Система посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа Российский патент 2019 года по МПК B64F1/02 B64C39/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системам посадки беспилотных летательных аппаратов самолётного типа. Система может быть применена везде, где есть необходимость применения беспилотных летательных аппаратов для аэрофотосъемки и мониторинга или других задач, но нет возможности гарантировано и безопасно для окружающих посадить аппарат в автоматическом режиме обычным способом.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ посадки беспилотного самолета на аэрофишер (RU 2399560, B64F 1/02 B64C 25/68), опубл. 20.09.2010). Способ в котором используют приемный участок подвижного троса, натянутый через направляющие ролики горизонтально посредине между верхними концами двух балок, имеющих механическую связь нижними концами с основанием, а на принимаемом самолете захватывающая трос система расположена позади его центра тяжести. На посадочном режиме траекторию полета самолета формируют так, чтобы зацепление за приемный участок троса происходило при пролете или после пролета над этим участком, после чего выключают воздушный движитель и как можно интенсивнее тормозят самолет до заданной скорости, соблюдая при этом принятые для него ограничения по перегрузке и регулируя выпуск приемного троса. Для заданного диапазона скоростей захода на посадку в допустимых условиях эксплуатации конкретного типа самолета характеристики захватывающей трос системы длина, вес, несущие свойства и аэродинамическое сопротивление определены так, чтобы ширина заметаемой гибким поводком полосы захвата была не меньше точности управления по высоте траекторией полета этого типа самолета, у первого каскада аэрофинишера поддерживающие приемный участок троса балки (мачты) неподвижны относительно основания в процессе захода на посадку, а высота расположения приемного участка троса над прилегающей к аэрофинишеру поверхностью больше суммы номинального приращения высоты на заданном маневре перехода на пологое кабрирование и точности управления самолетом по высоте, причем второй каскад аэрофинишера размещают относительно первого каскада так, чтобы область допустимых начальных условий второго каскада аэрофинишера полностью покрывала область конечных состояний самолета после торможения его на первом каскаде, на режиме захода на посадку наведение траектории полета производят в расположенную на осевой вертикальной плоскости аэрофинишера номинальную точку начала выполнения маневра пологого подъема, затем осуществляют этот маневр вдоль осевой плоскости аэрофинишера до момента наложения захватывающей системы на приемный участок троса, соединяют устройство зацепления с приемным тросом, после чего подавляющую часть кинетической энергии самолета поглощают на первом каскаде аэрофинишера за счет работы, совершаемой сосредоточенной силой подводимой через поводок к основному несущему элементу (основным несущим элементам) конструктивно-силовой схемы самолета, а оставшуюся часть кинетической энергии поглощают на втором каскаде аэрофинишера преимущественно за счет работы распределенных сил, воздействующих на внешнюю поверхность самолета со стороны демпфирующих элементов этого каскада.

Из уровня техники известна система для посадки на палубу судна в условиях интенсивных ветра и морского волнения беспилотного летательного аппарата типа «самолет» с винтовым движителем (RU 130964, B64F 1/00, B63B 15/00, опубл. 10.08.2013). Система включает расположенный на палубе улавливатель, состоящий из поперек натянутого между двумя стойками троса, прикрепленного с возможностью амортизации его натяжения в процессе остановки зацепленного летательного аппарата, установленные на летательном аппарате ответные под упомянутый трос зацепы, и средство постановки зацепленного летательного аппарата на палубу судна, отличающаяся тем, что улавливатель упомянутого летательного аппарата дополнен натянутыми тросами, расположенными с шагом менее значения габаритного размера по вертикали летательного аппарата в количестве не менее величины отношения максимального отклонения летательного аппарата от заданной траектории полета к его вертикальному габаритному размеру, при этом вокруг винтового движителя летательного аппарата установлена защитная насадка, на которой закреплены зацепы под указанные тросы улавливателя, оборудованные замками, а в качестве средства постановки зацепленного летательного аппарата на палубу судна использованы упомянутые стойки улавливателя, которые прикреплены к палубе шарнирно с возможностью их заваливания вместе с зацепленным летательным аппаратом.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой заявленным техническим решением, является фиксация аппаратного модуля “якоря” на наземной части системы посадки.

Техническим результатом заявленного технического решения является обеспечение снижения скорости и полной безопасной остановки летящего самолетного беспилотного летательного аппарата.

