УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ МУЛЬТИРОТОРНОГО ТИПА Российский патент 2024 года по МПК G01L5/13 G01M9/00 

Область техники

Изобретение относится к области аэродинамики, а именно к оборудованию для проведения аэродинамических исследований, в частности к способам исследования характеристик действия индуктивных воздушных потоков от винтов беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа (БЛА МТ), включая крупногабаритные БЛА МТ на подвесное оборудование и его характеристики.

Уровень техники

Известна полезная модель RU 200947 U1 «Стенд для испытаний беспилотного летательного аппарата», МПК G01М 9/06, содержащая опорную раму, на которой неподвижно закреплена вертикальная направляющая. На направляющей подвижно установлена платформа, на которой закреплен неподвижно двухосевой шарнир, выполненный в виде карданного шарнира. На шарнире закрепляется с возможностью поворота в горизонтальной плоскости конвертоплан. На тросе подвешивается груз, масса которого подбирается таким образом, чтобы платформа вместе с установленным на ней конвертопланом находилась в определенном равновесном положении.

Недостатком вышеописанного технического решения является отсутствие возможности монтажа и применения силовой установки, имитирующей различные типоразмеры БЛА МТ, установки измерительных приборов, а также невозможность увеличения конструкции по высоте из-за отсутствия модульного исполнения (RU 200947 U1, http://new.fips.ru).

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является решение RU 186022 U1 «Стенд для испытаний подъемной тяги винтов беспилотного летательного аппарата», МПК G01L 5/13, B64C 11/00, содержащее защитную раму, двуплечий рычаг в виде прямоугольной балки, электродвигатель, закрепленный на одном конце двуплечего рычага, опора оси вращения рычага, расположенная на основании, состоящем из продольных, поперечных и вертикальной балок квадратного сечения, жестко соединенных между собой диагоналями, отличающийся тем, что вводят тензодатчик, который установлен на другом конце двуплечего рычага, аккумулятор и контроллер, которые закреплены на двуплечем рычаге, причем аккумулятор соединен с электродвигателем через контроллер, притом закрепленные на двуплечем рычаге контроллер и тензодатчик соединены с персональным компьютером через USB порт посредством коммуникационного провода.

Недостатком вышеописанного технического решения является отсутствие возможности монтажа и применения силовой установки, имитирующей различные типоразмеры БЛА МТ, установки измерительных приборов, а также невозможность увеличения конструкции по высоте из-за отсутствия модульного исполнения (RU 186022 U1, http://new.fips.ru).

Технической задачей для решения вышеописанных недостатков является разработка модульной разборной конструкции устройства, посредством которой формируются воздушные потоки, подобные индуктивным воздушным потокам, создаваемым БЛА МТ, но без применения непосредственно самого аппарата, а также имеющей возможность установки измерительных приборов на разной высоте.

Сущность изобретения

Поставленная техническая задача решается за счет того, что устройство содержит каркас (1) фиг. 1 модульной конструкции из секций (2) фиг. 1, 2, выполненных из направляющих (2.1) фиг. 2, 3, расположенных в пространстве повторяя ребра прямоугольного параллелепипеда, и силовую установку (3) фиг. 1, 4, имитирующую индуктивные воздушные потоки, создаваемые БЛА МТ, установленную в верхней части каркаса (1) фиг. 1, состоящую из крестовины (3.1) фиг. 4 с закрепленными на ней двигателями (3.3) фиг. 4, винтами (3.4) фиг. 4, полетным контроллером, радиомодулем, аккумулятором (на фигуре не показаны).

Каркас (1) фиг. 1 представляет собой модульную разборную конструкцию, состоящую из секций (2) фиг. 1, 2. Секция (2) фиг. 2 состоит из направляющих (2.1) фиг. 2, 3, выполненных из жесткого прочного материала, например, деревянного бруса, расположенных в пространстве повторяя ребра прямоугольного параллелепипеда с размером боковых сторон, например, два на два метра. Направляющие (2.1) фиг. 2, 3 сопряжены между собой посредством соединительных втулок (2.2) фиг. 2, 3 и, например, резьбового соединения (2.3) фиг. 2, 3. В частном случае исполнения применен винт-барашек или гайка-барашек.

