АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОЛОТНА

Полезная модель относится к области размещения рекламы с помощью аэростатического летательного аппарата. В частности, к средствам обеспечения навигации воздушных платформ, используемых для беспроводных средств представления информации в заданной географической области, которые относятся к аппаратам аэродинамического типа и могут перемещаться в пространстве.
Назначением полезной модели является размещение рекламы в воздушном пространстве на заданной высоте и в заданной географической точке. В частности, размещение рекламы на постерах и плакатах, подвешенных (закрепленных) к аэростатическому (аэродинамический тип аппаратов) летательному аппарату. В частности, для расширения функциональных возможностей и повышения надежности подъема и навигации воздушных платформ и для размещения в заданной географической точке информационного полотна (плаката), а также может быть использовано для подъема аппаратуры и оборудования на заданную высоту.
Из уровня техники известна полезная модель «Гибридный привязной аэростат», патент RU 85147, опубл.27.07.2009, МПК B64B 1/50, в котором имеется каркас с системой подвеса для полезной нагрузки и полезная нагрузка размещена снаружи и закреплена на тросе. Задачей полезной модели является создание новой конструкции привязного аэростата, обладающего устойчивостью к ветровой нагрузке. Назначением аэростата является подъем аппаратуры и оборудования на заданную высоту и ведения наблюдения за земной поверхностью. Однако для его устойчивости требуется стабилизатор, установленный на платформе, но он стабилизирует только положение видеокамеры, при переменном ветре по силе и направлению вся конструкция не будет устойчива (может снести при больших поверхностях, воспринимающих ветровую нагрузку). Кроме того, аэростат не выполняет функцию носителя рекламы.
Известно изобретение «Способ подъема на заданную высоту и обеспечения навигации винтокрылой платформы беспроводных сетей передачи информации и устройство для его осуществления», патент RU 2315955, опубл.27.01.2008, МПК G01C 21/00, B64B 1/50, в котором платформа размещена на заданной высоте в заданной географической точке с размещенным на ней осевым элементом для вращения винта, станцией приема и передачи сигналов и тяговыми винтами, причем имеется выходной вал источника крутящего момента. Назначением является повышение надежности подъема и навигации воздушных платформ. Однако данное техническое решение используется только для телекоммуникационной информационной сети для формирования беспроводных сетей передачи информации по линии прямой видимости. Кроме того, устройство имеет невысокую надежность из-за сложности конструкции и является слишком дрогой для размещения рекламы.
Известна «Летающая платформа», заявка RU 93017252, опубл. 27.05.1995, МПК В64В 1/34, представляющую собой платформу, на которой расположены несущие винты, двигатель и редуктор. Устройство позволяет повысить весовую отдачу летательных аппаратов типа "летающая платформа" и проста по конструкции, однако не обеспечивает стабильности местоположения платформы и возможности представления габаритных полотнищ с нанесенной на них информацией для размещения рекламы.
Известна «Радиоуправляемая модель дирижабля», заявка RU 2003127987, опубл. 27.03.2005, МПК В64В 1/30, снабжена рамой из пластиковых перфорированных уголков, имеет электродвигатель и крыльчатки, каждая из которых установлена соосно с валом двигателя, источник постоянного тока, блок управления, антенну и радиопередатчик, и балансировочные грузы из свинцовых пластин. Предложенная конструкция платформы простая и легкая, позволяет корректировать ее местоположение с помощью блока управления, однако не рассчитана на размещение больших по площади полотен, на которые в воздухе воздействует большая ветровая нагрузка, а, значит, не может быть использована для размещения рекламы в воздухе.
