МОДУЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ Российский патент 2019 года по МПК B64C39/02 B64C27/22 B64C27/08 

Данное изобретение относится к области авиационной техники, а именно к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки (БЛА ВВП) и может быть использовано с целью мониторинга окружающей среды, в частности аэрофотосъемки и наблюдения.

Известен «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки» по патенту RU №141669, В64С 29/00, опубл. 10.06.2014, Б.И. №16, содержащий фюзеляж, киль, шасси, сочлененное крыло, два подъемно-маршевых вентилятора, каждый из которых состоит из многолопастного винта с изменяемым шагом в профилированном кольце с независимо управляемым приводом поворота, силовую установку, обеспечивающую создание необходимой силы тяги, с одним или более двигателями, используемыми во всех режимах полета ЛА, узлом передачи вращающего момента, в качестве которого используют механический редуктор от двигателя на приводные валы подъемно-маршевых вентиляторов и устройство управления тангажом. При этом, подъемно-маршевые вентиляторы закреплены вблизи центра масс, симметрично относительно оси ЛА на полой силовой балке, жестко соединенной с фюзеляжем.

Недостатком данного летательного аппарата вертикального взлета и посадки является конструктивная особенность выполнения корпуса фюзеляжа неразъемным, что снижает функциональные возможности и делает доступ в случае ремонта к агрегатам и узлам неудобным и трудоемким, а отсутствие составляющей модульности конструкции не позволяет просто произвести сборку и разборку для осуществления транспортировки, что также снижает функциональные возможности. Также наличие сочлененного крыла ведет к усложнению конструкции, увеличению веса и снижению надежности и безопасности, что в целом снижает эффективность данного летательного аппарата вертикального взлета и посадки.

Известен «Вертикальный взлетно-посадочный беспилотный летательный аппарат с неподвижным крылом» (CN №106672232 (А) В64С 27/08, В64С 27/26 опубл. 17.05.2017), содержащий фюзеляж, отклоняемое крыло, элероны, подъемные винты, силовые установки подъемных винтов, привод механизма поворота крыла (наклонный механизм), наклоняемый горизонтальный стабилизатор, киль, силовую установку хвостового винта, носовое и заднее шасси колесного типа. Привод механизма поворота крыла регулирует угол наклона крыла и горизонтальный стабилизатор для реализации взаимного преобразования вертикального положения взлета и посадки и плоского состояния полета самолета. Силовая установка подъемного винта расположена на каждой консоли крыла. Силовая установка хвостового винта обеспечивает прямое движение, чтобы повысить эффективность самолета в крейсерском состоянии. Силовые установки подъемных винтов и силовая установка хвостового винта имеют разные скорости вращения.

Недостатком данного летательного аппарата вертикального взлета и посадки является конструктивная особенность выполнения корпуса фюзеляжа неразъемным, что снижает функциональные возможности летательного аппарата и делает доступ в случае ремонта к агрегатам и узлам неудобным и трудоемким, а отсутствие составляющей модульности конструкции не позволяет произвести просто сборку и разборку для осуществления транспортировки, что также снижает функциональные возможности данного летательного аппарата, а в целом снижающими эффективность летательного аппарата.