Технический результат достигается за счет того, что система посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа состоит из интегрированной части, расположенной во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата и базовой части, установленной на стационарном или подвижном объекте, при этом интегрированная часть системы содержит трос с якорем, закреплённый на поперечно установленную фюзеляжу силовую трубу, отсек для троса, выполненный в виде вертикально расположенной во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа трубы и соединенной с хвостовой балкой летательного аппарата, устройство, выталкивающее якорь, представляющее собой сервомашинку и трубку-направляющую, расположенную внутри вертикальной трубы, систему наведения, содержащую видеопередатчик и камеру, расположенную в носовой части летательного аппарата строго по курсу летательного аппарата, а базовая часть представляет собой посадочный элемент, выполненный в виде горизонтальной реи, выполненной с возможность поворота вокруг собственной оси, при этом на базовой части системы посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа установлены метки, выполненные с возможностью определения упомянутой камерой.

В частном случае реализации заявленного технического решения дополнительно содержит лебедку выполненную с возможностью затягивания троса с якорем и расположенную во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа.

В частном случае реализации заявленного технического решения метки, расположенные на базовой части системы посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа выполнены с возможностью однозначной идентификации в любое время суток, и расположены на базовой части системы посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа с возможностью указания размера и положения захватывающего устройства, для ручного или автоматического наведения летательного аппарата.

В частном случае реализации заявленного технического решения якорь выполнен аэродинамической формы, например, в форме капли.

В частном случае реализации заявленного технического решения якорь выполнен с отрицательной аэродинамической составляющей.

В частном случае реализации заявленного технического решения якорь выполнен с кольями или без кольев или с защелками.

В частном случае реализации заявленного технического решения трос выполнен резиновым или пропиленовым или выполнен с клеевым покрытием.

В частном случае реализации заявленного технического решения посадочный элемент покрыт липким слоем или выполнен с, расположенными по всей длине, устройствами улавливания троса, выполненные в виде зубьев или петли.

В частном случае реализации заявленного технического решения посадочный элемент дополнительно снабжен обволакивающей сетью, расположенной снизу посадочного элемента.

В частном случае реализации заявленного технического решения посадочный элемент дополнительно снабжен устройствами стабилизации.

В частном случае реализации заявленного технического решения посадочный элемент выполнен с возможностью изменения угла наклона

В частном случае реализации заявленного технического решения посадочный элемент может быть закреплен двумя концами к элементам базового объекта или к двум различным базовым объектам, как непосредственно, так и через переходные механизмы и устройства.

В частном случае реализации заявленного технического решения посадочный элемент выполнен гибким или эластичным.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 - общий вид беспилотного летательного аппарата самолетного типа с самолетной частью системы посадки;

Фиг. 2 - Вид БПЛА с выпущенным якорем;

Фиг. 3 - Схема и состав интегрированной самолётной части системы посадки;

а) вид с боку в разрезе

б) вид сверху

Фиг. 4 - Схема посадки БПЛА с парашютом;

Фиг. 5 - Схема посадки БПЛА с сетью;

Фиг. 6 - Варианты установки посадочного элемента (ПЭ) системы посадки

а) на подводную лодку б) на боевой корабль в) на мачту парусного судна г) на буровую платформу д) между деревьями е) между столбами на линию электропередачи е) на транспортное средство;

Фиг. 7 - Вариант фиксирующих элементов установленных на ПЭ;

а) со звездочкой;

б) с защелкой;

в) без фиксатора

Фиг. 8 - Варианты форм якорей;

а) с кольями

б) без кольев

в) с защелками

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

1 - якорь; 2 - трос; 3 - отсек для троса; 4 - камера системы наведения; 5 - посадочный элемент; 6 - мишень наведения; 7 - тормозящая обволакивающая сеть; 8 - направляющее кольцо на ПЭ; 9 - фиксирующая звездочка на ПЭ; 10 - фиксирующая защелка на ПЭ; 11 - поперечная силовая труба; 12 - летательный аппарат; 13 - видео передатчик; 14 - сервомашинка; 15 - видеокамера; 16 - трубка-направляющая; 17 - хвостовая балка; 18 - лебедка; 19 - лебедка

Раскрытие изобретения

Система относится к области авиационной техники и предназначена для посадки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа. Система состоит из интегрированной системы, установленной в летательном аппарате и базовой части, устанавливаемой на стационарном или подвижном объекте.

