БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области малоразмерной авиационной техники, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), предназначенным для проведения экологического и радио мониторинга окружающей среды.
Известен «Разведывательный беспилотный летательный аппарат» (патент на полезную модель Российской Федерации №41295 20.10.2004), выполненный по аэродинамической самолетной схеме моноплана, включающего фюзеляж, крыло и хвостовое оперение, при этом крыло имеет флайперон, фюзеляж соединен с хвостовым оперением балкой, закрепленной по продольной оси летательного аппарата на центроплане. Хвостовое оперение выполнено V-образным и состоит из двух симметрично расположенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата килей, закрепленных на балке, каждый из которых снабжен поворотным рулем, рули установлены с возможностью их дифференциального отклонения, силовая установка размещена в головной части фюзеляжа и состоит из электрического аккумулятора, электродвигателя и кинематически связанного с электродвигателем тянущего воздушного винта, а бортовое радиоэлектронное оборудование включает в себя функционально связанные между собой телевизионную аппаратуру наблюдения, приемо-передающий блок, приемо-передающую антенну и размещено во внутренней полости крыла.
Однако он обладает узкими функциональными возможностями:
- не может совершать полеты большой длительности, т.к. имеет ограничение по емкости бортового источника питания для тягового электрического двигателя;
- в случае необходимости не может совершить посадку на водную поверхность, ибо это приведет к выходу из строя бортового радиоэлектронного оборудования;
- даже в сложенном состоянии самолет требует громоздкой тары для транспортировки.
Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому устройству является «Телеуправляемый летательный аппарат» (Макеев В. Маленький самолет - большие возможности // Моделист-конструктор. 1980, №10), предназначенный для сельскохозяйственных работ - рассеивание полезных насекомых, причем летательный аппарат представляет собой подкосный моноплан с крылом большого удлинения. Фюзеляж БПЛА - типа монокок и представляет собой гондолу, на которой размещено все оборудование и силовая установка, соединенную балкой переменного сечения с хвостовым оперением, которое представлено килем с рулем поворота и цельноповоротным стабилизатором. Силовая установка представлена двигателем внутреннего сгорания с толкающим воздушным винтом, баком и рулевой машинкой «газа». Рулевые машинки (за исключением элеронных) закреплены на общей плате в передней части фюзеляжа. Элеронные же машинки установлены на крыле. Управление БПЛА осуществляется бортовым радиоэлектронным оборудованием представленным пропорциональной авиамодельной аппаратурой, блоки которой размещены в передней части гондолы.
Однако он имеет ряд ограничений в эксплуатации при проведении экологического и радио мониторинга:
- посадку может совершать только на ровную поверхность (поле со скошенной травой, ВПП);
- крыло ЛА не членится на два полукрыла тем самым представляя трудности при транспортировке;
- при выполнении вынужденной посадки в зоне наличия естественных препятствий (заборы, ограды, лес и т.д.) или водной поверхности аппарат гарантированно будет разрушен;
- летательный аппарат не приспособлен к выполнению полета и посадки в ночное время.
Задачей полезной модели является создание такого беспилотного летательного аппарата, который за счет своей конструкции решал бы задачи возникающие во время его эксплуатации.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение возможности безаварийного проведения экологического и радио мониторинга.
