БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2020 года по МПК B64F1/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области авиационной техники, в частности, к конструкции наземного оборудования для беспилотных летательных аппаратов. Наземное оборудование выполнено в виде базовой станции с поворотной платформой для размещения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) вертикального взлета и посадки (UAV VTOL).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одной из важных технических проблем при эксплуатации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), в особенности БПЛА вертикального взлета и посадки (многороторные БПЛА), является невозможность их работы в полностью автоматическом режиме. На этапах предполетной подготовки, взлета, посадки, при транспортировке и хранении требуется участие оператора.

Другой важной технической проблемой при эксплуатации многороторных БПЛА является снижение номинальных эксплуатационных характеристик таких БПЛА. К этому приводят, в частности, снижение ресурса аккумуляторных батарей и поломки компонентов БПЛА при эксплуатации и/или межполетном хранении устройства в неблагоприятных погодных условиях.

Как известно, емкость современных аккумуляторных батарей существенно зависит от температуры окружающей среды. Нахождение аккумуляторных батарей при температурах, выходящих за оптимальный диапазон рекомендованных производителем значений, уменьшает емкость в разы. Процесс подзарядки таких батарей также чувствителен к температуре.

После эксплуатации в неблагоприятных погодных условиях требуется устранять результаты такого воздействия (осадков, излишне высокой или излишне низкой температуры, пыли, грязи, обледенения), а при хранении БПЛА желательно вообще избежать воздействия неблагоприятных погодных условий. Предпочтительно также обеспечить возможность удаления результатов воздействия окружающей среды (снега, конденсата, листвы и т.д.) и создания микроклимата в месте хранения БПЛА в межполетный период, например, при помощи дополнительного оборудования (кондиционера, нагревателя, вентилятора и подобных средств).

Помимо этого, желательно, чтобы БПЛА имел возможность стартовать и садиться на подготовленную поверхность, оснащенную, возможно, средствами навигации, устройствами захвата и крепления БПЛА, устройствами подзарядки.

При этом предпочтительно реализовать возможность старта, посадки и хранения БПЛА в оптимальных условиях в автоматическом режиме или с минимальным вмешательством оператора.

Таким образом, технической задачей является создание конструкции, представляющей собой базовую станцию. Такая базовая станция должна обеспечивать возможность взлета, посадки, подзарядки БПЛА и хранения БПЛА в межполетный период в оптимальных для БПЛА условиях.

Из патента РФ RU185019 (дата публикации 19.11.2018) известна базовая станция (БС) с функцией зарядки батареи беспилотного летательного аппарата. Известная БС представляет собой короб с выдвижной платформой, на которую приземляется БПЛА. При посадке БПЛА выдвижная платформа втягивается в короб, где происходит подзарядка БПЛА. Посадка осуществляется на посадочную платформу, расположенную наверху выдвижной платформы. Посадочная платформа имеет дополнительную степень свободы вращения для компенсации ветра, причем посадочная платформа содержит двигатель со встроенным датчиком накопления абсолютной ошибки, расположенным под платформой, который используется для точного выравнивания БПЛА относительно измеренной скорости и направления ветра. Кроме того, известная БС оснащена модулем метеостанции для исключения возможности старта БПЛА в неподходящих погодных условиях.

Недостатком известной базовой станции является сложность конструкции, а именно, наличие выдвижной платформы и поворачивающейся посадочной платформы, размещенной на выдвижной платформе, что может привести к сбоям и неполадкам в процессе эксплуатации. Кроме того, известная БС не обеспечивает возможность удаления результатов воздействия окружающей среды, а также не обеспечивает создание микроклимата в месте хранения БПЛА в межполетный период.

