АВТОНОМНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ (ДРОН)

АВТОНОМНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ (ДРОН) ОПИСАНИЕ
Полезная модель относится к области миниатюрных воздушных летательных аппаратов (дронов), т.е. устройств, способных осуществлять полет в атмосфере с минимальным вмешательством оператора или без такового и предназначенных для полета с небольшими грузами на борту (весом до нескольких килограмм) или без таковых.
Большинство используемых в настоящее время в мире дронов требуют постоянного контроля оператора. Часть их функций могут быть автономными. Обычно это ограничивается контролем стабильности полета, системой автоматического взлета и посадки, построенной как правило на базе датчиков высоты, и, в редких случаях, системой избежания столкновений с препятствиями, выполненной как правило на основе датчиков расстояния (радаров, сонаров и т.п.) Анализ данных этих сенсоров производится в большинстве случаев программным обеспечением с фиксированной логикой, иногда с элементами нечеткой логики (fuzzy logic), что часто не позволяет осуществить нужную функцию в автономном режиме, если ситуация, в которой находится дрон, достаточно нестандартная, ввиду низкой адаптивности данных технологий. Даже самые необходимые для непрерывного функционирования дрона операции, такие как посадка на зарядную площадку для перезарядки батареи, в большинстве случаев требуют полного контроля оператора на всех стадиях, что существенно ограничивает применение дронов в ситуациях, когда управление оператором невозможно или нежелательно (например, при перебоях связи или управлении большой группой дронов - роем).
Существуют разработки дронов с системой автономного управления на основе нейронных сетей, которые значительно улучшают адаптивность дронов к нестандартным ситуациям. Однако сложность проектирования и тренировки нейронных сетей с большим количеством входных каналов, в особенности при обработке комплексных сигналов (таких как видеопоток или эхо сонара) существенно ограничивают развитие этих технологий. Ограничение развития данных технологий увязано с пределами несущей нагрузки летательных аппаратов, поскольку чем меньше их несущая нагрузка, тем меньший вес управляющей и контролирующей электроники можно уложить в дрон. Указанные пределы связаны с тем, что физически полезная подъемная нагрузка дрона зависит от того, насколько удается снизить вес двигателя и аккумулятора дрона. В настоящее время достигнут практически потолок снижения их массы.
При этом другие элементы дрона несут не меньшую нагрузку, например, корпус и провода. В последнее время стали известны новые наработки по облегчению веса корпуса дронов, когда при создании дронов [см. http://news.ngs.ru/more/1999161/; опубл. 26.11.2014] корпуса выполняют целиком из углеродного волокна с применением нанотрубок. Нанотрубки представляют собой свернутые трубочками листы графена. Решение выбрано за прототип.
Недостатком технологии является сохранение проводов в конструкции дрона, что все равно накладывает ограничения на предел несущей нагрузки не смотря на снижение веса корпуса.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции корпуса дрона с целью исключения или снижения потребности в использовании проводов.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции дрона, облегчение веса, отсутствие потребности в использовании проводов или существенное снижение этой потребности, возможность собирать дроны нужного размера быстро в полевых условиях без применения вспомогательных инструментов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен автономный летательный аппарат (дрон), содержащий корпус, внутри которого установлен блок управления, соединенный с аккумулятором и двигателем, отличающийся тем, что корпус выполнен состоящим из блоков, причем часть корпуса выполнена в несколько проводящих слоев, разделенных слоями изолятора, а разделенные изоляторами слои проводника использованы в качестве проводящих дорожек.
Корпус может быть выполнен из углеродных нанотрубок.
Блоки корпуса могут быть изготовлены методом трехмерной печати.
Блок корпуса дрона может быть сформирован цельным.
Блок корпуса дрона может быть сформирован разборным из нескольких частей. Каждый блок корпуса дрона может быть выполнен в форме полой продолговатой горизонтальной трубки шестигранного или круглого сечения, переходящей на одном конце в полую вертикальную трубку, а на другом в скобу.
На скобе с горизонтальным круговым пазом, расположенным на вертикальной трубке может быть, установлена гибкая защелка.
Между отдельными элементами блока корпуса дрона могут быть установлены уплотнительные кольца.
На одной из вертикальных трубок блока корпуса дрона внизу может быть выполнена посадочная ножка.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан пример выполнения блока дрона в виде трубок шестигранного сечения, состоящего из трех раздельных частей.