Известно изобретение «Вертостат», патент RU 2066661, опубл. 20.09.1996, МПК В64В 1/34, позволяющий обеспечить надежность эксплуатации и повысить несущую способность его. Имеет корпус кольцеобразной формы, подъемные винты, двигатели с винтами, при этом полезный груз установлен под корпусом на силовой раме, соединенной через подкосы, а оси подъемных винтов и точки приложения равнодействующих аэродинамических сил на лопастях, при угле атаки, равном 0, лежат в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось кольцеобразного корпуса и через центр тяжести конструкции. Конструкция относится к воздухоплавательной технике типа дирижабль и может быть использована для проведения монтажных работ, однако имеет очень большой вес и не обеспечивает относительной простоты эксплуатации и универсальности, а также не может использоваться для представления габаритных рекламных полотнищ.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является конструкция летательного аппарата с фюзеляжем, выполненным по существу в виде аэростатического подъемного тела, патент RU 2196703, опубл.20.01.2003, МПК B64B 1/30, B64B 1/30, В64С 27/28, по патенту SL/EP0948441. Аппарат имеет фюзеляж, который выполнен в виде аэростатического подъемного тела с присоединенными к фюзеляжу двигательными установками, плоскость вращения пропеллеров двигательных установок перпендикулярна оси ступицы пропеллера и расположена горизонтально, а вал отбора мощности соответствующего моторного блока расположен вертикально. Данное устройство относится к аппаратам аэродинамического типа, который сочетает преимущества аэростатического летательного аппарата с преимуществами летательного аппарата вертикального взлета, и за счет этого имеет возможность транспортировать больше груза. Кроме того, может совершать быструю и точную посадку без необходимости сооружения сложных наземных конструкций. Плоскость вращения пропеллера имеет возможность наклона во всех направлениях относительно подсоединенного к валу пропеллера вала отбора мощности соответствующего привода. Однако требуется сложная система управления для компенсации разворачивающих сил, создаваемых при разгоне винтомоторных блоков при взлете. Кроме того, вся конструкция очень сложна и не обеспечивает стабильности местоположения аппарата. Кроме того, он не приспособлен и не предназначен для размещения на нем габаритных рекламных полотнищ, на которые воздействует большая ветровая нагрузка. Устройство обеспечивает стабильность местоположения, однако назначением данного аппарата является осуществление возможности транспортировать больше груза, а не подъем и размещение в заданной точке пространства больших информационных полотнищ.
Изобретательской задачей является создание такого аэродинамического устройства, которое бы было достаточно простым, дешевым и, одновременно, могло нести на себе габаритные полотнища с большой площадью. При этом требуется обеспечить относительно стабильное расположение этого устройства в заданной географической точке и на заданной высоте. Необходимо обеспечить возможность корректировки местоположения его с земли, а также контроль за положением подвешенного к нему рекламного полотнища. Эта задача требует обеспечить достаточную устойчивость аэродинамического устройства в воздухе при воздействии на большую площадь рекламного полотнища, закрепленного снизу устройства, ветровой нагрузки. Кроме того, необходимо обеспечить возможность подъема этого устройства с постепенным развертыванием полотнища в воздухе прямо с земли, без дополнительных наземных приспособлений для его подъема. Устройство должно быть универсально, просто и дешево. При этом обычно в известных технических решениях подъем платформы осуществляют раскручивая винт внизу на поверхности, а при достижении заданной высоты, необходимый крутящий момент вращения винта создается двигателем летательного аппарата. Стабилизацию положения платформы обеспечивают за счет инерциальной навигации летательного аппарата в заданной точке региональной сети географического региона, что существенно ограничивает функциональные возможности такого аппарата. Недостатком применяемых технических решений является то, что использование гибкой тяги с каналом подачи энергии питания предполагает необходимость использования преобразователей энергии питания в крутящий момент вращения винта летательного аппарата, размещенных на заданной высоте навигации платформы, что снижает ее полезную нагрузку. В предложенном техническом решении этот недостаток преодолен. Таким образом, при решении поставленной задачи, в предложенной конструкции для размещения рекламы достигается следующий технический результат: относительная простота эксплуатации, универсальность, стабильность местоположения аэродинамического устройства, обеспечение возможности представления габаритных полотнищ с нанесенной на них информацией.
Заявленный технический результат обеспечен за счет того, что аэродинамическое устройство для размещения рекламы содержит аэростатическое подъемное тело, снабженное фюзеляжем, и также оно снабжено двигательной установкой с пропеллерами, причем плоскость вращения пропеллеров (в походном или рабочем положении) перпендикулярна оси ступицы пропеллера и расположена горизонтально, а соответствующий пропеллеру вал отбора мощности расположен вертикально.