Наиболее близкой по технической сущности и взятой в качестве прототипа является «Малогабаритная беспилотная авиационная система самолетного типа для воздушного наблюдения и разведки» по патенту RU №2473455, МПК В64С 39/02 опубл. 27.01.2013 Б.И. №3., включающая наземную станцию управления; бортовые и наземные средства радиосвязи, навигации и управления полетом; пусковое устройство и несущий полезную нагрузку разборный беспилотный летательный аппарат модульной конструкции, включающий носовую часть, с расположенной в ней полезной нагрузкой, содержащую носовой обтекатель с прорезанным в нем отверстием, закрытым прозрачным материалом, крыло с элеронами, фюзеляж, содержащий центральный лонжерон, узлы крепления и замочные соединения носовой части, левой и правой частей крыла к фюзеляжу, силовую установку в виде электродвигателя, регулирующий контроллер и толкающий воздушный винт со складывающимися лопастями, приводимыми во вращательное движение при подаче электропитания на электродвигатель от аккумуляторной батареи, размещенной в нижней центральной части фюзеляжа, в батарейном отсеке, выполненном с возможностью отстыковки от фюзеляжа, центральный лонжерон фюзеляжа беспилотного летательного аппарата выполнен в виде съемной композитной трубки, средняя часть которой плотно размещена внутри расположенного в фюзеляже цилиндрического держателя, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси фюзеляжа. Периферийные части трубки плотно входят в установленные в левой и правой частях крыла боковые цилиндрические держатели. На торцах трубки, входящих в боковые держатели, установлены дисковые вставки из композитного материала. Один край боковых держателей прикреплен к первым нервюрам левой и правой частей крыла, примыкающим к фюзеляжу, а второй край боковых цилиндрических держателей, проходящих через вторые нервюры левой и правой частей крыла, жестко прикреплен к первым относительно передней кромки крыла лонжеронам левой и правой частей крыла. Носовая часть выполнена с возможностью отсоединения от фюзеляжа и обратной пристыковки к нему. В верхней центральной части фюзеляжа размещен парашютный отсек для размещения несущей полезной нагрузки в виде парашютной системы, присоединенной с помощью звеньев крепления к фюзеляжу.

Недостатком беспилотного летательного аппарата малогабаритной беспилотной авиационной системы самолетного типа модульной конструкции является конструктивная особенность, согласно которой носовая часть выполнена с возможностью отсоединения от фюзеляжа, что снижает прочностные характеристики конструкции и увеличивает вес за счет усиления носовой части. Использованные в прототипе узлы крепления и замочные соединения увеличивают массу летательного аппарата, что при прочих равных условиях ухудшает аэродинамические характеристики, снижает продолжительность полета и безопасность. Отсутствие объема для установки более эффективных массивных полезных нагрузок, например, топливного бака. Также конструктивным недостатком является неразъемное выполнение корпуса фюзеляжа, что делает доступ в случае ремонта к агрегатам и узлам затруднительным, снижающим функциональные возможности. Съемная композитная трубка, ось которой проходит перпендикулярно оси фюзеляжа является недостаточно прочной, так как под действием изгибающего момента от крыльев она может разрушиться, что снижает надежность и безопасность, а в целом снижает эффективность беспилотного летательного аппарата.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является создание простого и надежного беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки модульной конструкции на основе композитной силовой балки и разъемного корпуса фюзеляжа.

Техническим результатом от использования изобретения является создание эффективного беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки модульной конструкции за счет расширения его функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что в Модульной конструкции беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки, включающей силовой элемент несущей балки, жестко закрепленный внутри фюзеляжа, крыло с элеронами, узлы крепления, силовую установку, расположенную в фюзеляже, аккумуляторную батарею, согласно которой, крыло выполнено цельным, на каждой консоли крыла выполнены пилоны с двумя подъемными винтами для вертикального взлета и посадки, силовая установка выполнена в виде маршевого двигателя с воздушным винтом, который размещен в передней части фюзеляжа для обеспечения горизонтального полета, в качестве силового элемента несущей балки введена силовая композитная балка, которая выполнена в виде прямоугольной цельной конструкции, внутри которой расположен ферменный заполнитель, при этом силовая композитная балка расположена после маршевого двигателя, а ее конец расположен за пределами фюзеляжа, на котором расположено и закреплено винтами бортовое оборудование и хвостовое оперение, включающее киль, руль направления, стабилизатор, руль высоты, силовая композитная балка закреплена жестко к нижней части корпуса фюзеляжа, параллельно его оси при помощи винтов и базовых кромок прямоугольной формы в виде пластин, оси которых перпендикулярны оси корпуса фюзеляжа, базовые кромки выполнены с загнутыми концами, их нижняя часть прикреплена к композитной силовой балке, загнутые концы прикреплены к стенкам корпуса фюзеляжа с внутренней стороны, причем корпус фюзеляжа выполнен разъемным, состоящим из верхней и нижней частей, соединенных между собой заклепочными гайками, в верхней части корпуса фюзеляжа, внутри его, выполнен отсек для расположения полезной нагрузки, который разделен на два отсека, по обе стороны от аккумуляторной батареи, которая расположена на центральной части крыла, внутри корпуса фюзеляжа.

Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи:

фиг. 1 - Модульная конструкция БЛА ВВП с отстыкованной от корпуса верхней крышкой;

фиг. 2 - Продольный разрез Модульной конструкции БЛА ВВП сечения А-А - вид сбоку;

фиг. 3 - Модульная конструкция БЛА ВВП в изометрии;

фиг. 4 - Поперечный разрез Модульной конструкции БЛА ВВП сечения Б-Б - вид спереди, где:.

1 - корпус фюзеляжа

2 - силовая балка

3 - хвостовое оперение

4 - бортовое оборудование

5 - маршевый двигатель

6 - крыло

7 - пилоны

8 - подъемные винты

9 - маршевый (воздушный) винт

10 - базовая кромка

11 - элероны

12 - киль

13 - руль направления

14 - стабилизатор

15 - руль высоты

16 - аккумуляторная батарея,

17 - отсек для полезной нагрузки

БЛА ВВП содержит разъемный корпус фюзеляжа 1, состоящий из верхней и нижней частей и силовую композитную балку 2, выполненную в виде прямоугольной цельной конструкции, внутри которой находится ферменный заполнитель. Силовая композитная балка 2 закреплена к нижней части корпуса при помощи винтов и проходит внутри корпуса 1 параллельно его оси. Корпус фюзеляжа 1 имеет продолговатую форму с отсеком для размещения полезной нагрузки 17 внутри, разделенным на два небольших отсека посредством аккумуляторной батареи 16, установленной на центральной части крыла 6 внутри корпуса фюзеляжа 1. Базовые кромки 10 служат для фиксации силовой композитной балки к нижней части корпуса фюзеляжа, а также служат для создания жесткости корпуса фюзеляжа 1. Базовые кромки 10 имеют прямоугольную форму с загнутыми концами, которыми они присоединены к боковой части корпуса фюзеляжа 1 при помощи заклепочных гаек, а их нижняя часть присоединена к силовой композитной балке 2.

К силовой композитной балке 2, расположенной после маршевого двигателя жестко прикреплено крыло 6 при помощи проставки с использованием двух втулок и фиксатора. Крыло 6 имеет элероны 11 на концах и состоит из двух консолей, на каждой из которых установлены пилоны 7 с двумя винтами 8 на концах. На конце силовой композитной балки 2, выходящей за пределы корпуса фюзеляжа расположено хвостовое оперение 3, включающее в себя киль 12, руль направления 13, стабилизатор 14, руль высоты 15 и система бортового оборудования 4 (в которую входят: цифровая полудуплексная система передачи информации, модуль навигации, сервопривод). Маршевый двигатель 5 размещен в передней части корпуса БЛА ВВП. Маршевый воздушный винт 9, расположенный в передней части корпуса фюзеляжа 1 за его пределами приводится во вращательное движение при подаче электропитания на маршевый двигатель 5 от аккумуляторной батареи 16, размещенной внутри корпуса фюзеляжа на крыле.

