Система подзарядки аккумулятора беспилотного летательного аппарата
BATTERY CHARGING SYSTEM OF UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к области систем управления и может быть использовано для подзарядки аккумуляторов мобильных технических средств и в частности беспилотных летательных аппаратов.
Известны системы и устройства для подзарядки аккумулятора беспилотного летательного аппарата (патент US №7318564, патент US №5892350, патент №7227334, патент RU №2523420 и др.), в которых предусматривается подзарядка аккумулятора от линии электропередач переменного тока посредством кольцевого магнитопровода с обмоткой, например, в №7318564. Такая подзарядка имеет ограниченную область распространения ввиду отсутствия в районе полета линий электропередач необходимого напряжения. Кроме того, надежность контактов БПЛА с электропроводом невысокая и требует сложной системы наведения и фиксации на проводе.
Система подзарядки мобильного технического средства по патенту US №7227334 включает бортовые электроды, подключение к бортовому аккумулятору, навигационное устройство и зарядную станцию, состоящую из источника питания и матрицы дежурных электродов. Матрица дежурных электродов представляет собой два ряда горизонтально расположенных контактов.
Известная система не обеспечивает надежного контакта электродов летательного аппарата с контактами дежурных электродов источника питания и требует точного наведения и приземления летательного аппарата.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ зарядки аккумуляторных батарей беспилотных летательных аппаратов (патент RU №2593207, кл. H02J 7/00, опубл. в 2016 г.).
По известному способу зарядка аккумуляторных батарей реализуется с помощью зарядной установки, которая содержит два электрода и контроллер заряда, причем один из электродов выполнен в виде металлической решетки, а второй в виде металлического листа. Зарядное устройство летательного аппарата также имеет два электрода, один из которых располагается на опорах летательного аппарата и свободно проходит через ячейки решетки и контактирует с металлическими листами, а второй электрод располагается на корпусе летательного аппарата и контактирует с металлической решеткой.
При приземлении летательного аппарата на зарядное устройство происходит электрический контакт электродов беспилотного летательного аппарата с электродами зарядного устройства. Подзарядка осуществляется от аккумулятора, и одновременно производится контроль заряда.
К недостаткам прототипа можно отнести большую продолжительность подзарядки и слабую устойчивость летательного аппарата при подзарядке (ветер может отклонить аппарат от контактов аккумулятора зарядного устройства). На металлическом горизонтальном листе может собраться мусор (листва, грязь, вода, снег и пр.), что нарушит контакт электродов. Конструкция контактов электродов не в полной мере обеспечивает надежное их соединение, так как четыре точки контакта в разных плоскостях не могут одновременно надежно контактировать, а это значит, что зарядка будет производиться некачественно.
Целью настоящего изобретения является сокращение времени на подзарядку бортового аккумулятора беспилотного летательного аппарата и повышение надежности контактной системы электродов зарядного устройства и летательного аппарата.
Техническим результатом является резкое сокращение времени на подзарядку бортового аккумулятора летательного аппарата и увеличение надежности контактирования электродов аппарата с электродами зарядного устройства и повышение устойчивости аппарата при зарядке аккумулятора.
Указанный результат достигается тем, что источник питания для подзарядки аккумулятора беспилотного летательного аппарата выполнен в виде блока электролитических конденсаторов или ионисторов, выходящие клеммы которого подсоединены к электродам матрицы, причем «плюс» подключен к решетке, а «минус» - к металлической пластине или наоборот, при этом в электрической схеме питания включено устройство контроля зарядки аккумулятора летательного аппарата, причем контакты электродов на корпусе летательного аппарата выполнены Г-образной формы, а на опорах аппарата выполнены в виде поворотных подпружиненных клемм, а металлическая пластина выполнена выпуклой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид системы подзарядки, размещенной на крыше сооружения; на фиг. 2 - схема подзарядки летательного аппарата в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - узел 1 фиг. 2 - опора летательного аппарата и на фиг. 4 - узел 2 фиг. 2 показан контакт решетки зарядного устройства с электродом корпуса летательного аппарата.
Предложенная система подзарядки бортового аккумулятора беспилотного летательного аппарата состоит из: решетчатого электрода 1, снизу которого расположен второй электрод в виде металлической пластины 2. Оба электрода 1 и 2 подключены к клеммам источника питания 3, выполненного в виде электролитического конденсатора или ионистора (суперконденсатора), при этом электрод 2 подключен к клемме минус, а электрод 1 к клемме плюс ионистора (суперконденсатора). Сам конденсатор (ионистор) 3 подключен через адаптер 4 к электросети стандартного напряжения. Для контроля процесса зарядки устройство снабжено измерителем 5. Металлическая пластина 2 выполнена выпуклой формы.
