Многофункциональная летающая лаборатория (МФЛЛ) на базе транспортного самолета
MULTIFUNCTIONAL TESTBED AIRCRAFT (MFTA) BASED ON TRANSPORT AIRCRAFT

Область техники
Изобретение относится к авиационной технике, а именно, к летающим лабораториям (ЛЛ) и может быть использовано для летных испытаний объектов авиационной техники, в том числе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Уровень техники
Известна технология «Гремлин» («Американцы создадут механическую руку для отлова «гремлинов» https://nplus1.ru/news/2016/09/27/gremlins), позволяющая с помощью манипулятора выпускать из грузового отсека самолета БПЛА, с помощью тросовой буксировочной системы принимать на борт БПЛА, снабженного устройством зацепки тросовой буксировочной системы.
Однако данная технология, предназначенная для сброса и приема только относительно легких и малоразмерных БПЛА в зоне непосредственной близости от самолета-носителя за счет малой длины штанги манипулятора, не обеспечивает режимы, необходимые для летных исследований и испытаний крупных БПЛА как на режимах отделения от самолета-носителя, так и в режимах буксировки в маловозмущенном воздушном потоке, а также при открытом грузовом люке в грузовом отсеке самолета-носителя на больших высотах, когда низкое атмосферное давление исключает нахождение людей в грузовом отсеке и, соответственно, возможность обслуживания выпуска и приема БПЛА.
Известен патент США №3520502 «Устройство выгрузки и возврата грузов для самолета», опубл. 14.07.1970 г., содержаний транспортный самолете грузовым отсеком, разгружающее устройство, выполненное в виде тележки, перемещающейся с грузом - дроном или вспомогательным самолетом - по рельсовым путям, расположенным в верхней части грузового отсека. Буксировка груза осуществляется на отклоняемой части рельса, управляемого силовым механизмом с лебедкой с тросом. Также известен патент США №9132916 «Система запуска и возврата на самолет БПЛА», опубл. в 2015 г., содержащий систему выброса и возврата однотипных, относительно малого веса и размера БПЛА из контейнера, размещенного вне грузового отсека самолета- или вертолета-носителя, в автоматическом режиме с помощью захвата грейферного типа, расположенного на манипуляторе.
Однако данные заявленные «устройство» и «система запуска» не являются многофункциональными и не могут быть применены при исследованиях и испытаниях различных БПЛА, обладающих большой массой и размерами, а также при отработке воздушных платформ для транспортировки и сброса различных объектов, так как захват грейферного типа не может обеспечить захват и удержание крупногабаритных и крупноразмерных БПЛА. Также контейнер с БПЛА, расположенный вне самолета-, вертолета-носителя, является элементом, возмущающим воздушный поток, что в совокупности с малой длиной штанги манипулятора исключает возможность летных исследований методом буксировки в маловозмущенном воздушном потоке. При этом при выдвинутом в поток контейнере неизбежно снижается скорость полета самолета-, вертолета-носителя БПЛА, а также имеет место наличие демаскирующего фактора в случае применения БПЛА военного назначения.
Известен патент США №8231083 «Система и способ воздушного запуска и возврата летательного аппарата», опубл. в 2012 г. В системе сброс и возвращение БПЛА с самолета-носителя осуществляется с помощью тросового механизма. При этом буксировочный трос наматывается на барабан, размещенный в грузовом отсеке, а сброс и возвращение - через открытый грузовой люк в хвостовой части самолета.
Однако при этом не происходит жесткой фиксации БПЛА при выпуске и возвращении его на борт самолета-носителя, что может привести в результате действия вихревых возмущений к столкновению БПЛА с самолетом-носителем, а также тросовый механизм не обеспечивает перемещение внутри грузового отсека БПЛА при выводе и приеме без вытяжного парашюта. А при приеме на борт самолета-носителя тросовый механизм не обеспечивает контролируемый вход БПЛА в самолет-носитель, что не позволяет использовать данную систему при летных исследованиях и испытаниях БПЛА и воздушных платформ.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в возможности проведения летных испытаний различных объектов поточным методом, в массовом количестве и в сжатые сроки при умеренной стоимости эксперимента за счет использования освоенных серийно компонентов, в получении необходимых результатов эксперимента путем ориентации в потоке объекта испытаний с целью обеспечения оптимального его положения в момент отделения объекта испытаний, уменьшения балансировочных потерь.