Отличается техническое решение тем, что аэростатическое подъемное тело выполнено в виде фюзеляжа, включающего в себя платформу, на которой размещены: двигательная установка с пропеллерами, двигательная установка включает также, по меньшей мере, один мотор, основной полетный контроллер и контроллер мотора. На фюзеляже установлена также управляющая система, в том числе, модуль приемника - передатчика, а также ультразвуковой сонар, модуль телеметрии для определения положения платформы, высоты, скорости, курса, и характеристик устройств и приборов, и приемник GPS. При этом двигательная установка снабжена независимо работающими пропеллерами, на которые посредством ступицы передается вращающий момент от вала отбора мощности соответствующего мотора двигательной установки или пропеллеры, вращающиеся под действием набегающего воздушного потока. Каждый пропеллер выполнен независимо работающим от остальных пропеллеров, и на них посредством ступицы передают вращающий момент или от вала отбора мощности соответствующего мотора двигательной установки или от лопастей пропеллера, на которые воздействует вращающий момент от действия набегающего воздушного потока. Двигательная установка снабжена по меньшей мере одним мотором, который выполнен бесколлекторным двигателем постоянного тока частотного регулирования с самосинхронизацией, совокупность всех моторов двигательной установки регулируется посредством соответствующего контроллера через молоточные цепи с применением метода широтно-импульсной модуляции напряжения питания, а контроллеры бесколлекторного мотора синхронизированы через основной полетный контроллер. Ось каждого пропеллера и точки приложения равнодействующих аэродинамических сил на лопастях пропеллера, при угле атаки, равном 0, лежат в пределах допусков в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось платформы и через центр тяжести всей конструкции. При этом платформа выполнена в виде рамной конструкции с радиальными балками, в центральной части которой снизу закреплена силовая рама с размещенными на ней информационным полотном и балансировочным грузом. В частном случае платформа аэродинамического устройства снабжена двигательной установкой, состоящей из, по меньшей мере одного мотора, размещенного в центре платформы и, по меньшей мере, восемью (8) моторами, размещенными на концах каждой радиальной балки платформы. Количество моторов регулируется по необходимости грузоподъемностью платформы. Также может быть исполнение с платформой аэродинамического устройства, у которого платформа снабжена двигательной установкой, снабженной по меньшей мере одним мотором, размещенным в центре платформы с пропеллером и от трех до восьми пропеллерами, размещенными на концах радиальных балок, на которые не передается вращательный момент от вала отбора мощности центрального мотора, и служащие для стабилизации положения всей конструкции. Например, аэродинамическое устройство может иметь платформу, выполненную из профильных балок, соединенных в кольцевую конструкцию, от которой отходят радиальные балки расчетной жесткости. Длина радиальных балок также определяется грузоподъемностью платформы и величиной площади подвешиваемого информационного полотна. Или радиальные балки платформы могут быть выполнены упругими, и в походном положении (рабочем положении) под действием подъемной аэродинамической силы пропеллера, размещенного на каждой балке, занимают горизонтальное положение. Для крепления рекламного полотнища, в центральной кольцевой части платформы может быть размещена силовая балка, на которую снизу крепят, например, вертлюг с жестко закрепленной к нему силовой рамой, удерживающей рекламное (информационное) полотнище с балансировочным грузом. Одним из исполнений может быть аэродинамическое устройство, в котором силовая рама выполнена в виде плоской балки с механизмом удержания полотнища от излишнего раскручивания под действием силы тяжести или силовая рама может быть выполнена в виде плоского многоугольника, например, параллелограмма, расположенного примерно горизонтально. Также одним из допустимых вариантов исполнения может быть силовая рама, которая выполнена в виде объемной конструкции. Само информационное полотнище может быть выполнено, например, плоским или объемным. Для удержания полотнища в вертикальном положении при перемещении платформы или при ветровых нагрузках, например, балансировочный груз закреплен внизу информационного полотна непосредственно к нему или груз размещен на платформе посредством троса. Причем груз может размещаться как внутри полотна или объемного полотна, так и расположен ниже нижнего края информационного полотна. В частном случае грузов может быть несколько.