Из патента РФ RU2670368 (дата публикации 22.10.2018) известна базовая станция (БС) для базирования БПЛА, обеспечения его автоматического взлета и посадки, загрузки/разгрузки/замены груза (посылки, полезной нагрузки) на летательном аппарате, хранения и выдачи его потребителю (получателю), а также замены и зарядки источников электропитания. БС может быть снабжена защитными створками для защиты от внешних факторов, а также средствами противодействия экранному эффекту при посадке БПЛА – в частности, перфорацией посадочной поверхности и устройством отсоса воздуха с горизонтальной площадки. Внутри БС может поддерживаться микроклимат, необходимый для обеспечения характеристик источников питания, а также для хранения посылок. Для этого в БС могут размещаться система обогрева, система кондиционирования воздуха, увлажнители, осушители, вентиляция и другие устройства обеспечения внутреннего климата базовой станции.

Недостатком известной БС является, во-первых, то, что БС является стационарным объектом по типу вендорного автомата и не предназначена для хранения БПЛА в межполетный период с обеспечением требуемого микроклимата. Герметизация объема, в котором размещается БПЛА, невозможна, а значит невозможно исключить влияние окружающей среды на БПЛА. Известная БС недостаточно эргономична. Также в БС отсутствуют средства, которые обеспечивают возможность удаления результатов воздействия окружающей среды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании базовой станции для БПЛА, обладающей высокими защитными свойствами от воздействия окружающей среды на хранящийся БПЛА, что позволяет продолжительное время сохранять номинальные эксплуатационные характеристики БПЛА и, тем самым, позволяет увеличить срок эксплуатации БПЛА.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в минимизации воздействия окружающей среды на хранящийся БПЛА с одновременным сокращением времени обслуживания БПЛА человеком.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается в предложенной базовой станции для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), включающей короб с поворотной платформой, выполненной с возможностью размещения и фиксации БПЛА на ней, и размещенных в коробе поворотного механизма, узла автоматизированного управления и средств обслуживания. Узел автоматизированного управления выполнен с возможностью управлять поворотным механизмом и средствами обслуживания, поворотная платформа выполнена с возможностью поворота посредством поворотного механизма из положения хранения в положение старта БПЛА, а средства обслуживания включают средство обдува, выполненное с возможностью обдува БПЛА, зафиксированного на поворотной платформе в положении хранения, и средство регулировки климата, выполненное с возможностью регулирования параметров влажности и/или температуры в полости, образуемой коробом и поворотной платформой в положении хранения.

За счет того, что поворотная платформа с размещенным и зафиксированным на ней БПЛА выполнена с возможностью принимать положение хранения, БПЛА в положении хранения оказывается по существу в полости, сформированной коробом базовой станции и поворотной платформой в положении хранения, причем полость изолирована от внешних воздействий. Благодаря средству регулировки климата внутри полости возможно поддерживать такие температуру и/или влажность, которые являются оптимальными для хранения и поддержания в готовности к эксплуатации аккумуляторных батарей БПЛА. Средство обдува позволяет очищать БПЛА от пыли, влаги, грязи, а при надлежащей температуре, обеспечиваемой средством регулировки климата, очищать также и от наледи, тем самым снижая вероятность выхода БПЛА из строя вследствие воздействия факторов окружающей среды. Таким образом, обеспечивается минимизация воздействия окружающей среды при хранении БПЛА. Поскольку поворотный механизм и средства и средства обслуживания могут управляться узлом автоматизированного управления в автоматическом режиме, сокращается время обслуживания БПЛА человеком.

В положении хранения поворотная платформа образует герметичное соединение с коробом, плотно прилегая к нему, например, посредством уплотнителей. Уплотнители могут быть предусмотрены по периметру поворотной платформы и/или в местах контакта короба с поворотной платформой. Благодаря герметичному соединению исключается воздействие факторов внешней среды на БПЛА в положении хранения.

Конструкция как короба, так и поворотной платформы включает слой теплоизоляционного материала, благодаря чему практически исключен теплообмен среды в полости, сформированной коробом и платформой в положении хранения, с внешней средой. За счет отсутствия теплообмена, а также за счет средства регулировки климата, температуру внутри полости возможно стабилизировать в диапазоне, оптимальном для хранения БПЛА, и, в частности, для хранения аккумуляторной батареи БПЛА, тем самым сохранить номинальные эксплуатационные характеристики.

