МАЛОГАБАРИТНЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к специальной робототехнике, в частности к робототехническим комплексам на базе беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей известных технических решений в данной сфере, а именно к беспилотным летательным аппаратам, оснащаемым сменной целевой нагрузкой, которая может применяться для фото- и видеоразведки в режиме реального времени, а также биологической, химической и ядерной разведки местности и т.п. в режиме автономного или управляемого полета.
Известен беспилотный авиационный комплекс (Патент RU №2403182, МПК В64С 27/00, опубликован 10.11.2010 г.), содержащий беспилотный летательный аппарат (БЛА) и стартовую наземную станцию, с мобильной платформой и установленные на ней энергетическую установку и блок управления полетом БЛА. Конструкция БЛА выполнена в виде двухконсольного крыла, на поворотных консолях которого установлены движители. Консоли выполнены с возможностью их поворота на 180° относительно продольной оси крыла вокруг корпуса для полезной нагрузки. На платформе стартовой наземной станции установлен вертикально трансмиссионный вал, связанный с редуктором, и стартовое устройство, установленное с помощью трех опор. Стартовое устройство содержит средства для передачи вращения от трансмиссионного вала к БЛА, а также средства для его фиксации и расфиксации при заданной скорости вращения трансмиссионного вала. Опоры стартового устройства выполнены телескопическими с независимой регулировкой их длины от блока управления для предполетной коррекции пространственной ориентации беспилотного летательного аппарата. Беспилотный авиационный комплекс снабжен системой предполетной автоматической статической балансировки беспилотного летательного аппарата.
Основным недостатком такого авиационного комплекса является низкая эффективность получения оперативной информации, т.к. используется только один БЛА, который покидает район наблюдения в случае ограничения внутренних источников энергии БЛА, например топлива на борту или емкости аккумуляторной батареи.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является беспилотный робототехнический комплекс дистанционного мониторинга и блокирования потенциально опасных объектов воздушными роботами, оснащенный интегрированной системой поддержки принятия решения по обеспечению требуемой эффективности их применения (Патент RU №2353891, МПК F41H 13/00, опубликован 27.04.2009 г.), содержит: взаимосвязанные: автоматизированную транспортно-пусковую установку, автоматизированный пункт дистанционного управления и, по крайней мере, три одновременно применяемых в качестве воздушных роботов малогабаритных БЛА. Радиоэлектронное оборудование комплекса включает вычислители, автоматизированные рабочие места операторов, блоки интеллектуальной поддержки операторов, отображения информации, ввода-вывода данных, памяти, интеллектуального анализа данных, навигационного обеспечения, наведения, автопилоты, радиоприемники, радиопередатчики, приемники спутниковой системы определения местоположения, измерители угловых параметров полета, датчики развединформации, портативные передатчики радиопомех, микропроцессорные модули обработки данных и управления, интегрированные модули информационного взаимодействия, модули интеллектуального анализа данных, устройство информационно-технического сопряжения.
Основным недостатком такого беспилотного робототехнического комплекса является сложность БЛА, технологическая сложность запуска беспилотного летательного аппарата, связанная с коррекцией стартового положения БЛА и использованием при запуске эффекта «прыжкового взлета».
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга заданного воздушного пространства, земной и водной поверхностей, экологического контроля, контроля морского судоходства и др., осуществляемого в режиме непрерывного реального времени, улучшение эксплуатационных возможностей БЛА вертикального взлета и посадки с целью использования его для ведения воздушной, радио- и радиотехнической разведки, контроля качества маскировки объектов, наблюдения за противником, сбор и накопление данных о нем, создания активного радиоэлектронного противодействия автоматизированным системам управления и отдельным радиоэлектронным средствам противника непрерывно в течение заданного времени.
Поставленная задача решается за счет того, что малогабаритный беспилотный летательный аппарат, оснащенный аккумуляторной батареей и сменным целевым оборудованием, выполнен по вертолетной схеме вертикального взлета и посадки, содержит несущий каркас и электродвигатели с воздушными винтами, связанными с аккумуляторной батареей, на несущем каркасе в вершинах воображаемого равностороннего треугольника жестко зафиксированы три несущих системы «винт в кольце», с установленными в них двумя соосными несущими воздушными винтами противоположного вращения и электронной регулировкой числа оборотов, а беспилотный летательный аппарат оборудован устройством индукционной зарядки аккумуляторных батарей, закрепленным на нижней плоскости гиростабилизированной платформы беспилотного летательного аппарата.