Конструкция устройства поясняется чертежами, которые не охватывают всех возможных конструктивных вариантов исполнения закрепления рекламного полотнища на фюзеляже, а также всевозможных вариантов исполнения двигательной установки с пропеллерами.
На Фиг.1 - показано упрощенно поперечное сечение фюзеляжа с платформой из радиальных балок и закрепленной к фюзеляжу силовой рамой для крепления рекламного полотнища. Условно показано местное сечение по ступице пропеллера, который вращается под действием набегающего потока воздуха. С противоположной стороны условно показан пропеллер, подсоединенный посредством ступицы к валу отбора мощности мотора, расположенного непосредственно под этим пропеллером.
На Фиг.2 - показана функциональная схема размещения управляющих и силовых блоков аэродинамического устройства
На Фиг.3 - показан - схематично в плане вариант размещения пропеллеров на радиальных балках с раздельными двигателями силовой установки под каждым пропеллером и с отсутствующим центральным пропеллером.
На Фиг.4 - показан вид А, на котором схематично в плане показан вариант размещения пропеллеров на радиальных балках с собственными моторами и центральный пропеллер также со своим мотором, силовая установка контролирует и регулирует посредством центрального полетного контроллера каждый мотор и положение пропеллеров через соответствующие контроллеры.
на Фиг.5 - показано сечение А-А (упрощенно) по оси пропеллера с размещенным валом отбора мощности от раздельного мотора силовой установки.
На Фиг.6 - показано поперечное сечение Б-Б по силовой раме, закрепленной на фюзеляже.
Конструкция аэродинамического устройства содержит:
аэростатическое подъемное тело (1), которое содержит фюзеляж (2), включающий платформу (3). Двигательная установка (4) с пропеллерами (5) расположена внутри фюзеляжа (2), а пропеллеры (5) расположены на центральной части фюзеляжа (2) и на платформе (3). Плоскость вращения пропеллеров (5) (в походном или рабочем положении) перпендикулярна оси ступицы (6) пропеллера (5) - угол α=90° и расположена горизонтально, а соответствующий вал отбора мощности (7) расположен вертикально.
Аэростатическое подъемное тело выполнено в виде фюзеляжа (2), включающего платформу (3) (или соединенного с платформой, может быть размещение центральной части фюзеляжа с закреплением непосредственно на платформе). Внутри центральной части фюзеляжа (2) размещена двигательная установка (4). Двигательная установка (4) включает в себя, по меньшей мере, один мотор (8) с валом отбора мощности (7) и основной полетный контроллер (9), который соединен с коллекторами (10). Мотор (8) может быть размещен как посередине аэростатического тела (1) и иметь мощность, достаточную для создания подъемной силы на центральном пропеллере (5), который будет обеспечивать подъем всего устройства. При этом на раме может размещаться до восьми пропеллеров, которые будут вращаться только под действием набегающего потока воздуха и обеспечивать устойчивость всей установки. Количество моторов с пропеллерами диктует обеспечение требуемой грузоподъемности. А необходимость размещение пропеллеров без моторов диктуется необходимостью обеспечения устойчивости всего аэродинамического устройства с полотнищем и могут составлять от трех до восьми и более пропеллеров. В другом случае, моторы могут быть размещены как под центральным пропеллером (5), так и под каждым пропеллером (5), размещенным непосредственно на платформе (3). При этом и центральный мотор с пропеллером и «периферийные» моторы с пропеллерами совместно будут обеспечивать подъем устройства и одновременно устойчивость всей установки. При этом вся двигательная установка (4) обеспечивает управление работой моторами через основной полетный контроллер (9), который содержит встроенные в него барометр или высотомер, акселерометры, гироскопы, компас, которые условно на чертежах не показаны. Основной полетный контроллер (9) посредством контроллеров бесколлекторного мотора (10) осуществляют контроль за работой и обеспечивает требуемый режим работы моторов (8). (см. Фиг.2). С каждого мотора (8) снимается крутящий момент с вала отбора мощности (7) на ступицу (6) пропеллера (5). При этом пропеллеры (5) работают независимо друг от друга и управляются только через двигательную установку (4) - если применена схема расположения моторов (8) под каждым пропеллером (5). В случае, если применена схема только с одним центральным мотором (8), все пропеллеры также работают независимо друг от друга, т.к. центральный пропеллер (5) работает под управлением двигательной установки (4), а «периферийные» пропеллеры (5) вращаются под действием набегающего потока воздуха.