Средство обдува может быть выполнено с возможностью работы в режиме воздушной завесы, в частности, при повороте платформы из положения хранения в положение старта БПЛА и при повороте платформы из положения старта БПЛА в положение хранения. Благодаря режиму воздушной завесы, обеспечиваемому средством обдува, минимизируется попадание в короб пыли, грязи, влаги.

Средства обслуживания базовой станции могут включать блок автоматической зарядки аккумуляторных батарей БПЛА, возможно, управляющийся узлом автоматизированного управления, а на поворотной платформе могут быть предусмотрены контактные площадки для зарядки аккумуляторных батарей БПЛА. В этом случае после перевода платформы с зафиксированным на ней БПЛА в положение хранения возможно осуществлять не только хранение, но и подзарядку БПЛА в оптимальных климатических условиях, чем также минимизировать воздействие окружающей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан общий вид базовой станции.

На фиг. 2 показаны основные положения поворотной платформы.

На фиг. 3 показаны варианты конструкции БС.

На фиг. 4 показан вариант размещения множества БС с БПЛА.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг. 1, базовая станция (далее БС) по существу представляет собой короб (1) с поворотной платформой (3). Для поворота поворотной платформы (3) короб (1) оснащен поворотным механизмом (2). Поворотный механизм (2) управляется узлом автоматизированного управления (5), который может быть размещен в коробе (1). БС также оснащена средствами (6) обслуживания. Средства (6) обслуживания включают средство регулировки климата, средство обдува, блок автоматической зарядки батареи БПЛА (4).

Основные положения поворотной платформы иллюстрируется прилагаемой фигурой 2, где схематично изображены: а) Положение хранения БПЛА – «в коробе»; б) Положение старта БПЛА - «снаружи».

Средства (6) обслуживания удаляют результаты воздействия окружающей среды (например, лед, снег, конденсат, пыль, грязь, листву) и создают оптимальный температурный и влажностный режим в полости, образованной коробом (1) и поворотной платформой (3) в положении хранения.

Средство регулировки климата может контролировать по меньшей мере температуру и, опционально, влажность в полости, образованной коробом (1) и поворотной платформой (3), когда БС переведена в положение хранения. Средство регулировки климата оснащено по меньшей мере датчиками температуры, и, опционально, датчиками влажности. Средство регулировки климата работает непрерывно и независимо от других средств обслуживания. Средство регулировки климата может управляться узлом автоматизированного управления (5), или работать в соответствии с собственной программой.

Средство обдува выполнено с возможностью работы непрерывно или в течение определенного времени. Средство обдува может управляться узлом автоматизированного управления (5). Например, после того, как платформа (3) с размещенным и зафиксированным на ней БПЛА (4) переведена в положение хранения, узел автоматизированного управления (5) инициирует работу средства обдува для обдува БПЛА (4) в течение 30 минут, или в течение другого времени, предусмотренного конструктором изделия.

Кроме того, средство обдува может работать начиная уже с момента, когда платформа (3) с размещенным и зафиксированным на ней БПЛА (4) начинает поворот из положения старта в положение хранения. Иначе говоря, средство обдува может начинать обдув с момента, когда происходит разгерметизация полости, образованной коробом (1) и платформой (3) в положении хранения. Также средство обдува может работать, начиная с момента, когда платформа (3) с размещенным на ней БПЛА (4) начинает поворот из положения хранения в положения старта и до момента, когда после старта БПЛА (4) платформа (3) возвращается в положение хранения. Таким образом, средство обдува может, во-первых, выдувать за пределы БС пыль и грязь, скопившиеся по существу внутри короба (1), и во-вторых, может формировать воздушную завесу, препятствующую проникновению пыли, грязи, влаги и т.п. в короб (1), когда платформа (3) выведена из положения хранения. Средство обдува, предпочтительно, располагают на поверхности короба (1), противоположной поверхности платформы (3) в положении хранения. Средство обдува может включать по меньшей мере один вентилятор. Опционально, может быть предусмотрено два или более вентилятора. Один из вентиляторов может работать в режиме обдува, а другой, например, в режиме воздушной завесы. Кроме того, несколько вентиляторов могут работать с чередованием режимов. Расположение и количество вентиляторов остается на усмотрение конструктора.