Технический результат достигается тем, что беспилотный летательный аппарат выполнен по аэродинамической схеме однофюзеляжного моноплана и содержит фюзеляж, который представляет собой гондолу, соединенную балкой с хвостовым оперением, которое состоит из цельноповоротного стабилизатора и киля с рулем поворота, крыла, силовой установки в виде двигателя внутреннего сгорания с воздушным винтом и баком, бортового радиоэлектронного оборудования, полезной нагрузки и рулевых машинок и дополнительно содержит систему автоматического управления с приемопередающей антенной, приемник воздушного давления, парашют, надувной буфер, пилон, посадочные огни и зуммер и выполнен с высокорасположенным крылом, которое представлено в виде двух полукрыльев, гребенки которых зафиксированы в обойме в верхней части гондолы с помощью двух металлических штырьков, при этом полукрылья снабжены элеронами, которые размещены по задней кромке полукрыльев со стороны их сопряжения с гондолой, балка закреплена по продольной оси летательного аппарата на гондоле, стабилизатор хвостового оперения состоит из двух съемных консолей, рулевые машинки, управляющие элеронами и стабилизатором, расположены на одной плате в верхней части гондолы, парашют и надувной буфер расположены в нижней части гондолы и закрыты крышкой, соединенной с рулевой машинкой, установленной в нижней части гондолы, бортовое радиоэлектронное оборудование включает в себя функционально связанные систему автоматического управления размещенную в верхней части гондолы с приемо-передающей антенной закрепленной в верхней части киля хвостового оперения и трубкой приемника воздушного давления, которая установлена спереди верхней части гондолы, направлена против потока и выступает на 10…20 мм и аппаратуру полезной нагрузки, которая является сменной и размещена во внутренних полостях полукрыльев, посадочные огни определены спереди и сзади гондолы, зуммер закреплен в носу нижней части гондолы, силовая установка размещена на пилоне на верхней части гондолы, так же установлена рулевая машинка управления двигателем, бак выполнен прозрачным и съемным, причем нижняя часть гондолы и выходы рулевых машинок управляющих элеронами, стабилизатором и крышкой, закрывающей парашют и надувной буфер, установлены герметично.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении полезной модели, в виде возможности безаварийного проведения экологического мониторинга и радиомониторинга и возможности совершения посадок БПЛА как на земную, так и на водную поверхность.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявляемого беспилотного летательного аппарата для обеспечения возможности безаварийного проведения экологического и радио мониторинга отсутствуют, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию "новизна".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид БПЛА сбоку, фиг.2 - вид БПЛА сверху, фиг.3 - крепление полукрыльев к фюзеляжу и введены следующие обозначения:
1 - фюзеляж;
2 - гондола;
3 - верхняя часть гондолы;
4 - нижняя часть гондолы;
5 - обойма;
6 - хвостовая балка;
7 - продольная ось летательного аппарата;
8 - консоли цельноповоротного стабилизатора;
9 - киль с рулем поворота;
10 - полукрылья;
11 - гребенки полукрыльев;
12 - элероны;
13 - штырьки металлические фиксации полукрыльев;
14 - плата рулевых машинок элеронов и стабилизатора;
15 - парашют;
16 - надувной буфер;
17 - крышка закрывающая парашют и надувной буфер;
18 - рулевая машинка открывающая крышку;
19 - система автоматического управления;
20 - приемо-передающая антенна;
21 - трубка приемника воздушного давления;
22 - полезная нагрузка сменная;
23 - посадочные огни (передний, задний);
24 - зуммер;
25 - силовая установка;
26 - пилон;
27 - двигатель внутреннего сгорания;
28 - винт воздушный тянущий;
29 - рулевая машинка «газа» ДВС;
30 - бак топливный сменный и прозрачный,
Беспилотный летательный аппарат содержит фюзеляж 1, представляющий собой гондолу 2, состоящую из верхней 3 и нижней 4 частей, которые соединены механически и герметично. В верхней части гондолы установлена обойма 5 и жестко закреплена хвостовая балка 6, закрепленная по продольной оси 7 летательного аппарата. На балке 6 установлено хвостовое оперение в виде консолей цельноповоротного стабилизатора 8 и киля 9 с рулем поворота. Полукрылья 10 с гребенками 11 и элеронами 12 закреплены в обойме фиксирующими штырьками 13. Рулевые машинки управления элеронами и стабилизатором размещены на плате 14, которая в свою очередь установлена в верхней части гондолы. Парашют 15 и надувной буфер 16 закрыты крышкой 17, которая механически соединена с рулевой машинкой 18 и установлена в нижней части гондолы, причем крышка установлена негерметично с верхней частью гондолы. Система автоматического управления 19 установлена в нижней части гондолы, ее приемно-передающая антенна 20 установлена на киле, а трубка приемника воздушного давления 21 установлена спереди верхней части гондолы. Сменная полезная нагрузка 22 размещена в полостях полукрыльев, а посадочные огни 23 (передний и задний) и зуммер 24 снизу гондолы. Силовая установка 25 представлена на пилоне сверху гондолы и состоит из двигателя внутреннего сгорания 27, винтом воздушным тянущим 28, рулевой машинкой "газа" 29 ДВС и топливным баком 30 прозрачным и сменным.