Посадка БПЛА самолетного типа с помощью данной системы осуществляется методом закручивания якоря, спускаемого или сбрасываемого с летательного аппарата из интегрированной системы, вокруг элемента посадки, расположенного на стационарном или движущемся объекте, при пролете над ним БПЛА самолетного типа.

БПЛА, после захвата якоря, спускаемого с него, переходит на траекторию вращения в вертикальной плоскости вокруг точки захвата на основании крепления устройства захвата, что в конечном итоге приводит к повисанию БПЛА на основании УЗ.

При этом после возникновения натяжения соединительного элемента, вследствие закручивания его вокруг посадочного элемента, БПЛА не просто вращается, а переходит на полет по окружности с центром в точке контакта соединительного и посадочного элементов, чем создает минимальную нагрузку на посадочный элемент.

Интегрированная часть системы установленная в БПЛА (фиг. 1), Представляет из себя поперечную силовую трубу (11) расположенную во внутреннем пространстве фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа. На данной поперечной силовой трубе (11) одним своим концом закреплен трос (2) с расположенном на другом конце троса (2) якорем (1). Трос через расширительное углепластиковое кольцо закрепляется на поперечной силовой трубе самолета, в частном случае, это труба соединяющая крылья. Точка закрепления троса находится в центре масс беспилотного летательного аппарата. При этом трос расположен в отсеке для троса, представляющего собой углепластиковую трубу (3), расположенную вертикально во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа. При этом труба (3) жестко соединена с силовыми элементами фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа, в частности, труба (3) соединена с хвостовой балкой (17) беспилотного летательного аппарата самолетного типа. Хвостовая балка (17) жёстко скреплена с трубой (3) отсеком для троса для придания большей жесткости конструкции беспилотного летательного аппарата самолётного типа.

При этом в собранном состоянии трос (2) с якорем (1) расположен внутри трубы (3) таким образом, что якорь (1) плотно сидит в конце трубы. При этом, интегрированная часть системы дополнительно содержит устройство, выталкивающее якорь (1), представляющее собой сервомашинку (14) и трубку-направляющую (16). Трубка направляющая (16) расположена внутри трубы (3).

Для возврата троса (2) с якорем (1) на место, интегрированная часть системы может дополнительно содержать лебедку, расположенную во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа. Лебедка (19) затягивает назад трос (2) с якорем (1) обратно в БПЛА, в случае если БПЛА пролетел мимо посадочного элемента.

При подлете к системе посадки по команде с земли или с автопилота, сервомашинка выталкивает при помощи трубки-направляющей якорь, который под своим весом вытаскивает из трубы для троса весь трос. При необходимости забрать трос с якорем на борт БПЛА, лебедка затягивает трос внутрь фюзеляжа.

В передней беспилотного летательного аппарата самолетного типа размещена камера (4) системы наведения и видеопередатчик (13). Камера (4) расположена строго по курсу аппарата, так, чтобы конструктивные элементы самолёта не затеняли камере обзор. При этом на базовой части системы посадки установлены метки (6), которые видит камера (4) и распознает система технического зрения. Камера (4) подключена в зависимости от комплектации оборудования, либо к видео передатчику (13), который отправляет информацию на землю или на БПЛА, для обработки, либо напрямую через провод в автопилот, либо к микроконтроллеру, который производит анализ изображений и отправляет информацию в автопилот, для корректировки курса.

При этом базовая часть системы посадки представляет собой посадочный элемент (5) установленный на стационарном или подвижном объекте. Посадочный элемент (5) представляет собой горизонтальную рею, выполненную с возможностью расположения деталей или материалов, предотвращающих соскальзывание троса (2) с посадочного элемента (5), например, липкая поверхность, нанесённая вокруг посадочного элемента (5) или на горизонтальной рее расположены устройства улавливания троса (2) выполненные в виде зубьев (10) в которых происходит фиксация якоря, например, в виде петли (8). После захвата якоря (1) устройством улавливания, выполненного по всей длине посадочного элемента (5) в виде непрерывно установленных зубьев (10) или непрерывно установленных петель (8), для предотвращения столкновения летательного аппарата с основанием крепления системы захвата, основание системы проворачивается вокруг точки своего крепления по ходу полета БПЛА, с усилием, необходимым для гашения энергии БПЛА и остановки его вращательного движения в необходимой конечной точке. При этом зубья (10) или петли (8) расположены спереди реи со стороны подлета БПЛА, при этом трос (2) выполнен резиновым или пропиленовым или на трос выполнен с клеевым покрытием. За счет выполнения посадочного элемента (5) и троса (2) с вышеуказанными характеристиками предотвращается проскальзывание троса (2) относительно посадочного элемента (5).

