Способ выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета Российский патент 2020 года по МПК B64D5/00 

Описание патента на изобретение RU2727363C1

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), транспортируемым другими летательными аппаратами и отделяемым в полете для выведения на высотную траекторию полета.

Известен способ выведения БПЛА на высотную траекторию полета, патент RU №2682944, принятый за прототип, включающий снабжение беспилотного летательного аппарата узлами для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, выполненное с возможностью отделения беспилотного летательного аппарата в полете, разгонной двигательной установкой, системой управления его положением в автономном полете, полезной нагрузкой, а также импульсными реактивными двигателями, создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, с увеличением угла тангажа, и компенсации этого импульса вращения, размещение и крепление беспилотного летательного аппарата на пусковом устройстве самолета-носителя, полет самолета-носителя до высоты отделения беспилотного летательного аппарата, его отделение, стабилизацию его положения при торможении обтекающим потоком воздуха с удалением от самолета-носителя на безопасное расстояние, включение реактивного двигателя создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, в процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения включение реактивного двигателя компенсации этого импульса вращения, и, после уменьшения угловой скорости вращения беспилотного летательного аппарата вокруг поперечной оси, запуск разгонной двигательной установки.

Все существенные признаки прототипа совпадают с существенными признаками предлагаемого способа.

Для реализации известного способа разрабатывают и изготавливают БПЛА с формой внешней поверхности, обеспечивающей минимальное аэродинамическое сопротивление в обтекающем его потоке атмосферного воздуха, для уменьшения массы топлива разгонной двигательной установки, необходимой для выполнения полета и массы БПЛА в целом. Минимальное аэродинамическое сопротивление БПЛА после его отделения обеспечивает уменьшение ускорения торможения БПЛА в потоке обтекающего воздуха, вследствие чего увеличиваются время удаления БПЛА от самолета-носителя на безопасное расстояние и потеря высоты полета перед запуском разгонной двигательной установки. На компенсацию потери высоты полета БПЛА расходуется топливо разгонной двигательной установки, что увеличивает потребную массу топлива разгонной двигательной установки.

Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является уменьшение потребной массы топлива разгонной двигательной установки.

Для решения поставленной задачи в способе выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета, включающем снабжение беспилотного летательного аппарата узлами для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, выполненное с возможностью отделения беспилотного летательного аппарата в полете, разгонной двигательной установкой, системой управления его положением в автономном полете, полезной нагрузкой, а также импульсными реактивными двигателями, создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, с увеличением угла тангажа, и компенсации этого импульса вращения, размещение и крепление беспилотного летательного аппарата на пусковом устройстве самолета-носителя, полет самолета-носителя до высоты отделения беспилотного летательного аппарата, его отделение, стабилизацию его положения при торможении обтекающим потоком воздуха с удалением от самолета-носителя на безопасное расстояние, включение реактивного двигателя создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, в процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения включение реактивного двигателя компенсации этого импульса вращения, и, после уменьшения угловой скорости вращения беспилотного летательного аппарата вокруг поперечной оси, запуск разгонной двигательной установки, беспилотный летательный аппарат снабжают тормозным парашютом, содержащим купол, трос и стропы, соединяющие купол с тросом, а также снабжают коробом, закрепленным на беспилотном летательном аппарате со стороны хвостовой части через устройство крепления короба, выполненное с возможностью расфиксации его крепления, и устройством крепления конечного участка троса в зоне верхней точки поверхности хвостовой части, выполненным с возможностью расфиксации его крепления, при этом купол, стропы и начальный участок троса упаковывают в короб, а конечный участок троса закрепляют в устройстве его крепления, и, при стабилизации положения беспилотного летательного аппарата после отделения от самолета-носителя, расфиксируют устройство крепления короба, а расфиксацию крепления конечного участка троса обеспечивают при включении реактивного двигателя создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата.