Достигается увеличение времени непрерывного мониторинга заданного района, а также повышается эффективность применения БЛА.
Автоматизированная транспортно-пусковая установка обеспечивает доставку основного и резервного БЛА и источника энергии для подзарядки их аккумуляторных батарей в зону воздушного мониторинга.
БЛА вертикального взлета и посадки в любое время может совершить посадку на автоматизированную транспортно-пусковую установку, зарядиться и взлететь с нее для дальнейшего выполнения поставленных задач.
Выявленные отличительные признаки малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга в совокупности с известными признаками обеспечивают увеличение времени и непрерывность воздушного мониторинга заданной зоны и объектов.
Управление полетом БЛА осуществляется с наземного автоматизированного пункта дистанционного управления оператором в полуавтоматическом или автоматическом режимах с возможностью корректировки параметров полета и управления целевой нагрузкой.
Малогабаритный беспилотный летательный аппарат дистанционного мониторинга может управляться в «ручном» режиме по радиоканалу, в программируемом режиме с использованием навигационных систем.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется следующими рисунками:
фиг. 1 - устройство малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга;
фиг. 2 - общий вид малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга (вид сверху);
фиг. 3 - общий вид малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга;
фиг. 4 - алгоритм функционирования малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга.
Малогабаритный беспилотный летательный аппарат дистанционного мониторинга, содержащий автоматизированную транспортно-пусковую установку 1, выполненную на базе гусеничного шасси, автоматизированный пункт дистанционного управления (на фиг. не показан), по крайней мере, два применяемых в качестве воздушных роботов малогабаритных БЛА вертикального взлета и посадки 2, оснащенных аккумуляторными батареями 3 и сменным целевым оборудованием (на фиг. не показано). БЛА вертикального взлета и посадки 2 содержит несущий каркас 4 штанги 5 с закрепленными на них системами «винт в кольце» 6, в которых установлены два соосно-несущих воздушных винта 7, 8 противоположного вращения, насаженных на электродвигатели 9 с электронной регулировкой числа оборотов. Система «винт в кольце» 6 жестко закреплена в вершине воображаемого равностороннего треугольника на несущем каркасе 4 при помощи штанги 5 БЛА.
Электродвигатели 9 с воздушными винтами 7, 8 связаны с аккумуляторной батареей 3. БЛА вертикального взлета и посадки оборудован устройством индукционной зарядки аккумуляторных батарей 10, размещаемым на нижней плоскости гиростабилизированной платформы 11 БЛА, а автоматизированная транспортно-пусковая установка 1 оборудована зарядной пластиной 12, состоящей из обмотки, генерирующей магнитное поле, размещенной на внешней поверхности автоматизированной транспортно-пусковой установки 1.
В корпусе автоматизированной транспортно-пусковой установки 1 размещается источник энергии 13 для зарядки аккумуляторных батарей.
На конструкции несущего каркаса 4 установлено маршрутное вычислительное устройство, интегрированная система поддержки принятия решений по обеспечению требуемой эффективности применения БЛА (на фиг. 1 не показано), которые связаны с инерционным измерительным устройством и блоком приема и обработки данных спутниковой навигационной системы, а съемные модули полезной нагрузки различных типов закреплены на гиростабилизированной платформе 11 беспилотного летательного аппарата 2 с помощью быстроразъемных соединений. Все оборудование БЛА 2 размещается в корпусе выпуклой формы, содержащем верхнюю и нижнюю секции фюзеляжа, установленные на конструкции несущего каркаса 4 и выполненным в виде сжатого десятиугольника в плане.
При взлете и посадке БЛА системы «винт в кольце» 6 остаются в нормальном горизонтальном положении.
В автономном варианте полета БЛА 2 источником энергии является литий-полимерная батарея бортовых аккумуляторов 3. При емкости аккумулятора 5-8 Ач, высота подъема может достигать нескольких сотен метров, что позволяет решать задачи ведения аэрофотосъемки, мониторинга лесных пожаров, транспортировки малогабаритных грузов, контроля судоходства, осмотра труднодоступных объектов, применения в сельскохозяйственных целях. При потере связи с автоматизированным пунктом дистанционного управления управление беспилотным летательным аппаратом переходит в автоматический режим и БЛА способен выполнить предустановленные команды, после чего долететь до пункта назначения, руководствуясь данными системы глобального позиционирования.
