Механизм складывания лучей для мультикоптеров

В настоящее время мультикоптеры широко используются для выполнения задач различного спектра: художественной съемки, мониторинга местности, поиска людей и т.п., однако использование мультироторных дронов сильно ограничено низкой длительностью полета таких аппаратов. Одним из способов повышения длительности полета дронов является использование специальных винтомоторных групп (ВМГ), оптимизированных под использование пропеллера большого диаметра со сравнительно небольшой скоростью вращения. Одним из недостатков такого решения является увеличение размера аппарата за счет использования длинных лучей, что, о свою очередь, является препятствием для широкого использования таких дронов, в первую очередь, из-за сложностей с транспортировкой. Помимо этого, увеличение длины лучей способствует увеличению нагрузок на раму дрона в области крепление лучей, что, в свою очередь, вынуждает использовать более прочные элементы конструкции ценой ухудшения массогабаритных характеристик дрона. Таким образом, существует потребность в разработке и реализации механизмов складывания лучей для дронов, которые позволили бы упростить транспортировку и хранение дронов, а также обладали весовыми и прочностными характеристиками, необходимыми для применения в конструкциях дронов.
Известно техническое решение, в котором лучи мультикоптера способны вращаться вокруг расположенной на своем внутреннем конце вертикальной оси и фиксироваться в развернутом положении с помощью эластичных нейлоновых клипс. Данный механизм применяется в рамах мультикоптеров производства китайской фирмы Tarot (https://tarot-rc.com/iron-man-650-foldable-quad-copter-frame-plastic-landing-skidtl65b02-p2562523.html). Такой механизм удобен благодаря высокой скорости складывания и раскладывания рамы, однако имеет ряд недостатков. В частности, эластичная клипса никак не препятствует нагрузкам на кручение и сжатие-растяжение луча, а кроме того, может потерять эластичность и сломаться при низких температурах окружающей среды.
Известно техническое решение (патент RU 188461 U1), в котором лучи мультикоптера способны вращаться вокруг расположенной на своем внутреннем конце вертикальной оси и фиксироваться в развернутом положении с помощью скользящей П-образной скобы и подпружиненных пальцев. Такая конструкция способна обеспечить высокую степень компактизации мультикоптера, однако сложна в исполнении. В частности, требуется выполнить точное сверление трубок лучей, что может также негативно сказаться на их прочности. Помимо этого, использование раздвижных лучей может быть сопряжено с люфтами конструкции, что затрудняет точную балансировку двигателей дрона.
Задача, на решение которой направлено использование заявленной полезной модели, заключается в повышении уровня удобства транспортировки и хранения дронов за счет складной конструкции, при сохранении механической прочности, небольшого веса рамы и способности к работе условиях низких температур.
Данная задача выполняется за счет того, что каждый из лучей дрона на своем внутреннем конце закреплен к раме через оси, позволяющие лучам вращаться вокруг них, но исключающих любое другое движение. Помимо этого, каждый из лучей оборудован установленным на нем зажимом группы зацепления, содержащим в себе изогнутый по дуге разъем типа «ласточкин хвост». На корпусе дрона установлены неподвижные детали группы зацепления, имеющие в себе ответную часть разъема и расположенные так, что разъемная часть лучей полностью вводится в ответную часть неподвижных деталей при полном разворачивании рамы дрона, а затем фиксируется шплинтом.
В процессе развертывания оператор располагает дрон горизонтально на земле или другой твердой поверхности, после чего, поворачивая лучи дрона вокруг вертикальных осей, приводит их в полетное положение, после чего фиксирует их, вручную вставляя кольцевой шплинт в предусмотренные для этого отверстия. Для свертывания и компактизации дрона оператор выполняет эти действия в обратном порядке: извлекает шплинты и вращает лучи в обратном направлении.
Предлагаемый механизм обеспечивает компактизацию дрона, при этом обеспечивая высокую механическую прочность конструкции, как за счет жесткого закрепления луча в двух точках, так и за счет отсутствия необходимости выполнять распилы или сверление трубки луча, что немаловажно при использовании композитных материалов. Кроме того, такая система обладает небольшим весом, что существенно для полетных характеристик БПЛА.
Конструкция полезной модели поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - пример конструкции дрона с лучами в сложенном и рабочем положении.
Фиг. 2 - луч дрона в полетном положении.
Фиг. 3 - луч дрона в сложенном положении.
Фиг. 4 - луч дрона в разрезе.
Фиг. 5 - группа зацепления.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - трубка луча, 2 - внутренний наконечник луча, 3 - ось, 4 - втулка, 5 - зажим группы зацепления, 6 - неподвижные детали группы зацепления, 7 - внешний наконечник луча (моторама) с двигателями, 8 - механический разъем «ласточкин хвост», 9 - разрез зажима, 10 - отверстия зажимного винта, 11 - отверстия для фиксации шплинтом, 12 - кольцевой шплинт.
Луч мультикоптера имеет на своем внутреннем конце установленный на трубку 1 внутренний наконечник 2, способный свободно вращаться вокруг неподвижно прикрепленной к корпусу оси 3, имеющей форму цилиндра. Внутренний наконечник 2 центрируется по отношению к оси 3 с помощью втулок 4. На некотором расстоянии от внутреннего наконечника на трубке 1 установлен зажим 5 группы зацепления. В свою очередь, на корпусе дрона жестко закреплены неподвижные детали 6 группы зацепления. На внешнем конце каждого луча установлены внешние наконечники (моторамы) 7 с двигателями. Механический разъем 8 группы зацепления может быть исполнен по типу «ласточкин хвост», либо иметь любую другую форму, исключающую любое смещение зажима 5 по отношению к неподвижным деталям 6, за исключением вращения вокруг оси 3. Для обеспечения возможности вращения луча вокруг оси 3 разъемные части деталей группы зацепления изогнуты по дуге с радиусом, соответствующим расстоянию зажима от оси вращения 3. Для фиксации зажима 5 группы зацепления на трубке 1 зажим имеет разрез 9 и отверстие 10 для зажимного винта. При затягивании зажимного винта (на фигуре не показан) зажим стягивается и обжимает трубку 1, плотно фиксируясь на ней. Зажим 5 и неподвижные детали 6 группы зацепления имеют отверстия 11 для фиксации лучей в развернутом положении и исключения самопроизвольного складывания в полете. Фиксация может достигаться с помощью установки кольцевого шплинта 12, либо другими способами, предусматривающими использование отверстий 11, например, с помощью использования пружинных гильз-фиксаторов.
Для развертывания дрона в рабочее положение оператор осуществляет поворот луча вокруг оси 3 до полного ввода разъемных частей зажима 5 группы зацепления в ответные части неподвижных деталей 6 группы зацепления, после чего фиксирует луч в раскрытом положении путем ввода шплинта 12 в отверстия 11. Данные действия выполняются для каждого луча дрона, оснащенного заявляемой системой складывания.
Для складывания дрона оператор извлекает фиксирующие шплинты 12 из отверстий 11, после чего осуществляет поворот луча вокруг оси 3 в обратном направлении, тем самым извлекая разъемные части зажима 5 из ответных разъемных частей неподвижных деталей 6 группы зацепления.