Отличительными признаками предлагаемого способа является то, что беспилотный летательный аппарат снабжают тормозным парашютом, содержащим купол, трос и стропы, соединяющие купол с тросом, а также снабжают коробом, закрепленным на беспилотном летательном аппарате со стороны хвостовой части через устройство крепления короба, выполненное с возможностью расфиксации его крепления, и устройством крепления конечного участка троса в зоне верхней точки поверхности хвостовой части, выполненным с возможностью расфиксации его крепления, при этом купол, стропы и начальный участок троса упаковывают в короб, а конечный участок троса закрепляют в устройстве его крепления, и, при стабилизации положения беспилотного летательного аппарата после отделения от самолета-носителя, расфиксируют устройство крепления короба, а расфиксацию крепления конечного участка троса обеспечивают при включении реактивного двигателя создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается уменьшение времени выхода БПЛА на высотную траекторию полета и запаса топлива, необходимого для работы разгонной двигательной установки, а также уменьшение массы БПЛА в целом перед запуском разгонной двигательной установки.

Предложенное техническое решение может найти применение в авиации, например, для запуска спутников связи или мониторинга поверхности, исследовательских аппаратов для изучения космических объектов, потоков космических излучений, состояния верхних слоев атмосферы.

Техническое решение поясняется чертежами, фиг. 1 - фиг. 6, поясняющими устройство БПЛА и способ его выведения на высотную траекторию полета.

На фиг. 1 представлено устройство БПЛА, выводимого на высотную траекторию полета.

На фиг. 2 показано положение БПЛА в автономном полете после отделения от самолета-носителя при стабилизации его положения при торможении обтекающим потоком воздуха и расфиксации устройства крепления короба.

На фиг. 3 показано положение БПЛА в автономном полете после удаления от самолета-носителя на безопасное расстояние для выведения на высотную траекторию полета перед расфиксацией крепления конечного участка троса парашюта и включением реактивного двигателя создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата.

На фиг. 4 показан вид фиг. 2 по стрелке А при случайном отклонении или колебаниях БПЛА по курсу на угол β, поясняющий формирование стабилизирующего момента Мβ от силы натяжения троса парашюта, противоположного направления, возвращающего БПЛА в исходное состояние.

На фиг. 5 показан виды фиг. 2 по стрелке А при случайном отклонении или колебаниях БПЛА по крену на угол γ (вращение вокруг продольной оси БПЛА) поясняющий формирование стабилизирующего момента Мγ от силы натяжения троса парашюта, противоположного направления, возвращающего БПЛА в исходное состояние.

На фиг. 6 показано положение БПЛА в автономном полете относительно самолета-носителя при запуске разгонной двигательной установки БПЛА.

Представленный на фиг. 1-6 БПЛА 1 содержит узлы крепления на пусковое устройство 2 самолета-носителя вдоль его фюзеляжа 3, состоящие из переднего упора 4, замковой ниши 5 для подъема БПЛА 1 и его крепления на пусковом устройстве 2, и заднего упора 6, разгонную двигательную установку 7, систему управления его положением в автономном полете, включающую блок 8 управления, сообщенный с устройством 9 стабилизации положения БПЛА 1 после отделения от пускового устройства 2, и с устройством 10 управления положением БПЛА 1 после запуска разгонной двигательной установки 7. БПЛА 1 снабжен полезной нагрузкой 11, импульсным реактивным двигателем 12, для создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр 13 тяжести (ЦТ) БПЛА 1, с увеличением угла тангажа, и импульсным реактивным двигателем 14, для создания импульса компенсации вращения БПЛА 1 вокруг поперечной оси, проходящей через центр 13 тяжести. Пусковое устройство 2 содержит раздвижные элементы 15 для подъема БПЛА 1 и его крепления на пусковом устройстве 2 и выполнено с возможностью отделения БПЛА 1 от самолета-носителя в полете. БПЛА 1 снабжен тормозным парашютом, содержащим купол 16, стропы 17 и трос 18. Стропы 17 соединяют купол 16 с тросом 18. БПЛА 1 снабжен коробом 19, закрепленным со стороны хвостовой части БПЛА 1 через устройство 20 крепления короба 19, выполненное с возможностью расфиксации его крепления, и устройством 21 крепления конечного участка троса 18 в зоне верхней точки поверхности хвостовой части БПЛА 1, выполненным с возможностью расфиксации его крепления, при этом купол 16, стропы 17 и начальный участок троса 18 упакованы в короб 19, а конечный участок троса 18 парашюта закреплен в устройстве 21 его крепления.