Блок автоматической зарядки аккумуляторных батарей БПЛА может управляться узлом автоматизированного управления (5) и предназначен для автоматической подзарядки БПЛА (4) во время хранения. Например, если определено, что аккумуляторные батареи БПЛА (4) требуется подзарядить, после перемещения БПЛА (4) на поворотной платформе (3) в положение хранения и обеспечения средствами регулировки климата температуры, оптимальной для проведения подзарядки, узел автоматизированного управления (5) может инициировать подзарядку батарей БПЛА (4).

Узел автоматизированного управления (5) управляет поворотным механизмом (2). Кроме того, узел автоматизированного управления (5) может быть функционально связан со средствами (6) обслуживания для управления ими в соответствии с принятым алгоритмом работы базовой станции или по команде оператора. Узел автоматизированного управления (5) может включать блок памяти, хранящий инструкции для осуществления управления поворотным механизмом (2) и средствами (6) обслуживания, блок исполнительных устройств (например, пневмо- и/или гидроприводы, сервоприводы, реле), процессорный блок, включающий процессор и/или контроллер для исполнения инструкций по управлению, хранимых в блоке памяти, посредством контроля исполнительных механизмов блока исполнительных устройств. Узел автоматизированного управления (5) может также включать блок связи, выполненный для приема инструкций по управлению от оператора и передачи их в процессорный блок, а также для осуществления связи с БПЛА (4). Указанные средства широко известны специалисту в области техники и подробно не раскрываются в настоящем изобретении.

Поворотная платформа (3) представляет собой ровную площадку, превышающую размеры БПЛА (4). На поворотной платформе (3) могут размещаться средства, способствующие взлету, посадке, техническому обслуживанию и хранению БПЛА (4). К этим средствам можно отнести устройство захвата БПЛА (4), устройство центрирования БПЛА (4), контакты для зарядки аккумуляторных батарей БПЛА (4), средства диагностики БПЛА (4), средства обмена информацией между БПЛА (4) и базовой станцией, метки для точной посадки в автоматическом режиме и др. Контакты для зарядки аккумуляторов БПЛА (4) функционально связаны с блоком автоматической зарядки батареи БПЛА (4), размещенном в коробе (1) и входящем в состав средств (6) обслуживания. Указанные средства также широко известны специалисту в области техники и не являются предметом раскрытия настоящего изобретения. Поворотная платформа (3) изготовлена многослойной, причем один из слоев выполнен из теплоизоляционного материала. В качестве теплоизолятора может служить, например, пенопласт, или полистирол, или минеральная вата, или другие известные теплоизоляционные материалы, а также их комбинации.

Для обеспечения функции подзарядки на посадочной платформе (3) предусмотрены контактные площадки, а БПЛА (4) оснащают ответными контактными площадками на поверхностях посадочных опор БПЛА (4). Для точного соединения контактов на посадочной платформе (3) имеется автоматический стыковочный блок центровки БПЛА (4) при посадке

Поворотная платформа (4) вращается с помощью поворотного механизма (2), управляемого узлом автоматизированного управления (5) по заранее заданной инструкции или по команде оператора. В зависимости от конкретных технических требований БС может быть сконструирована так, чтобы поворот платформы осуществлялся на угол вплоть до 180° (фиг. 3а), на угол вплоть до 270° (фиг. 3б), на углы свыше 270° и до 360° (фиг. 3в иллюстрирует поворот платформы на 290°). Кроме того, поворот платформы может осуществляться на угол, например, вплоть до 90° (на фигурах не показано).

