Измеритель вектора напряжённости электрического поля, размещённый на беспилотном летательном аппарате Российский патент 2023 года по МПК G01R29/08 G01R33/02 

Изобретение относится к авиационной и авиакосмической технике, и может быть использовано в системах, обеспечивающих безопасность полетов летательных аппаратов (ЛА) в грозовой обстановке.

Известны одноосные или двухосные измерители напряженности электрического поля, классификация которых приводится в книге [Болдырев В.Г., Бочаров В.В., Булеков В.П., Резников С.Б., Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем, Москва, Электроатомиздат 1995, стр. 320-322]. Такие измерители реагируют на одну или две составляющие вектора напряженности поля. К одноосным относятся ротационно-торцевые, дисковые и вибрационные измерители, к двуосным относятся ротационно-радиальные сферические или цилиндрические измерители. Такие измерители дают информацию об одной или двух проекциях вектора электрического поля в физическом пространстве.

Известен «трехкоординатный датчик напряженности электростатического поля» [Болдырев В.Г., Бочаров В.В., Булеков В.П., Резников С.Б., Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем, Москва, Электроатомиздат 1995, стр. 324-333]. Датчик измеряет три координаты вектора поля в декартовой прямоугольной системе координат в пространстве, которые связаны с осями чувствительности одноосных датчиков, которые установлены на сферическом основании, требование сферичности которого обязательно. Недостатком этого датчика является отсутствие возможности размещения в произвольной точке пространства, так как системы подвеса сферы искажают сферичность формы и измеряемое поле. Отсюда возникает требование сферичности формы летательного аппарата при измерении вектора напряженности в полете. Для летательных аппаратов гражданской авиации это требование не выполнимо.

За прототип выбран трехкоординатный датчик напряженности электростатического поля. [Болдырев В.Г., Бочаров В.В., Булеков В.П., Резников С.Б., Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем, Москва, Электроатомиздат 1995, стр. 324-333].

Техническим результатом является возможность разместить измеритель в пространстве на произвольной высоте без использования подвесов, искажающих сферичность формы и обеспечение устойчивости измерителя при посадке.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном измерителе вектора напряженности электрического поля, содержащем три одноосных измерителя электрической напряженности, оси чувствительности которых перпендикулярны, установленных на сферическом электропроводном экране, согласно заявляемому изобретению, внутри сферического экрана размещен беспилотный летательный аппарат (БПЛА), при этом сферический экран выше и ниже пропеллеров БПЛА, выполнен в виде сетчатой структуры, внутри сферического экрана размещены приемник и передатчик радиосигналов, связанные с одноосными измерителями электрической напряженности, с системой угловой ориентации осей измерителя, системой позиционирования положения и системой управления; антенна выполнена как часть сферического экрана и соединена с основной частью экрана через фильтры.

На поверхности сферического экрана могут быть установлены выдвижные шасси.

Сущность изобретения заключается в том, что внутри известного сферического датчика расположен беспилотный летательный аппарат (БПЛА), снабженный системами стабилизации, угловой и пространственной ориентации с системой позиционирования, системой радиоприема и передачи данных, установка которых на БПЛА не нарушает сферичность внешней формы измерителя.

Выполнение сферического экрана в виде сплошной металлической оболочки, как это предусмотрено в прототипе, невозможно, так как такой сплошной экран будет блокировать подъемную силу пропеллеров БПЛА, установленного внутри сферы, а наружная установка пропеллеров исказит сферичность измерителя. Требование сферичности исключает применение наружных антенн и создает проблемы устойчивости измерителя на наклонной плоскости поверхности Земли при его приземлении.

В предлагаемом измерителе сферический экран выше и ниже пропеллеров, создающих тягу, выполнен из металлической сетки. В нижней части сферического экрана установлены выдвижные штыри, выполняющие роль шасси, не позволяющие при приземлении сферическому измерителю катиться под уклон. Антенна выполнена как часть сферического экрана и соединена с основной частью экрана через фильтры.

Измеряемые величины E_x, E_y, E_z, а также данные о собственном заряде сферы, соответствуют декартовой системе координат, связанной со сферой и пересылаются радиопередатчиком в центр управления полетом одновременно с данными систем угловой и пространственной ориентации. По присланным данным вектор в связанной с БПЛА системе координат пересчитывается в земную систему координат и делается заключение о возможности появления молний, на основании которого может быть принято решение о запрете полетов ЛА.

Работа измерителей в воздушном пространстве во время полетов ЛА не допустима. При отсутствии полетов измерение напряженности осуществляется двумя группами измерителей:

1. измерители, установленными на БПЛА;

2. измерители, установленные на поверхности земли.

По показаниям второй группы измерителей сделать заключение о предгрозовой обстановке в районе аэропорта затруднительно. Обучение системы искусственного интеллекта (ИИ) поможет решить проблему определения повышенной напряженности поля по показаниям измерителей только второй группы. Обучение системы ИИ происходит в момент отсутствия полетов при измерении полей двумя группами измерителей и заполнении базы данных системы ИИ. Показания роя измерителей первой группы, помещенные в базу данных, позволяют выделить «опасное» множество показаний измерителей второй группы, которые свидетельствуют о повышенной напряженности поля. При наличии полетов работает только вторая группа измерителей, и их показания сравниваются с «опасным» множеством измерений второй группы датчиков. При наличии совпадений последует указание на запрет полетов ЛА.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах, обеспечивающих безопасность полетов летательных аппаратов в грозовой обстановке. Измеритель вектора напряженности электрического поля содержит три одноосных измерителя электрической напряженности, установленных на сферическом электропроводном экране. Внутри сферического экрана размещен беспилотный летательный аппарат (БПЛА). Сферический экран выше и ниже пропеллеров БПЛА выполнен в виде сетчатой структуры, внутри сферического экрана размещены приемник и передатчик радиосигналов, связанные с одноосными измерителями электрической напряженности, с системой угловой ориентации осей измерителя, системой позиционирования положения и системой управления; антенна выполнена как часть сферического экрана и соединена с основной частью экрана через фильтры. На поверхности сферического экрана могут быть установлены выдвижные шасси. Технический результат: возможность разместить измеритель в пространстве без использования подвесов и повышение устойчивости измерителя при посадке. 1 з.п. ф-лы.

1. Измеритель вектора напряжённости электрического поля, содержащий три одноосных измерителя электрической напряжённости, оси чувствительности которых перпендикулярны, установленные на сферическом электропроводном экране, отличающийся тем, что внутри сферического экрана размещен беспилотный летательный аппарат (БПЛА), при этом сферический экран выше и ниже пропеллеров БПЛА выполнен в виде сетчатой структуры, внутри сферического экрана размещены приёмник и передатчик радиосигналов, связанные с одноосными измерителями электрической напряжённости, с системой угловой ориентации осей измерителя, системой позиционирования положения и системой управления, антенна выполнена как часть сферического экрана и соединена с основной частью экрана через фильтры.

2. Измеритель вектора напряжённости электрического поля по п.1, отличающийся тем, что на поверхности сферического экрана установлены выдвижные шасси.