БПЛА 1 работает следующим образом. Средствами подъема пускового устройства 2 (на чертежах не показаны) БПЛА 1 устанавливается на пусковое устройство 2 до контакта с передним и задним упорами 4 и 6, раздвижные элементы 15 фиксируются в замковой нише 5. Самолет-носитель выполняет полет к месту отцепки с подъемом на высоту отцепки. В месте отцепки расфиксируются раздвижные элементы 15 и БПЛА 1 под действием силы тяжести отделяется от пускового устройства 2. При необходимости, пусковое устройство 2 может содержать устройство отталкивания БПЛА 1 (на чертежах не показано). После отделения БПЛА 1, по команде блока 8 управления задействуется устройство 9, обеспечивая стабилизацию положения БПЛА 1 в автономном полете, при котором импульсный реактивный двигатель 12 располагается в нижней части БПЛА 1, а импульсный реактивный двигатель 14, соответственно, в верхней. При стабилизации положения БПЛА 1 расфиксируют устройство 20 крепления короба 19, что приводит к отделению от БПЛА 1 короба 19. Купол 16 парашюта, его стропы 17 и начальный участок троса 18 оказываются в потоке воздуха, обтекающего БПЛА 1. Купол 16 раскрывается (см. фиг. 2), воспринимая динамическое давление обтекающего потока воздуха. Сила FП от динамического давления потока воздуха на купол 16 через стропы 17 и трос 18 передается в зону верхней точки поверхности хвостовой части БПЛА 1. Сила FП направлена в противоположную сторону от направления полета БПЛА 1 и создает дополнительное, по отношению к торможению БПЛА 1 обтекающим потоком воздуха, отрицательное ускорение, действующее на БПЛА 1 и дополнительно уменьшающее его скорость полета, по отношению к скорости самолета-носителя. Кроме того, сила FП благодаря действию в зоне верхней точки поверхности хвостовой части БПЛА 1 создает момент М а вращения БПЛА 1 относительно его центра 13 тяжести, увеличивающий угол тангажа: , где - плечо силы FП относительно центра 13 тяжести БПЛА 1 (см. фиг. 2), поэтому к моменту достижения необходимого расстояния (LУД) удаления БПЛА 1 от самолета-носителя, обеспечивающего безопасность самолета-носителя при выведении БПЛА 1 на высотную траекторию полета, при запуске импульсного реактивного двигателя 12, БПЛА 1 располагается под предварительным углом тангажа (см. фиг. 3), поэтому для достижения значения угла тангажа БПЛА 1, необходимого для запуска разгонной двигательной установки 7, импульсный реактивный двигатель 12, по сравнению с прототипом, обеспечивает увеличение угла тангажа БПЛА 1 на меньшую величину , что обеспечивает уменьшение затрат топлива на увеличение угла тангажа, соответственно, уменьшаются и затраты топлива импульсного реактивного двигателя 14 создания импульса компенсации вращения БПЛА 1. Благодаря дополнительному уменьшению скорости полета БПЛА 1, по отношению к скорости самолета-носителя, уменьшается время достижения необходимого расстояния (LУД) удаления БПЛА 1 от самолета-носителя, обеспечивающее безопасность самолета-носителя при выведении БПЛА 1 на высотную траекторию полета. Благодаря уменьшению времени достижения необходимого расстояния (LУД, см. фиг. 3) удаления БПЛА 1 от самолета-носителя, уменьшается также и потеря высоты (ΔН) полета БПЛА 1, относительно высоты полета самолета-носителя, при включении импульсного реактивного двигателя 12 и, соответственно, при запуске разгонной двигательной установки 7, что обеспечивает уменьшение времени выведения БПЛА 1 на высотную траекторию полета, и необходимого для этого запаса топлива разгонной двигательной установки 7, уменьшение ее массы и массы БПЛА 1 в целом. Уменьшение массы БПЛА 1 обеспечивает его большее ускорение при действии силы тяги разгонной двигательной установки 7, что дополнительно уменьшает время выведения БПЛА 1 на высотную траекторию полета. Кроме того, при действии силы FП и случайном повороте или колебаниях БПЛА 1 по курсу на угол β (см. фиг. 4), сила FП, относительно центра 13 тяжести, действует на плечо hβ, создавая момент вращения Мβ=FП*hβ, противоположного направления, который возвращает БПЛА 1 в исходное состояние, обеспечивая стабилизацию БПЛА 1 по курсу. Аналогично, момент вращения противоположного действия формируется и при повороте БПЛА 1 по курсу в противоположном направлении (на угол минус β). При действии силы FП и случайном повороте или колебаниях БПЛА 1 по крену вокруг его продольной оси на угол γ (см. фиг. 5), точка приложения силы FП смещается относительно вертикальной плоскости, при этом трос 18 располагается под углом к ней и сила FП раскладывается на продольную составляющую (FП-ПР) и боковую составляющую (FП-Б). Боковая составляющая FП-Б, относительно центра 13 тяжести, действует на плече hγ, создавая момент вращения Мγ=FП-Б*hγ, противоположного действия, который возвращает БПЛА 1 в исходное состояние, обеспечивая стабилизацию БПЛА 1 по крену. Аналогично, момент вращения противоположного действия формируется и при повороте БПЛА 1 по крену в противоположном направлении (на угол минус γ). Благодаря стабилизации БПЛА 1 по курсу и крену уменьшается запас топлива, необходимый для работы устройства 9 стабилизации положения БПЛА 1 от момента его отделения от пускового устройства 2 до достижения необходимого расстояния LУД. После достижения необходимого расстояния LУД удаления БПЛА 1 от самолета-носителя блок 8 управления задействует расфиксацию устройства 21 крепления конечного участка троса 18 и импульсный реактивный двигатель 12, который обеспечивает увеличение угла тангажа БПЛА 1. В процессе увеличение угла тангажа БПЛА 1 до необходимого значения (фиг. 6) по сигналам блока 8 управления задействуется импульсный реактивный двигатель 14, обеспечивая компенсацию импульса вращения БПЛА 1 вокруг поперечной оси, проходящей через ЦТ 13, а после уменьшения угловой скорости вращения БПЛА 1 выполняется запуск разгонной двигательной установки 7.