Якорь может быть аэродинамической формы, например, в форме капли, для лучшей стабилизации в ветровом потоке или в форме, которая позволит зацепиться за ПЭ. Также якорь может быть выполнен с отрицательной аэродинамической составляющей, для натяжения троса и прижатия якоря к земле. Варианты выполнения якорей с кольями б) без кольев в) с защелками представлены на фигуре 8.

Заявленная система в варианте реализации заявленного технического решения дополнительно содержит обволакивающую сеть (7). В этом случае дополнительно снизу посадочного элемента (5) устанавливают обволакивающую сеть (7) таким образом, чтобы она свисала вниз от посадочного элемента(5). Обволакивающая сеть замедлит движения аппарата по окружности и не позволит зайти ему на второй круг вращения при этом выпуск тормозного парашюта (3) не происходит. Этот вариант применим для аппаратов до 10 кг. Сеть расположена к элементу посадки под любым углом, который определяется необходимостью: предотвращения удара об окружающие объекты, гашения колебательных движений БПЛА, предотвращения дальнейших перекидываний БПЛА через посадочный элемент.

Посадочный элемент (5), в варианте реализации заявленного технического решения дополнительно стабилизирован а счёт подъемно-опускающих механизмов, которые стабилизируют посадочный элемент во время движения базового объекта, на котором установлен посадочный элемент. Системы стабилизации в данной заявке не раскрываются. Устройство, которое будет изменять угол наклона всей системы, при помощи, например, ленточного редуктора. Посадочный элемент (5) может быть закреплен двумя концами к элементам базового объекта или к двум различным базовым объектам, как непосредственно, так и через различные переходные механизмы и устройства. Основание посадочного элемента (5) может быть гибким или эластичным. При этом на базовой части расположены визуально или технически определяемые и однозначно идентифицируемые в любое время суток элементы, указывающие на размер и положение захватывающего устройства, для ручного или автоматического наведения летательного аппарата. Элементы представляют из себя подсвечиваемые метки установленные по краям системы посадки, ещё одна метка должна быть установлена выше других меток, чтобы указать высоту оптимальную для пролёта БПЛА, ещё метка должна быть установлена вдоль борта судна раньше системы посадки, для создания объема при помощи меток, с целью более точного расчета координат всех точек.

В варианте реализации заявленного технического решения базовая часть выполнена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси для выполнения различных задач: разблокировка якоря при снятии аппарата после посадки, для предотвращения повреждения конструкции базовой части при использовании жесткого соединительного элемента между якорем и летательным аппаратом. Для этого место установки посадочного элемента, должно быть снабжено втулкой и подшипником, на котором при освобождении второго конца ПЭ, сможет происходить вращение вокруг оси.

Данная система более эффективна перед другими системами за счет следующих своих преимуществ: возможности посадки на любых, с соответствующими размерами для безопасной эксплуатации, объектах: балка, рей, трос, провод, ветка дерева и т.д.; простоты установки на любой беспилотный летательный аппарат; большой точности конечного положения аппарата после посадки; возможности осуществления посадки не только на стационарных, но и на перемещающихся объектах, например, судах; возможности вынесения зоны посадки за пределы специальных зон и зон общего пользования: палуба, вертолетная площадка и т.д; возможности значительного отклонения при заходе БПЛА на посадку, при которой посадка все равно будет успешной, например, при порывистом боковом ветре или при качке судна, с соответствующими отклонениями устройства захвата якоря; возможности допуска большой погрешности при посадке в неблагоприятных условиях, за счет наращивания соединительного и посадочного элементов; минимального износ частей БПЛА за счет того, что при посадке исключена возможность контакта с твердыми элементами поверхности посадочной площадки; возможности посадки аппарата в местах непредназначенных для этого, без особого риска для состояния аппарата и его комплектации, например, в горной или болотистой местности; возможности точной автономной, при помощи системы наведения, посадки на стационарных объектах или на объектах с вычисляемыми координатами на момент необходимости посадки, для входа в зону действия автоматической системы наведения (например, по маршруту следования судна); автоматический уход на повторную попытку при неудачной посадке; простота эксплуатации; - простота конструкции; низкая себестоимость для простых комплектаций; универсальность системы для аппаратов, близких по физическим характеристикам; возможность использования в любое время суток, при наличии описанных систем визуального контроля и наведения (систем технического зрения)