Для того, чтобы препятствовать воздействию окружающей среды при хранении БПЛА (4), предусмотрено, что поворотная платформа (3) при достижении положения хранения герметично прилегает к коробу (1). Плотное прилегание достигается за счет наличия уплотнителей по периметру поворотной платформы (3). Уплотнители могут располагаться также на коробе (1) в местах контакта короба (1) с платформой при достижении положения хранения.

В положении хранения БПЛА (4) осуществляется техническое обслуживание БПЛА (4) (например, устранение воздействий внешней среды, зарядка аккумуляторных батарей, диагностика, обмен информацией между БПЛА и базовой станцией) и хранение БПЛА (4) полетами.

В положении старта БПЛА (4) базовая станция готова к взлету БПЛА и посадке БПЛА.

Короб (1) обеспечивает необходимую жесткость конструкции базовой станции для работы в движении или на стационарном объекте. Стенки короба (1) выполнены многослойными с обеспечением теплоизоляции. В качестве теплоизолятора может служить, например, пенопласт, или полистирол, или минеральная вата, или другие известные теплоизоляционные материалы, а также их комбинации. По меньшей мере в одной из стенок короба (1), в частности, в стенке короба (1), которая служит днищем короба (1), могут быть предусмотрены дренажные отверстия. Через эти дренажные отверстия выводится влага, пыль, грязь и т.п., которые оказываются в коробе при работе БС. В коробе (1) может быть предусмотрен поддон для сбора влаги, пыли, грязи, с обеспечением их вывода через дренажные отверстия.

Предложенная конструкция БС предоставляет возможность для размещения нескольких БС заданным образом с обеспечением одновременного старта нескольких БПЛА (Фиг. 4). Предложенная конструкция позволяет БС обеспечить требуемые климатические параметры при хранении и транспортировке БПЛА.

Работает базовая станция следующим образом.

Короб (1) с БПЛА (4 размешенном и зафиксированном на поворотной платформе (3) в положении хранения, устанавливается в месте эксплуатации БПЛА (4). В соответствии с имеющейся программой или по команде оператора узел автоматизированного управления (5) инициирует работу поворотного механизма (2) для поворота поворотной платформы (3) из положения хранения в положение старта БПЛА (4). Убедившись, что поворотная платформа (3) достигла положения старта, узел автоматизированного управления (5) инициирует открепление средства захвата БПЛА (4), и передает информацию в БПЛА (4) о возможности старта. Опционально, открепления средств захвата БПЛА (4) и принятие решения о старте осуществляется самим БПЛА (4). После того, как БПЛА (4) осуществил взлет, устройство автоматизированного управления (5) инициирует работу поворотного механизма (2) для перевода поворотной платформы (3) обратно в положение хранения.

Опционально, при запуске поворотного механизма (2) для поворота поворотной платформы (3) из положения хранения БПЛА в положение старта БПЛА по команде от узла автоматизированного управления (5) начинает работу средство обдува. Когда, после старта БПЛА (4), платформа (3) возвращается в положение хранения, средство обдвува прекращает работу.

После завершения полетного задания БПЛА (4) информирует узел автоматизированного управления (5) о приближении к базовой станции. Узел автоматизированного управления (5) инициирует работу поворотного механизма (2) для перевода поворотной платформы (3) в положение старта. Опционально, в этом случае также может быть инициирована инструкции по работе средства обдува начиная от момента поворота платформы (3) из положения хранения.

После захвата БПЛА (4) средствами захвата, размещенными на поворотной платформе (3), узел автоматизированного управления (5) инициирует работу поворотного механизма (2) для перевода поворотной платформы (3) в положение хранения. Опционально, узел автоматизированного управления (5) может предварительно проверить надежность крепления БПЛА (4) средствами захвата БПЛА (4).

После того, как поворотная платформа (3) приведена в положение хранения, узел автоматизированного управления (5) контролирует работу средства обдува.

Средство обдува работает в течение заданного времени для просушки БПЛА (4).