Похожие патенты RU2727363C1

название год авторы номер документа
Беспилотный летательный аппарат 2020
  • Мищенко Анатолий Петрович
  • Плохих Дмитрий Сергеевич
  • Чернов Леонид Александрович
RU2727770C1
Способ выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета 2018
  • Мищенко Анатолий Петрович
  • Ружинский Марк Абрамович
  • Семененко Юрий Николаевич
  • Усачёв Михаил Александрович
  • Чернов Леонид Александрович
RU2682944C1
Беспилотный летательный аппарат 2018
  • Мищенко Анатолий Петрович
  • Ружинский Марк Абрамович
  • Семененко Юрий Николаевич
  • Усачёв Михаил Александрович
  • Чернов Леонид Александрович
RU2702261C2
БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПАРАШЮТНОЙ СИСТЕМОЙ ПОСАДКИ 2020
  • Малов Юрий Иванович
  • Кибец Дмитрий Архипович
  • Колдаев Александр Васильевич
RU2754278C1
СПОСОБ ПУСКА БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И РЕАКТИВНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) 2012
  • Дмитриев Альберт Иванович
  • Кликодуев Николай Григорьевич
  • Мищенко Анатолий Петрович
  • Смирнов Владимир Нестерович
  • Сыздыков Елтуган Кимашевич
  • Чуприна Павел Михайлович
RU2507468C2
БЕСПИЛОТНЫЙ СКОРОСТНОЙ ВЕРТОЛЕТ, ДЕСАНТИРУЕМЫЙ С САМОЛЕТА-НОСИТЕЛЯ 2016
  • Дуров Дмитрий Сергеевич
RU2627975C2
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ МНОГОРАЗОВЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ В ТРАНСПОРТНО-ПУСКОВОМ КОНТЕЙНЕРЕ И СПОСОБЫ СТАРТА 2022
  • Евдокимов Сергей Викторович
  • Бадеха Александр Иванович
  • Маталасов Сергей Юрьевич
  • Куминов Сергей Александрович
  • Жестков Юрий Николаевич
  • Анфимов Михаил Николаевич
  • Крупин Сергей Андреевич
  • Иовлев Михаил Андреевич
RU2778177C1
Способ подготовки дистанционных боевых действий 2023
RU2812501C1
УДАРНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС С БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ 2022
  • Дуров Дмитрий Сергеевич
RU2810821C1
Способ отделения группы беспилотных летательных аппаратов от самолета-носителя 2017
  • Мицына Александра Сергеевна
  • Мищенко Анатолий Пертович
  • Семененко Юрий Николаевич
  • Смирнов Владимир Нестерович
  • Чернов Леонид Александрович
  • Чуприна Павел Михайлович
RU2664812C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 727 363 C1