БПЛА работает следующим образом:
К месту старта летательный аппарат доставляется в транспортном контейнере в разобранном виде - полукрылья 10 и консоли 8 цельноповоротного стабилизатора отстыкованы от фюзеляжа 1.
После извлечения БПЛА из транспортного контейнера осуществляется его сборка в следующей последовательности:
- пристыковываются к фюзеляжу 1 консоли 8 цельноповоротного стабилизатора;
- одновременно производится стыковка разъемов полезной нагрузки 22 и пристыковка полукрыльев 10, которые своими гребенками 11 вставляются в обойму 5 верхней части гондолы 2 и фиксируются там металлическими штырьками 13;
- к силовой установке 25 размещенной на пилоне 26 стыкуется топливный бак 30 (сменный и прозрачный).
Затем БПЛА устанавливается на катапульту (пусковое устройство) и выполняются следующие операции по подготовке к старту:
- включается боровое радиоэлектронное оборудование;
- проводится загрузка программы полета в САУ 19 по радиоканалу через приемо-передающую антенну 20;
- САУ используя свой канал GPS-Глонасс определяет местоположение БПЛА;
- вручную обнуляется датчик барометрического давления САУ 19;
- САУ 19 автоматически проверяет исправность бортовых систем и в случае готовности к полету выдает сигнал о возможности старта БПЛА на пункт управления (ПУ);
- с ПУ на САУ 19 по радиоканалу подается сигнал и напряжение от бортового аккумулятора на свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания 27.
После этого осуществляется запуск ДВС 27 ручным электростартером, проверяется устойчивость работы двигателя на разных оборотах воздушного винта 28 - обороты регулируются рулевой машинкой 29 «газа» ДВС.САУ 19 отключает свечу зажигания ДВС от бортового аккумулятора и сигнализирует о готовности БПЛА к старту.
Сигнал на старт БПЛА поступает с ПУ по радиоканалу через приемопередающую антенну 20 на САУ 19, которое, в свою очередь, выдает сигнал на спусковой механизм катапульты и БПЛА осуществляет взлет, используя ускорение, создаваемое катапультой.
Далее полет БПЛА выполняется в автоматическом режиме согласно заложенной в САУ 19 программе, причем данные о воздушной скорости поступают с трубки приемника воздушного давления 21. Управление аэродинамическими поверхностями (элеронами 12 и консолями 8 цельноповоротного стабилизатора) осуществляется рулевыми машинками.
Важным этапом полета БПЛА является посадка (штатная или аварийная). И штатная и аварийная посадки осуществляются или по самолетному на «брюхо» аппарата или с помощью парашюта 15 и надувного буфера 16, причем посадка может осуществляться как на сушу так и на водную поверхность.