Сборка БЛА ВВП модульной конструкции осуществляется следующим образом:

К обеим консолям крыла 6 присоединяются пилоны 7 с двумя подъемными винтами 8 на концах каждого пилона и закрепляются при помощи винтов. Крыло 6 с установленными пилонами 7 с подъемными винтами 8 крепится к силовой композитной балке 2 с ферменным заполнителем внутри посредством проставки, втулок и фиксатора. К концу силовой композитной балки 2 прикрепляется хвостовое оперение 3, включающее в себя киль 12, руль направления 13, стабилизатор 14, руль высоты 15 и система бортового оборудования 4. Далее нижняя часть силовой композитной балки 2 жестко прикрепляется изнутри к нижней части корпуса фюзеляжа 1 при помощи винтов и базовых кромок 10, загнутые концы которых прикрепляются к стенкам корпуса фюзеляжа 1, а нижняя часть к силовой композитной балке 2. В передней части корпуса фюзеляжа 1 устанавливается маршевый двигатель 5 с маршевым воздушным винтом 9. На центральную часть крыла 6, внутри корпуса фюзеляжа при помощи фиксатора, втулок и винтов прикрепляется аккумуляторная батарея 16 в тонкостенном контейнере, при этом она делит отсек, находящийся внутри корпуса фюзеляжа в его верхней части на два отсека, что позволяет установить внутрь дополнительную эффективную полезную нагрузку в виде, например, топливного бака или парашютной системы. Разъемный корпус фюзеляжа 1, состоящий из верхней и нижней частей позволяет обеспечить быстрый доступ, ремонт и замену деталей и узлов в случае поломки данного БЛА ВВП, что повышает функциональные возможности данного БЛА ВВП., модульность, а в целом делает БЛА ВВП эффективным. Верхняя часть корпуса фюзеляжа 1 состыковывается с нижней частью корпуса фюзеляжа 1 и закрепляется.

Заявляемое устройство работает следующим образом:

Управление БЛА ВВП ведется с наземной станции управления (НСУ) оператором полета. Перед началом полета оператор производит создание требуемой программы полета и ее запись на карту памяти, которая устанавливается в БКУ (блок управления самолетом). Затем производится установка заряженной аккумуляторной батареи 16 на центральную часть крыла 6 внутрь корпуса фюзеляжа 1 БЛА ВВП. Оператор производит запуск маршевого двигателя 5, находящегося в передней части фюзеляжа на холостых оборотах, за счет этого начинается вращение маршевого воздушного винта 9. Через определенный промежуток времени происходит включение подъемных винтов 8 и отрыв БЛА ВВП от земли. После набора необходимой высоты осуществляется включение маршевого винта 9 и через небольшой промежуток времени (10-20 с) происходит отключение подъемных винтов 8. После этого данный БЛА ВВП способен передвигаться горизонтально. При необходимости полетов по вертикали или зависания в воздухе (например, для наблюдения или аэросъемки) происходит включение подъемных винтов 8 и отключение маршевого воздушного винта 9. При посадке происходит выключение маршевого винта 9 и включение подъемных винтов 8, БЛА ВВП опускается.

Крыло 6 обеспечивает создание подъемной силы, а элероны 11, расположенные на каждой консоли крыла служат для обеспечения поперечной управляемости самолета. Путевое управление осуществляется рулем направления 13.

Разборка БЛА ВВП осуществляется в обратном порядке:

Отстыковка верхней части корпуса фюзеляжа 1 от нижней. Отсоединение аккумуляторной батареи 16 от крыла 6. Отсоединение нижней части корпуса фюзеляжа 1. Отсоединения маршевого двигателя 5 с воздушным винтом 9. Отсоединение крыла 6 с пилонами 7 и винтами 8 на их концах от нижней части корпуса фюзеляжа 1. Последовательное отсоединение от композитной силовой балки 2, выполненной из ферменного заполнителя, бортового оборудования 4, хвостового оперения 3.

