: беспилотный летательный аппарат, содержащий узлы для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, систему управления его положением в автономном полете, полезную нагрузку и разгонную двигательную установку.
Известный БПЛА обеспечивает высотную траекторию полета при наличии участка параллельного полета БПЛА и самолета-носителя, с небольшой разницей по высоте, на котором БПЛА обгоняет самолет-носитель, и участком, на котором БПЛА совершает маневр перед самолетом-носителем по набору высоты полета, при этом расстояние между самолетом-носителем и БПЛА, на начальном участке набора его высоты полета, уменьшается. Параллельный полет БПЛА и самолета-носителя с небольшой разницей по высоте и набор высоты полета БПЛА перед самолетом-носителем увеличивают время нахождения БПЛА вблизи самолета-носителя, вследствие чего увеличивается вероятность повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА или его разгонной двигательной установки.
Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является уменьшение вероятности повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА или его разгонной двигательной установки.
Для решения поставленной задачи предлагаемый беспилотный летательный аппарат, содержащий узлы для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, систему управления его положением в автономном полете, полезную нагрузку и разгонную двигательную установку, снабжен импульсными реактивными двигателями, создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, с увеличением угла тангажа, и компенсации этого импульса вращения.
Отличительными признаками предлагаемого беспилотного летательного аппарата является то, что беспилотный летательный аппарат снабжен импульсными реактивными двигателями, создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, с увеличением угла тангажа, и компенсации этого импульса вращения.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается: уменьшается вероятность повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА или его разгонной двигательной установки; уменьшение времени выведения и запаса топлива, необходимого для работы разгонной двигательной установки.
Предложенное техническое решение может найти применение в авиации, например, для запуска спутников связи или мониторинга поверхности, исследовательских аппаратов для изучения космических объектов, потоков космических излучений, состояния верхних слоев атмосферы.
Устройство поясняется чертежами, фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 представлено устройство БПЛА, выводимого на высотную траекторию полета.
На фиг. 2 показано положение БПЛА в автономном полете относительно самолета-носителя при включении разгонной двигательной установки БПЛА.
Представленный на фиг. 1 и фиг. 2 БПЛА 1 содержит узлы крепления на пусковое устройство 2 самолета-носителя вдоль его фюзеляжа 3, содержащие передний упор 4, замковую нишу 5 для подъема БПЛА 1 и его крепления на пусковом устройстве 2, и задний упор 6, разгонную двигательную установку 7, систему управления его положением в автономном полете, включающую блок 8 управления, сообщенный с устройством 9 стабилизации положения БПЛА 1 после отделения от пускового устройства 2, и с устройством 10 управления положением БПЛА 1 после запуска разгонной двигательной установки 7. БПЛА 1 снабжен полезной нагрузкой 11, импульсным реактивным двигателем 12, для создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр 13 тяжести (ЦТ) БПЛА 1, и импульсным реактивным двигателем 14, для создания импульса компенсации вращения БПЛА 1 вокруг поперечной оси, проходящей через центр 13 тяжести. Пусковое устройство 2 содержит раздвижные элементы 15 для подъема БПЛА 1 и его крепления на пусковом устройстве 2 и выполнено с возможностью отделения БПЛА 1 от самолета-носителя в полете.
БПЛА
Представленное на фиг. 1 и фиг. 2 БПЛА 1 работает следующим образом. Средствами подъема пускового устройства 2 (на чертежах не показаны) БПЛА 1 устанавливается на пусковое устройство 2 до контакта с передним и задним упорами 4 и 6, раздвижные элементы 15 фиксируются в замковой нише 5. Самолет-носитель выполняет полет к месту отцепки с подъемом на высоту отцепки. В месте отцепки расфиксируются раздвижные элементы 15 и БПЛА 1 под действием силы тяжести отделяется от пускового устройства 2. При необходимости, пусковое устройство 2 может содержать устройство отталкивания БПЛА 1 (на чертежах не показано). После отделения БПЛА 1, по команде блока 8 управления задействуется устройство 9, обеспечивая стабилизацию положения БПЛА 1 в автономном полете, при котором импульсный реактивным двигатель 12 располагается в нижней части БПЛА 1, а импульсный реактивный двигатель 14, соответственно, в верхней. В этом положении БПЛА 1 блок 8 управления задействует импульсный реактивный двигатель 12, обеспечивая передачу импульса вращения БПЛА 1 вокруг поперечной оси, проходящей через ЦТ 13. При этом, БПЛА 1 поворачивается против часовой стрелки, увеличивая угол тангажа (наклон к горизонтальной плоскости). В процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения 9 (фиг. 2) по сигналам блока 8 управления задействуется импульсный реактивный двигатель 14 компенсации импульса вращения вокруг оси, проходящей через ЦТ 13. Время включения реактивного двигателя 14 определяют расчетом и в процессе разработки БПЛА 1 уточняют при испытаниях, из условия уменьшения угловой скорости вращения БПЛА 1 до значения ~ 0 угловых градусов в секунду, при достижении БПЛА 1 необходимого значения ∂ угла тангажа. К этому моменту времени по сигналу блока 8 управления запускается разгонная двигательная установка 7. Процесс увеличения угла тангажа БПЛА 1 до необходимого значения ∂ осуществляется за время ~ 1 с, и приводит к дополнительному уменьшению горизонтальной составляющей W' скорости БПЛА 1 до значения ~ 80-120 м/с и увеличению расстояния между БПЛА 1 и фюзеляжем 3 до ~ 400 м, при скорости самолета-носителя ~ 270 м/с. При дальнейшем увеличении высоты полета БПЛА 1 под углом 9 тангажа расстояние между БПЛА 1 и фюзеляжем 3 самолета-носителя будет увеличиваться. Таким образом, обеспечивается минимальное время (~ 2 с) полета БПЛА 1 на расстоянии 0-60 м от фюзеляжа 3 самолета-носителя, в отличие от прототипа, где это время больше на время пролета под фюзеляжем 3 самолета-носителя. Малое время нахождения БПЛА 1 вблизи фюзеляжа 3 самолета-носителя уменьшает вероятность повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА 1 или разгонной двигательной установки 7. Дополнительно, в отличие от прототипа, отсутствие участка параллельного полета БПЛА 1 под фюзеляжем 3 самолета-носителя, при выведении на высотную траекторию полета, обеспечивает уменьшение времени выведения и запаса топлива, необходимого для работы разгонной двигательной установки 7.