Опционально, средство обдува может работать в двух режимах: режиме воздушной завесы и в режиме обдува БПЛА (4). Перевод средства обдува в тот или иной режим осуществляется узлом автоматизированного управления (5) по зараннее заданной инструкции, хранимой в блоке памяти узла, или по команде оператора.

При обдуве/просушке БПЛА (4) влага, пыль, грязь и т.п. стекает в поддон и через дренажные трубки выводится за пределы БС.

Средство регулировки климата работает непрерывно, в том числе в процессе перевода поворотной платформы (3) из положения старта в положение хранения, а также из положения хранения в положение старта. Средство регулировки климата поддерживает оптимальное значение климатических параметров в полости, образованной коробом (1) и поворотной платформой (3) в положении хранения, в зависимости от показаний датчиков температуры и/или датчиков влажности.

В процессе хранения БПЛА (4) может подзаряжать свои аккумуляторные батареи посредством блока автоматической зарядки батареи БПЛА (4).

Возможность обеспечения изолированной от внешних воздействий теплоизолирующей конструкции в сочетании с использованием дополнительного оборудования поддержания климата позволяют реализовать техническое обслуживание и хранение (в режиме ожидания) БПЛА в различных климатических условиях, а применение узла автоматизированного управления обеспечивают возможность работы базовой станции БПЛА в автоматическом, ручном или комбинированных режимах.

Заявленное изобретение относится к базовым станциям для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Базовая станция содержит короб с поворотной платформой, выполненной с возможностью размещения и фиксации БПЛА на ней, и размещенные в коробе поворотный механизм, узел автоматизированного управления и средства обслуживания. Узел автоматизированного управления выполнен с возможностью управлять поворотным механизмом и средствами обслуживания. Поворотная платформа выполнена с возможностью поворота посредством поворотного механизма из положения хранения в положение старта БПЛА. Средства обслуживания включают средство обдува, выполненное с возможностью обдува БПЛА, зафиксированного на поворотной платформе в положении хранения, и средство регулировки климата, выполненное с возможностью регулирования параметров влажности и/или температуры в полости, образуемой коробом и поворотной платформой в положении хранения. Изобретение обеспечивает создание станции, позволяющей поддерживать внутри нее требуемый климатический режим. 5 з.п ф-лы, 4 ил.

1. Базовая станция для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), включающая

короб (1) с поворотной платформой (3), выполненной с возможностью размещения и фиксации БПЛА (4) на ней, и размещенные в коробе (1) поворотный механизм (2), узел автоматизированного управления (5) и средства (6) обслуживания,

узел автоматизированного управления (5) выполнен с возможностью управлять поворотным механизмом (2) и средствами (6) обслуживания,

поворотная платформа (3) выполнена с возможностью поворота посредством поворотного механизма (2) из положения хранения в положение старта БПЛА,

а средства (6) обслуживания включают средство обдува, выполненное с возможностью обдува БПЛА, зафиксированного на поворотной платформе (3) в положении хранения, и средство регулировки климата, выполненное с возможностью регулирования параметров влажности и/или температуры в полости, образуемой коробом (1) и поворотной платформой (3) в положении хранения.

2. Базовая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в положении хранения поворотная платформа (3) образует герметичное соединение с коробом (1).

3. Базовая станция по п. 2, отличающаяся тем, что по периметру поворотной платформы (3) и/или в местах контакта короба (1) с поворотной платформой (3) на коробе предусмотрены уплотнители.

4. Базовая станция по п. 1, отличающаяся тем, что короб (1) и поворотная платформа (3) включают теплоизоляционный материал.

5. Базовая станция по п. 1, отличающаяся тем, что средство обдува дополнительно выполнено с возможностью работы в режиме воздушной завесы.

6. Базовая станция по п. 1, отличающаяся тем, что средства (6) обслуживания включают блок автоматической зарядки аккумуляторных батарей БПЛА, а на поворотной платформе (3) предусмотрены контактные площадки для зарядки аккумуляторных батарей БПЛА.