Силовая установка (3) фиг. 1, 4 закреплена в верхней части каркаса (1) фиг. 1, при этом крестовина (3.1) фиг. 4 повторяет положение лучей БЛА МТ. На лучах крестовины (3.1) фиг. 4 закреплены подвижные каретки (3.2) фиг. 4 с двигателями (3.3) фиг. 4 и винтами (3.4) фиг. 4. В процессе настройки устройства каретки (3.2) перемещаются вдоль лучей крестовины в необходимое место и затем фиксируются посредством, например, резьбовых соединений (3.5) фиг. 5. Подбор двигателей (3.3) фиг. 4 осуществляется согласно требованиям к БЛА МТ. Двигатели (3.3) фиг. 4 сопряжены с каретками (3.2) фиг. 4 таким образом, чтобы ось двигателя была перпендикулярна уровню земли и винты работали параллельно уровню земли для достижения наилучшей имитации работы БЛА МТ. Концы крестовины (3.1) фиг. 4 установлены в держатели (1.1) фиг. 4, которые ограничивают ее движение при переходе силовой установки в состояние неподвижного висения или маневрирования не позволяя ей вылететь за пределы каркаса (1) фиг. 1 и повредить винты (3.4) фиг. 4. Также применение держателей (1.1) фиг. 4 обусловлено в аварийной ситуации, по причине того, что при отказе одного из двигателей или поломке винта БЛА МТ действует непредсказуемо, что может привести к разрушению самого летательного аппарата, дорогостоящего подвесного оборудования, оборудования для анализа требуемых характеристик, а также нанести увечья персоналу, выполняющему исследовательскую работу. Максимальный допустимый наклон силовой установки не более 15 град. В центре крестовины (3.1) установлена площадка, например, круглой формы, диаметром не более 100 мм для монтажа, полетного контроллера, радиомодуля, электронного регулятора скорости (ESC) и аккумуляторных батарей. В частном случае исполнения силовая установка (3) фиг. 1, 4 работает от электрической сети питания. Под силовой установкой (3) фиг. 1, 4 крепится устройство диспергирования согласно штатному положению крепления к БЛА МТ.

Управление силовой установкой (3) фиг. 1, 4 осуществляется при помощи радиоконтроллера и дистанционного пульта управления. Целесообразно использовать полетные контроллеры серии Pixhawk, по причине наличия возможности программирования всех параметров непосредственно оператором.

Приборы для исследования аэродинамических характеристик индуктивных потоков и характеристик подвесного оборудования фиксируются на раме с сеткой (4) фиг. 6, размещенной внутри каркаса (1) фиг. 1 на восьми крючках (4.1) фиг. 6. В частном случае исполнения крючки (4.1) фиг. 6 выполнены комплектами разной длины и окрашены в разные цвета, каждый из которых обозначает конкретную длину крючка (4.1) фиг. 6, что позволяет легче ориентироваться в процессе выбора необходимой длины крючков (4.1) фиг. 6 при размещении на необходимой высоте рамы с сеткой (4) фиг. 6. Положения силовой установки (3) в состоянии покоя, при работе и в состоянии маневрирования показаны на фиг. 7, 8, 9 соответственно.

Технический результат заявленного решения заключается в возможности исследования характеристик действия индуктивных воздушных потоков от винтов беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа без применения непосредственно самих аппаратов за счет особенностей конструкции, позволяющих изменять положение двигателей, скорость вращения, количество, мощность и размеры винтов, а также высоту их расположения. Разборная модульная конструкция установки обеспечивает возможность удобной транспортировки и хранения, а также увеличение высоты установки кратно одной секции при исследовании крупногабаритных БЛА МТ.

Краткое описание чертежей:

На фиг. 1 - схематичное изображение устройства для исследования аэродинамических характеристик воздушных потоков при использовании беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа. Аксонометрическая проекция.