Реферат патента 2020 года Способ выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам запуска беспилотных летательных аппаратов с самолетов-носителей. Способ выведения БПЛА на высотную траекторию полета включает снабжение беспилотного летательного аппарата разгонной двигательной установкой, системой управления его положением в автономном полете, полезной нагрузкой, импульсными реактивными двигателями создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести БПЛА, и компенсации этого импульса вращения, тормозным парашютом, уложенным в коробе. Выполняют полет самолета-носителя до высоты отделения БПЛА, его отделение, стабилизацию его положения при торможении обтекающим потоком воздуха с удалением от самолета-носителя на безопасное расстояние, сброс короба и раскрытие парашюта. При заданном удалении от самолета-носителя производят сброс парашюта и включение реактивного двигателя создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести БПЛА. При достижении заданного угла тангажа производят запуск разгонной двигательной установки. Обеспечивается уменьшение массы БПЛА и времени выведения на высотную траекторию полета. 6 ил.

Формула изобретения RU 2 727 363 C1

Способ выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета, включающий снабжение беспилотного летательного аппарата узлами для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, выполненное с возможностью отделения беспилотного летательного аппарата в полете, разгонной двигательной установкой, системой управления его положением в автономном полете, полезной нагрузкой, а также импульсными реактивными двигателями для создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, с увеличением угла тангажа и компенсации этого импульса вращения, размещение и крепление беспилотного летательного аппарата на пусковом устройстве самолета-носителя, полет самолета-носителя до высоты отделения беспилотного летательного аппарата, его отделение, стабилизацию его положения при торможении обтекающим потоком воздуха с удалением от самолета-носителя на безопасное расстояние, включение реактивного двигателя для создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, в процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения включение реактивного двигателя компенсации этого импульса вращения и после уменьшения угловой скорости вращения беспилотного летательного аппарата вокруг поперечной оси запуск разгонной двигательной установки, отличающийся тем, что беспилотный летательный аппарат снабжают тормозным парашютом, содержащим купол, трос и стропы, соединяющие купол с тросом, а также снабжают коробом, закрепленным на беспилотном летательном аппарате со стороны хвостовой части через устройство крепления короба, выполненное с возможностью расфиксации его крепления, и устройством крепления конечного участка троса в зоне верхней точки поверхности хвостовой части, выполненным с возможностью расфиксации его крепления, при этом купол, стропы и начальный участок троса упаковывают в короб, а конечный участок троса закрепляют в устройстве его крепления и при стабилизации положения беспилотного летательного аппарата расфиксируют устройство крепления короба, а расфиксацию крепления конечного участка троса обеспечивают при включении реактивного двигателя для создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2727363C1

Беспилотный летательный аппарат 2018
  • Мищенко Анатолий Петрович
  • Ружинский Марк Абрамович
  • Семененко Юрий Николаевич
  • Усачёв Михаил Александрович
  • Чернов Леонид Александрович
RU2702261C2
US 4901949 A1, 20.02.1990
Засыпной аппарат для загрузки доменных печей 1937
  • Сорокин В.А.
SU54311A1
JP 2018135025 A, 30.08.2018.

RU 2 727 363 C1

Авторы

Мищенко Анатолий Петрович

Плохих Дмитрий Сергеевич

Чернов Леонид Александрович

Даты

2020-07-21Публикация

2020-02-17Подача