БЛА 2 и автоматизированная транспортно-пусковая установка 1 может управляться при помощи автоматизированного пункта дистанционного управления, как радиоуправляемая модель.
Типовой алгоритм функционирования малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга заключается в следующем. Заранее каждый из одновременно применяемых БЛА 2 взлетает и достигает зон маршрутов облета территориально распределенных целей (позиционного района). При этом для осуществления наблюдения за целями используются два или более БЛА 2. Резервные БЛА 2 в это время находятся на автоматизированных транспортно-пусковых установках 1 в режиме подзарядки литий полимерных аккумуляторных батарей, размещенных на БЛА 2. После получения по радиоканалу сигнала от одного из находящихся в зоне патрулирования БЛА 2 об остаточной емкости литий полимерного аккумулятора 3 до 10% от полной зарядки, резервный БЛА 2 стартует с автоматизированной транспортно-пусковой установки 1 и направляется в заданную зону маршрута облета территориально распределенных целей, после ее достижения, находящийся в ней БЛА 2 возвращается на автоматизированную транспортно-пусковую установку 1, для зарядки литий полимерных аккумуляторов 3, а резервный БЛА 2 продолжает выполнять задачу в зоне маршрута облета территориально распределенных целей (позиционного района). Таким образом, обеспечивается непрерывный мониторинг заданной зоны.
При совершении посадки БЛА 2, возвратившегося из зоны патрулирования на автоматизированную транспортно-пусковую установку 1, автоматически начинает работать система индукционной зарядки литий полимерной аккумуляторной батареи 3, расположенной на БЛА, которая не требует наличия штепсельных розеток или кабелей для осуществления зарядки аккумуляторов. При этом зарядная пластина 12, размещаемая на автоматизированной транспортно-пусковой установке 1, состоит из обмотки, генерирующей магнитное поле. БЛА вертикального взлета и посадки, оборудованный устройством индукционной зарядки аккумуляторных батарей 10, размещаемым на нижней плоскости гиростабилизированной платформы 11, располагается над зарядной пластиной 12, после чего энергия с нее передается на специальное устройство индукционной зарядки, установленное в автоматизированной транспортно-пусковой установке 1. В процессе индуцированной зарядки вместо кабеля для передачи энергии БЛА 2 и автоматизированной транспортно-пусковой установкой 1 используется электромагнитное поле. Индукционная катушка создает переменное электромагнитное поле на автоматизированной транспортно-пусковой установке 1. Вторая индукционная катушка, размещаемая на нижней плоскости гиростабилизированной платформы 11 БЛА 2, получает энергию из электромагнитного поля и преобразует ее в электроэнергию, которая заряжает аккумулятор 3.
При индукционной зарядке передается переменный ток, потом уже в БЛА специальный преобразователь преобразует переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторной батареи. При использовании данного способа, для зарядки полностью разряженного аккумулятора емкостью 24 кВт/ч, который входит в комплектацию БЛА, потребуется примерно час, что существенно сократит время для восстановления готовности БЛА к повторному использованию.
Технология беспроводной зарядки аккумуляторов представляет собой удобный и эффективный метод передачи энергии. Более того эта технология является безопасной.
Автоматическое управление полетом каждого из нескольких одновременно применяемых БЛА 2 в процессе выполнения им полетного задания осуществляется с помощью соответствующей интегрированной системы поддержки принятия решений по обеспечению требуемой эффективности их применения.
Применение малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга обеспечивает надежный непрерывный контроль заданного района земной поверхности любых труднодоступных мест за счет поддержания постоянства высоты и времени нахождения БЛА, входящего в группу БЛА в районе мониторинга. Компоновка малогабаритного беспилотного летательного аппарата дистанционного мониторинга компактна, экономична в эксплуатации и обслуживании. Для развертывания всей системы не требуется больших площадей. БЛА вертикального взлета и посадки кроме ведения радиационной, химической и биологической разведки и передачи сведений в реальном масштабе времени; экологического мониторинга; трансляции и ретрансляции информации из районов чрезвычайных ситуаций; обнаружение нефтяных пятен и водных загрязнений на акваториях, мест разрывов нефте- и газопроводов, может быть использован для отбора проб жидкости и донных отложений из любых труднодоступных мест.
Повышение эффективности действия БЛА позволяет расширить контролируемую площадь, дальность их действия и непрерывность контроля заданной площади за счет использования внешнего источника энергии для подзарядки аккумуляторных батарей, установленного на автоматизированной транспортно-пусковой установке и нескольких БЛА (не менее двух).