Моторы двигательной установки выполнены бесколлекторными двигателями постоянного тока частотного регулирования с самосинхронизацией. Совокупность всех моторов (8) двигательной установки (4) регулируется посредством соответствующего контроллера (10) через молоточные цепи с применением метода широтно-импульсной модуляции напряжения питания, а контроллеры (10) синхронизированы через основной полетный контроллер (9).
В свою очередь основной полетный контроллер (9) осуществляет свою функцию с помощью управляющей системы (11), в которую входит: модуль приемника - передатчика (или модуль управления) (12), ультразвуковой сонар (13) и модуль телеметрии (14). Модуль телеметрии выполняет функцию определения положения платформы, ее высоты, скорости, курса, и характеристик всех устройств и приборов. Платформа снабжена также приемником GPS (15), позволяющим определить координаты платформы в географической точке.
Фюзеляжем в представленной конструкции является сложная силовая конструкция, которая связывает между собой все части и устройства в единое аэродинамическое устройство для размещения рекламы. Платформа (3), являясь частью фюзеляжа, выполнена в виде рамной конструкции с радиальными балками (16), в центральной части которой снизу закреплена силовая рама (17) с размещенными на ней информационным полотном (18) и балансировочным грузом (19). Длина радиальной балки рассчитывается исходя из требования устойчивости всей конструкции в воздухе относительно переменной характеристики - габарит информационного полотна, которое привешивается к платформе.
Платформа (3), выполнена, например, из профильных балок, соединенных, например, в кольцевую конструкцию (20), от которой отходят радиальные балки (16) расчетной жесткости. Радиальные балки платформы могут быть выполнены упругими, и в походном положении (рабочем положении) под действием подъемной аэродинамической силы пропеллера, размещенного на каждой балке, занимают горизонтальное положение. Материал рамы может быть взят как из металла, например, алюминия, так и из пластмассы. Важно, чтобы соблюдалось условие, при котором ось каждого пропеллера (5) и точки приложения равнодействующих аэродинамических сил на лопастях пропеллера, при угле атаки, равном 0, примерно лежали в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось платформы и через центр тяжести всей конструкции.
Для крепления рекламного полотнища (18), в центральной кольцевой части платформы (5) может быть размещена силовая балка (21), на которую снизу крепят вертлюг (22) с жестко закрепленной к нему силовой рамой (17), удерживающей рекламное (информационное) полотнище (18) с балансировочным грузом (19). Для удержания полотнища в вертикальном положении при перемещении платформы или при ветровых нагрузках, например, балансировочный груз (19) закреплен внизу информационного полотна непосредственно к нему или через вспомогательную балку (23). Груз (19) может быть размещен посредством троса (24) и расположен ниже нижнего края информационного полотна. На силовой балке (17) может быть также закреплен механизм разворачивания полотнища или стопор, (на чертеже не показан).
Аэродинамическое устройство работает следующим образом.
Под управлением передающего устройства, находящегося на земле, осуществляют управление двигательной установкой (4) аэродинамического устройства. При этом управляющая система (11) передает на землю сигналы в реальном времени с информацией о положении, скорости, высоте, курсе, состоянию приборов на установке. Эта информация отражается на экране ЭВМ, например, портативном компьютере, обрабатывается, и модуль приемника (управления) (12) воспринимает управляющие команды, которые он передает на основной полетный контроллер (9). Ультразвуковой сонар (13), модуль телеметрии (14) с помощью модуля GPS (15) определяет положение аэродинамического устройства в неподвижной системе координат после запуска двигательной установки (4). В устройстве используют бесколлекторные моторы, которые являются синхронными двигателями, основанными на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией. Они управляются с помощью основного полетного контроллера (9), суть такого управления состоит в управлении вектором магнитного поля статора моторов в зависимости от положения ротора. Коммутация в контроллерах осуществляется и контролируется с помощью электроники. Двигательная установка обеспечивает самый широкий диапазон регулирования скорости у выбранных моторов, при этом обеспечивает контролируемые координаты установки. Измеренные в неподвижной системе координат параметры преобразуются к управляющей системе в сигналы, из которых выделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторов контролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющих воздействий. Предложенная система относится к бесконтактным электродвигателям постоянного тока, которые представляют собой электрические машины с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие датчик углового положения ротора и полупроводниковый коммутатор. Однако в предложенной системе могут, в частности, быть применены и асинхронные двигатели с преобразователем частоты.