На фиг. 2 показан модуль на фиг. 1 в разобранном состоянии.
На фиг. 3 показан пример выполнения блока дрона в виде трубок круглого сечения, состоящего из трех раздельных частей.
На фиг. 4 показан модуль на фиг. 3 в разобранном состоянии.
На фиг. 5 показан пример сборки дрона из шести блоков.
На фиг. 6 показан пример выполнения единого цельного блока дрона.
На чертежах: 1 - модуль с широкой вертикальной трубкой, 2 - модуль горизонтальной трубки, 3 - модуль с узкой вертикальной трубкой, 4 - ножка, 5 - уплотнительные кольца, 6 - пазы для защелок, 7 - проводящие дорожки, 8 - защелки, 9 - контактные терминалы.
Осуществление полезной модели
Корпус физического дрона предлагается выполнить в виде соединения стандартных блоков, возможно изготовленных методом трехмерной печати из углеродных нанотрубок, местами в несколько слоев, разделенных слоями изолятора. Это позволит избежать использования проводов в конструкции дрона. Таким образом, процесс конструирования дрона значительно упростится и его вес уменьшится по сравнению с традиционными аналогами. Как вариант, каждый блок корпуса дрона можно выполнить в форме полой продолговатой горизонтальной трубки шестигранного сечения, переходящей на одном конце в полую вертикальную трубку, а на другом в скобу специальной формы (фиг. 1, фиг. 2). Соединение блоков осуществляется путем вставления узкой вертикальной трубки 3 одного блока в скобы широкой вертикальной трубки 1 соседнего блока. Для предотвращения вертикального расцепления крепление блоков между собой осуществляется путем защелкивания гибкой защелки, расположенной на скобе с горизонтальным круговым пазом, расположенным на вертикальной трубке. Горизонтальная трубка 2 может содержать батарею питания, контроллер полета и др. компоненты, требующие особой защиты от воздействий окружающей среды. Вертикальная трубка 3 содержит мотор, приводящий в движение пропеллер. На обоих концах блока по горизонтали находятся контактные терминалы 9 для электрической связи блоков, имеющие линии питания и данных. Электрическую связь формируют за счет того, что вместо системы проводов часть зоны корпуса выполняют в несколько слоев, разделенных слоями изолятора. Получаемые разделенные изолятором слои проводника используют в качестве проводящих дорожек 7, вместо проводов. Т.е. один разделенный изоляторами слой на одной дорожке проводника образует одну проводящую дорожку. Соответственно, наращивая попеременно слои проводника и дорожки, а также слои изолятора, удается по мере формирования блоков корпуса дрона делать столько проводящих дорожек 7, сколько нужно для полноценного управления и организации автоматического управления дрона. При этом вес корпуса практически не увеличивается или увеличивается ничтожно за счет разницы веса материала корпуса и веса изолятора. Такая конструкция позволяет соединять блоки в виде колец (см. Фиг. 5) под переменным углом и конструировать дроны, состоящие из разного числа блоков. Механизм защелкивания в виде пазов для защелок 6 и защелок 8 позволяет собирать дроны нужного размера из блоков быстро и в полевых условиях, без применения инструментов. Между отдельными элементами блока корпуса дрона могут быть установлены уплотнительные кольца 5, выполненные из резины или силикона.
Вертикальная трубка может иметь шестигранное сечение в верхней части. В таком случае возможно конструирование кольцевых дронов из четырех и шести блоков (см. фиг. 5), и не требуется дополнительного крепления трубок к скобам для защиты от скосов. Также возможен вариант, когда вертикальная трубка имеет круговое сечение верхней части (см. фиг. 3, фиг. 4). Тогда она не налагает ограничений на число блоков в кольцевом дроне, но возможно требуется дополнительное крепление между скобой и трубкой для защиты от скосов, например, в форме хомута.
Возможные и иные формы сечения, например, квадратная или овальная (на чертежах не показаны).
Также допустимо, что блок корпуса дрона формируют цельным, как показано на фиг. 6, что упрощает процесс сборки, но усложняет его производство.
Допустимо на одной из вертикальных трубок 1 или 3 внизу выполнить посадочную ножку 4 в виде выступа. На эти ножки 4 будет опираться дрон при посадке.