При штатной или аварийной посадке по самолетному (без выпуска парашюта 15 и надувного буфера 16) БПЛА работает следующим образом:
- после выполнения полетного задания и возвращения БПЛА к месту старта САУ 19 выключает ДВС 27 посредством рулевой машинки «газа» 29 или в случае самопроизвольной остановки ДВС 27 аппарат автоматически осуществляет плавное снижение вплоть до соприкосновения с землей;
- при ударе БПЛА о возможное препятствие (дерево, забор, ограда и т.д.) происходит срезание металлических штырьков 13 фиксирующих гребенки 11 полукрыльев 10 в обойме 5 и полукрылья отстыковываются от фюзеляжа 1 и тем самым предотвращается их возможная поломка;
- при посадке на водную поверхность не происходит проникновения воды внутрь фюзеляжа 1 (кроме отсека в нижней части гондолы 2 занятого парашютом 15 и надувным буфером 16), т.к. нижняя 4 часть гондолы 2 и выходы рулевых машинок установленных на плате 14 и управляющих элеронами 10 и консолями 8 цельноповоротного стабилизатора и рулевой машинки 18 открывающей крышку 17 установлены герметично.
При выполнении штатной или аварийной посадки на парашюте БПЛА работает следующим образом:
- при подлете к месту посадки БПЛА или в случае возникновения аварийной ситуации САУ 19 выдает команду на выключение ДВС 27 и рулевую машинку управления консолями 8 цельноповоротного стабилизатора заставляя летательный аппарат выполнить «горку» с целью погасить скорость БПЛА;
- с небольшой задержкой по времени по сигналу с САУ 19 срабатывает рулевая машинка 18 запирающая крышку 17 и освобождая парашют 15 и надувной буфер 16; парашют вытягивается, наполняется воздухом и ЛА повисает на парашютных стропах, буфер надувается набегающим потоком воздуха и ориентируется точно по продольной оси 7 ЛА снизу;
- первым земли касается надувной буфер 16, а на него совершает мягкую посадку БПЛА, так же осуществляется посадка и на водную поверхность;
- как и в случае посадки по самолетному на водную поверхность проникновение воды внутрь гондолы 2 (исключая пространство закрытое крышкой 17) не происходит, т.к. выход рулевых машинок управляющих элеронами 12, консолями 8 стабилизатора и рулевой машинки 18, открывающей крышку 17, и нижняя 4 часть гондолы 2 установлены герметично.
БПЛА выполняет полеты и в ночное время суток. Для визуализации пространственного положения летательного аппарата в процессе посадки система автоматического управления 19 включает посадочные огни 23 (передний - красный, задний - зеленый). Т.к. возможна посадка БПЛА в высокую траву или глубокий снег посадочные огни можно не разглядеть. Для облегчения поиска БПЛА обслуживающим персоналом одновременно с посадочными огнями системой автоматического регулирования включается зуммер 24.
После завершения полета и совершения посадки БПЛА, в случае необходимости повтора полета, опять устанавливается на пусковое устройство, где происходит подзарядка бортовых аккумуляторов и замена прозрачного топливного бака 30 (если топлива в баке не достаточно для выполнения повторного полета).
Если продолжение работы с БПЛА не предвидится, то аппарат разбирается и укладывается в транспортный контейнер.
Предложенный беспилотный летательный аппарат позволяет за счет своей конструкции получить безаварийную эксплуатацию при проведении экологического мониторинга, а именно:
- возможность посадки на водную поверхность;
- возможность посадки по самолетному на земную поверхность изобилующую различного рода препятствиями (бугры, камни, ограды и т.д.);
- возможность посадки на парашюте с использованием надувного буфера, который смягчает первый контакт с земной поверхностью;
- удобство при транспортировке благодаря возможности отстыковки полукрыльев и консолей стабилизатора от фюзеляжа;
- удобство обслуживания силовой установки при использовании сменного прозрачного топливного бака;
- возможность надежного контроля за посадкой БПЛА в ночное время с помощью посадочных огней и зуммера.
Таким образом приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:
- средство, выполняющее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в области эксплуатации беспилотных летательных аппаратов, а именно для проведения экологического и радиомониторинга;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;
- средство, выполняющее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентно-способности "промышленная применимость".
Промышленная применимость полезной модели обосновывается тем, что она может быть использована в различных условиях эксплуатации БПЛА самолетной схемы.