Существенные признаки
Для достижения указанного технического результата в многофункциональной летающей лаборатории на базе транспортного самолета, содержащей транспортный самолет с грузовым отсеком и манипулятором, выполненным с возможностью во время испытательного полета выводить объект испытаний из грузового отсека транспортного самолета в воздушный поток, осуществлять его буксировку на отклоняемой части выдвижной стрелы манипулятора с последующим сбросом или возвращением его в грузовой отсек, с разгружающим устройством, перемещающимся по рельсовым путям, расположенным в верхней части грузового отсека, объект испытаний размещается в грузовом отсеке транспортного самолета - носителя, выполненного с подсистемой вывода объекта через грузовой люк, расположенный в хвостовой части фюзеляжа. Манипулятор выполнен с гидравлическим приводом, телескопической стрелой, состоящей из перемещающейся горизонтально основной части и отклоняемой части, обеспечивающей поворот и вывод в поток объекта. Разгружающее устройство выполнено в виде разгружающей тележки, механически связанной с основной частью стрелы в точке крепления отклоняемой части стрелы и перемещающейся по рельсовым путям, расположенным в верхней части грузового отсека, за счет и одновременно с перемещением основной части стрелы.
Дополнительно на конце отклоняемой части стрелы установлено устройство для крепления и ориентации в потоке объекта испытаний для обеспечения оптимального его положения в момент отделения объекта испытаний и для уменьшения балансировочных потерь.
При этом на МФЛЛ установлена система дистанционного управления и контроля, которая контролирует и управляет ходом эксперимента как из грузового отсека, так и из гермокабины.
Также в МФЛЛ установлены устройства электропитания оборудования, пульты управления и контроля, размещенные как в грузовом отсеке, так и в гермокабине, система видеонаблюдения.
Предлагаемая многофункциональная летающая лаборатория на базе транспортного самолета иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показана МФЛЛ с манипулятором в исходном положении.
На фиг. 2 - манипулятор в рабочем положении для выгрузки объекта испытаний.
На фиг. 3 - схема механизма вывода и ориентации объекта испытаний в МФЛЛ.
МФЛЛ (фиг. 1) содержит самолет-носитель 1, грузовой отсек 2, манипулятор 3 с гидроприводом (не показан) и телескопической стрелой, состоящей из основной части 4 и отклоняемой части 5 с устройством для крепления и ориентации 6 объекта испытаний 7, разгружающую тележку 8 на рельсовых путях 10, связанную через соединительное звено 9 с основной частью 4 телескопической стрелы 4, 5, пульт дистанционного управления и контроля 11 в грузовом отсеке 2 и пульт дистанционного управления и контроля 12 в гермокабине 13. В грузовом отсеке установлены гидроцилиндр 14, соединенный с отклоняемой частью стрелы 5, гидроцилиндр поворота 15, связанный с устройством крепления и ориентации 6.
Работа МФЛЛ осуществляется на самолете-носителе 1 следующим образом.
В исходном положении (фиг. 1) объект испытаний 7 находится в грузовом отсеке самолета-носителя и закреплен на устройстве крепления и ориентации 6 на конце подвижной отклоняемой части стрелы манипулятора 5. При этом основная 4 и отклоняемая 5 части стрелы манипулятора находятся во втянутом положении. Выдвижение объекта испытаний 7 в поток (фиг. 2, 3) происходит в следующем порядке: по управляющему сигналу с пульта управления и контроля 11, если эксперимент проводится на высотах до 4 тысяч метров, или пульта управления и контроля 12 на высотах более 4 тысяч метров с помощью гидропривода манипулятора 3 происходит выдвижение по горизонтали основной части стрелы 4, при этом происходит разгружение ее по весу объекта испытаний 7 путем передачи усилия на разгружающую тележку 8 через соединительное звено 9, перемещающуюся по рельсовым путям 10. Разгружающая тележка 8 не имеет собственного привода и перемещается совместно и за счет перемещения основной части стрелы 4, приводимой в движение гидроприводом манипулятора 3. При достижении заданного положения по сигналу от системы управления с пульта 11 или 12 горизонтальное выдвижение основной стрелы 4 прекращается. Затем по сигналу от системы управления с пультов 11-12 происходит поворот гидроцилиндром поворота 14 отклоняемой части стрелы 5 с одновременным ее выдвижением до заданного положения. При этом объект испытаний 7, закрепленный на устройстве крепления и ориентации 6, выдвигается в поток. Одновременно по сигналу от системы управления с пульта 11 или 12 происходит разворот гидроцилиндром поворота 15 устройства крепления и ориентации 6 объекта испытаний 7 в заданное положение с целью обеспечения минимальных балансировочных потерь и оптимального угла тангажа при сбросе объекта испытаний 7, по сигналу от системы управления в соответствии с заданием производится сброс или отделение объекта 7 от устройства 6. В случае, когда эксперимент предусматривает испытание методом буксировки, то отделение объекта испытаний 7 не производится, а после окончания эксперимента объект 7 заводится в грузовой отсек в обратном порядке.
Основное преимущество изобретения заключается в возможности проведения летных испытаний различных объектов испытаний в массовом количестве и в сжатые сроки, при умеренной, за счет использования освоенных серийно компонентов, стоимости эксперимента. Отдельным преимуществом изобретения является отсутствие необходимости организации экспедиции на испытательный полигон.