Работа предложенного технического решения для подзарядки бортового аккумулятора летательного аппарата заключается в следующем.
Беспилотный летательный аппарат 6 с помощью собственной навигационной системы, расположенной на аппарате, и навигационного маяка 7, расположенного на площадке, где размещено зарядное устройство, ориентируется по отношению к месту расположения зарядного устройства. Зарядное устройство может располагаться на крыше отдельно стоящего высотного здания или сооружения, например элеватора, водонапорной башни. На беспилотном летательном аппарате имеются два электрода: один 8 на корпусе и второй 9 на опорах 10 летательного аппарата 6, которые свободно проходят через ячейки решетчатого электрода 1 и контактируют с металлической пластиной (электрод) 2. Для точного обеспечения контакта электрода 8 на корпусе летательного аппарата 6 и электрода 1 на решетке беспилотный аппарат 6 в нижней части имеет конусообразный выступ, а контактная клемма 8 выполнена в Г-образной формы и имеет скос. На опорах 10 летательного аппарата 6 установлена поворотная подпружиненная клемма 9, которая может быть выполнена в виде круглого или овального сечения. Беспилотный летательный аппарат 6 приземляется на зарядное устройство, при этом его опоры 10 проходят через ячейки решетчатого электрода 1, а выпуклая часть его днища попадает в одну из ячеек электрода 1, и аппарат скользит вниз (оседает), в результате чего происходит электрический контакт электродов 8 и 9 аппарата 6 с электродами 1 и 2 зарядного устройства. С помощью контролирующего устройства 5 производится сброс запаса энергии с бортового аккумулятора летательного аппарата 6. Это необходимо для обеспечения надежности и быстроты зарядки аккумулятора с помощью суперконденсатора (ионистора). Происходит быстрый заряд летательного аппарата 6 от электролитического суперконденсатора (ионистора) 3. Ионисторы 3 (суперконденсатор), как известно из физики, являются: накопителями со значительным запасом энергии и быстрым разрядом (время разряда (передача энергии из ионистора к потребителю) находится в пределах от десятков микросекунд, до десятков миллисекунд). Ионисторы используются, как известно, в электрофизике, импульсных источниках света в различных электро- и радиотехнических приборах, измерительных приборах, в строительном оборудовании, для запуска двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей военной техники и пр. [Литература: Шурыгина В. Суперконденсаторы. Размеры меньшие, мощность выше, журнал Электроника TБ. www.electronics/ru.2016г. или Денщиков К.К. Суперконденсаторы: принципы построения, техника и применение. Pandia.ru>text/78/057/96067.php.].
С целью обеспечения надежных контактов между электродами летательного аппарата 6 и зарядного устройства клеммы электродов 8 на корпусе аппарата выполнены Г-образной формы со скошенной кромкой (фиг. 4) и на концах опор 10 аппарата установлены повороты подпружиненные клеммы 9. Это позволяет без всякой регулировки и настройки обеспечивать надежный контакт электродов аппарата с электродами зарядного устройства. Выпуклость металлической пластины 2 способствует его очищению от различных осадков (ветер сдувает снег, листву, а вода стекает и пр.). Кроме этого выпуклость металлической пластины 2 позволяет повысить устойчивость летательного аппарата при подзарядке, так как возникают реакции (сопротивление) от наклонной поверхности (появляются составляющие сил, противодействующие сдвигу опор летательного аппарата).
Благодаря применению Г-образных клемм 8 и поворотных подпружиненных клемм 9 обеспечивается надежный контакт электродов летательного аппарата с электродами зарядного устройства. Контроль за зарядкой бортового аккумулятора летательного аппарата 6 осуществляется с помощью измерительного устройства 5, которое при полной зарядке аккумулятора летательного беспилотного аппарата 6 отключит источник питания 3 от аппарата 6, и аппарат 6 может далее выполнять свои функции, взлетая и покидая место зарядки.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает надежную и быструю подзарядку бортового аккумулятора беспилотного летательного аппарата. Данная система может быть использована и для подзарядки других технических средств (например, роботы, электрокары и др.).