По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемое изобретение позволяет создать эффективный, т.е. надежный и прочный, беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки за счет введения композитной силовой балки прямоугольной формы с ферменным заполнителем внутри, что позволяет сделать конструкцию БЛА ВВП модульной и делает предлагаемый БЛА ВВП удобнее для сборки, разбора и транспортировки. Силовая композитная балка жестко закреплена внутри корпуса в нижней части фюзеляжа при помощи винтов и базовых кромок для фиксации балки, например, по длине силовой балки тремя базовыми кромками, оси которых перпендикулярны оси фюзеляжа. Базовые кромки выполнены с загнутыми концами, их нижняя часть прикреплена к композитной силовой балке, а загнутые концы прикреплены к стенкам корпуса фюзеляжа с внутренней стороны. Базовые кромки увеличивают жесткость корпуса фюзеляжа и делают данный БЛА ВВП безопасным и прочным. Разъемный корпус, состоящий из верхней и нижней частей позволяет обеспечить быстрый доступ, ремонт и замену деталей и узлов в случае поломки данного БЛА ВВП, что повышает функциональные возможности данного БЛА ВВП и его модульность, то есть возможность полного разбора БЛА ВВП для более удобной транспортировки и последующей сборки для эксплуатации. Отсек, находящийся внутри корпуса фюзеляжа в его верхней части разделен на два отсека аккумуляторной батареей, находящейся на центральной части крыла внутри корпуса, что позволяет установить внутрь дополнительную эффективную полезную нагрузку, например, в виде топливного бака или парашютной системы. Установленные на обеих консолях крыла пилоны с подъемными винтами служат для вертикально взлета и посадки данного БЛА, что также увеличивает его функциональные возможности и область его использования.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Модульная конструкция БЛА ВВП включает силовой элемент несущей балки 2, жестко размещенный внутри корпуса фюзеляжа (1), крыло (6), силовую установку (5), аккумуляторную батарею (16). Крыло (6) выполнено цельным, на каждой консоли крыла выполнены пилоны (7) с двумя подъемными винтами (8) для вертикального взлета и посадки. Силовая установка (5) выполнена в виде маршевого двигателя с воздушным винтом (9), который размещен в передней части фюзеляжа. В качестве силового элемента введена силовая композитная балка (2), выполненная в виде прямоугольной цельной конструкции, внутри которой расположен ферменный заполнитель. На конце силовой балки расположено бортовое оборудование и хвостовое оперение. Обеспечивается повышение эффективности летательного аппарата модульной конструкции за счет расширения функциональных возможностей. 4 ил.

Модульная конструкция беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки, включающая силовой элемент несущей балки, жестко закрепленной внутри корпуса фюзеляжа, крыло с элеронами, узлы крепления, силовую установку, расположенную в корпусе фюзеляжа, аккумуляторную батарею, отличающаяся тем, что крыло выполнено цельным, на каждой консоли крыла выполнены пилоны с двумя подъемными винтами для вертикального взлета и посадки, силовая установка выполнена в виде маршевого двигателя с воздушным винтом, который размещен в передней части фюзеляжа для обеспечения горизонтального полета, в качестве силового элемента несущей балки введена силовая композитная балка, которая выполнена в виде прямоугольной цельной конструкции, внутри которой расположен ферменный заполнитель, при этом силовая композитная балка расположена после маршевого двигателя, а ее конец расположен за пределами корпуса фюзеляжа, на конце силовой балки расположено и закреплено винтами бортовое оборудование и хвостовое оперение, включающее киль, руль направления, стабилизатор, руль высоты, силовая композитная балка жестко закреплена к нижней части корпуса фюзеляжа, параллельно его оси при помощи винтов и базовых кромок прямоугольной формы в виде пластин, оси которых перпендикулярны оси корпуса фюзеляжа, базовые кромки выполнены с загнутыми концами, их нижняя часть прикреплена к композитной силовой балке, загнутые концы прикреплены к стенкам корпуса фюзеляжа с внутренней стороны, причем корпус фюзеляжа выполнен разъемным, состоящим из верхней и нижней частей, соединенных между собой заклепочными гайками, в верхней части корпуса фюзеляжа, внутри его, выполнен отсек для расположения полезной нагрузки, который разделен на два отсека по обе стороны от аккумуляторной батареи, которая расположена на центральной части крыла, внутри корпуса фюзеляжа.