Алгоритм работы

При заходе аппарата на курсоглиссадную траекторию система наведения, в общем случае камера, обнаруживает метки (6), установленные на базовом объекте посадочного элемента, БПЛА начинает корректировать курс, для прохода над посадочным элементом, на высоте не более длины троса, после чего БПЛА по команде с земли или с автопилота, выталкивает сервомашинокой при помощи трубки-направляющей якорь, который под своим весом вытаскивает из трубы для троса весь трос, который еще какое-то время висит под аппаратом, чтобы стабилизироваться в ветровом потоке, и зацепляется за рею, когда начинается натяжение за трос, вытягивается тормозной парашют, который гасит скорость при движении аппарата по окружности, БПЛА, после захвата якоря, спускаемого с него, переходит на траекторию вращения в вертикальной плоскости вокруг точки захвата посадочного элемента, что в конечном итоге приводит к повисанию БПЛА на основании УЗ.

При необходимости забрать трос с якорем на борт БПЛА, лебедка затягивает трос внутрь фюзеляжа.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам точной посадки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Система посадки БПЛА самолетного типа состоит из интегрированной части, расположенной во внутренней полости фюзеляжа БПЛА и базовой части, установленной на стационарном или подвижном объекте. Интегрированная часть системы содержит трос с якорем. Трос с якорем закреплён на поперечно установленную фюзеляжу силовую трубу. Отсек для троса выполнен в виде вертикально расположенной во внутренней полости фюзеляжа трубы. Устройство, выталкивающее якорь, представляет собой сервомашинку и трубку-направляющую, расположенную внутри вертикальной трубы. Система наведения содержит видеопередатчик и камеру, расположенную в носовой части летательного аппарата строго по курсу летательного аппарата. Базовая часть представляет собой посадочный элемент, выполненный в виде горизонтальной реи, выполненной с возможность поворота вокруг собственной оси. На базовой части системы БПЛА самолетного типа установлены метки, выполненные с возможностью определения упомянутой камерой. Обеспечивается точная посадка БПЛА. 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа, состоящая из интегрированной части, расположенной во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата и базовой части, установленной на стационарном или подвижном объекте, при этом

интегрированная часть системы содержит трос с якорем, закреплённый на поперечно установленную фюзеляжу силовую трубу,

отсек для троса, выполненный в виде вертикально расположенной во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа трубы и соединенной с хвостовой балкой летательного аппарата,

устройство, выталкивающее якорь, представляющее собой сервомашинку и трубку-направляющую, расположенную внутри вертикальной трубы,

систему наведения, содержащую видеопередатчик и камеру, расположенную в носовой части летательного аппарата строго по курсу летательного аппарата,

а базовая часть представляет собой посадочный элемент, выполненный в виде горизонтальной реи, выполненной с возможность поворота вокруг собственной оси, при этом на базовой части системы посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа установлены метки, выполненные с возможностью определения упомянутой камерой.

2. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит лебедку, выполненную с возможностью затягивания троса с якорем и расположенную во внутренней полости фюзеляжа беспилотного летательного аппарата самолетного типа.

3. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что метки, расположенные на базовой части системы посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа, выполнены с возможностью однозначной идентификации в любое время суток и расположены на базовой части системы посадки беспилотного летательного аппарата самолетного типа с возможностью указания размера и положения захватывающего устройства, для ручного или автоматического наведения летательного аппарата.

4. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что якорь выполнен аэродинамической формы, например в форме капли.

5. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что якорь выполнен с отрицательной аэродинамической составляющей.

6. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что якорь выполнен с кольями или без кольев или с защелками.

7. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что трос выполнен резиновым или пропиленовым или выполнен с клеевым покрытием.

8. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что посадочный элемент покрыт липким слоем или выполнен с расположенными по всей длине устройствами улавливания троса, выполненные в виде зубьев или петли.

9. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что посадочный элемент дополнительно снабжен обволакивающей сетью, расположенной снизу посадочного элемента.

10. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что посадочный элемент дополнительно снабжен устройствами стабилизации.

11. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что посадочный элемент выполнен с возможностью изменения угла наклона.

12. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что посадочный элемент может быть закреплен двумя концами к элементам базового объекта или к двум различным базовым объектам как непосредственно, так и через переходные механизмы и устройства.

13. Система посадки по п.1, отличающаяся тем, что посадочный элемент выполнен гибким или эластичным.