В исходном положении, когда устройство находится на земле в нерабочем положении, радиальные балки (16) могут прогибаться под тяжестью размещенных на них моторов и пропеллеров. Однако при работе моторов и раскручивании пропеллеров, создается подъемная сила, которая уменьшает действие гравитационной силы, балки занимают близкое к горизонтальному положение, обеспечивая расположение пропеллеров устройство поднято на некоторую высоту, достаточную для распрямления рекламно-аэродинамическую устойчивость всего устройства и, одновременно, расположение его в заданной географической точке.
простоту эксплуатации, универсальность предложенного аэродинамического устройства., что, в свою очередь, важно для эксплуатации рекламного носителя.
наличии значительных силовых воздействий на размещаемое на устройстве рекламно-информационное полотно (18), обеспечивается за счет управляемой работы двигательной установки (4) и расположения пропеллеров на относительно большом по площади аэростатическом подъемном теле (1). Эта устойчивость и динамическая регулировка за счет регулирования подъемной силы на пропеллерах (5) обеспечивает возможность зависимости от грузоподъемности, величина подъемной силы, которая удерживает все устройство в заданной географической точке, может быть обеспечена как одним, так и несколькими пропеллерами с моторами. Эта величина может варьироваться от одного до восьми и более. Количество пропеллеров, которые используют без мотора, также могут варьироваться. Поскольку их основная функция - обеспечить устойчивость, то минимум таких пропеллеров может быть три, максиму - восемь и более. Кроме того, может быть в установке применена комбинация из нескольких пропеллеров с моторами и нескольких пропеллеров без моторов, при этом все они могут находиться только на радиальных балках, (см. Фиг.3). Следовательно, предложенное устройство позволит поднимать в заданной географической точке большие по площади рекламные полотнища, щиты и прочие приспособления, а также удерживать их в стабильном положении на заданной позволяет перемещать рекламные полотнища из одной точки в другую, что также важно при универсальной рекламе, которую требуется показать наибольшему количеству людей.
На платформе дополнительно можно создавать и иные световые и звуковые эффекты для создания наиболее сильного воздействия, которые получают с помощью размещенных на платформе дополнительных устройств, например, проекторов или динамиков (на чертежах не показано). Устройством легко управлять с земли и контролировать его в ручном или автоматическом режиме.
Новизна предложенного технического решения состоит в том, что за счет использования, по меньшей мере, одного бесколлекторного двигателя в двигательной установке и расположения винтов на платформе преодолена необходимость использования длинных тяг с гибким каналом подачи энергии питания, не требуется использование преобразователей энергии питания в крутящий момент вращения пропеллера (винта) летательного аппарата, одновременно обеспечивается размещение платформы на заданной высоте и ее вертикальный взлет, за счет чего также обеспечено плавное развертывание информационного полотна, стабильное ее размещение в заданной географической точке и относительная устойчивость платформы к боковым (в частности, ветровым) нагрузкам при относительно простой конструкции двигательной установки и простоты управления этой установкой.
Вышеуказанные признаки в совокупности с пропеллерами, которые выполнены независимо работающими от остальных пропеллеров, и возможность синхронизировать их работу с помощью контроллеров и управляющей системы, обеспечивает технический результат - достаточную устойчивость аэродинамического устройства в воздухе при воздействии на большую площадь рекламного полотнища ветровой нагрузки и постепенное его разворачивание при подъеме устройства, что в свою очередь, обеспечивает стабильность местоположения аэродинамического устройства, обеспечение возможности представления габаритных полотнищ с нанесенной на них информацией.
Следовательно, достигнут заявленный технический результат.