На фиг. 2 - схематичное изображение секции каркаса. Аксонометрическая проекция.

На фиг. 3 - схематичное изображение узла соединения направляющих. Продольный разрез.

На фиг. 4 - схематичное изображение силовой установки. Аксонометрическая проекция.

На фиг. 5 - схематичное изображение луча крестовины силовой установки с подвижной кареткой. Аксонометрическая проекция.

На фиг. 6 - схематичное изображение рамы с сеткой. Аксонометрическая проекция.

На фиг. 7, 8, 9 - схематические изображения различных положений силовой установки.

Общий вид.

Краткое описание конструктивных элементов:

1 - каркас;

1.1 - держатель;

2 - секция;

2.1 –направляющая;

2.2 –втулка;

2.3 –резьбовое соединение;

3 - силовая установка;

3.1 - крестовина;

3.2 - каретка;

3.3 –двигатель;

3.4 –винт;

3.5 - резьбовое соединение;

4 - рама с сеткой;

4.1 - крючок.

Осуществление заявленного решения

Заявленное решение работает следующим образом.

Формируют секции (2) фиг. 2 каркаса (1) фиг. 1, соединяя направляющие (2.1) фиг. 2 посредством втулок (2.2) и фиксируют втулки (2.2) крепежными элементами с резьбовым соединением (2.3). Собирают каркас (1) фиг. 1, устанавливая секции (2) фиг. 2 друг на друга, и фиксируют секции (2) между собой крепежными элементами с резьбовым соединением (2.3). При необходимости закрепляют каркас (1) растяжками по углам с четырёх сторон. Далее производят сборку силовой установки (3) фиг. 4, монтируя на крестовину (3.1) каретки (3.2) с двигателями (3.3) и винтами (3.4), а также подвесное оборудование, полетный контроллер, радиомодуль, электронный регулятор скорости (ESC) и аккумуляторные батареи. Перед монтажом силовой установки (3) фиг. 1 на верхнюю часть каркаса (1) производят регулировку расположения кареток (3.2) фиг. 4 в соответствии с требованиями БЛА МТ. Далее производят монтаж силовой установки (3) фиг. 1 на верхнюю часть каркаса (1), фиксируя крестовину (3.1) фиг. 4 при помощи держателей (1.1). Закрепляют раму с сеткой (4) фиг. 6 на каркасе (1) с помощью крючков (4.1). Располагают необходимые для исследований приборы на раме с сеткой (4) фиг. 6. Далее запускают силовую установку (3) фиг. 1 и осуществляют проверку ее работы, имитируя взлет, посадку и маневрирование БЛА МТ фиг. 7, 8, 9.

Изобретение относится к области аэродинамики, а именно к оборудованию для проведения аэродинамических исследований, в частности к способам исследования характеристик действия индуктивных воздушных потоков от винтов беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа (БЛА МТ), включая крупногабаритные БЛА МТ на подвесное оборудование и его характеристики. Устройство для исследования аэродинамических характеристик воздушных потоков при использовании беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа, включающее каркас, внутри которого расположена силовая установка, имеющая электродвигатель, вал которого сопряжен с винтом. При этом каркас имеет модульную конструкцию, состоящую из секций, образованных направляющими, сопряженными между собой втулками и крепежными элементами с резьбовым соединением. Силовая установка, расположенная в верхней части каркаса, содержит крестовину, лучи которой повторяют положение лучей беспилотного летательного аппарата мультироторного типа и имеют подвижную каретку с возможностью перемещения вдоль луча крестовины силовой установки. При этом подвижная каретка содержит элемент, фиксирующий её положение на луче крестовины, подвижная каретка сопряжена с двигателем, вал которого соединен с винтом, концы крестовины силовой установки расположены в держателях ограничивающих амплитуду движения крестовины, а в центре крестовина имеет площадку для монтажа оборудования. Приборы для исследования аэродинамических характеристик индуктивных воздушных потоков и характеристик подвесного оборудования установлены на раме с сеткой, расположенной внутри каркаса и соединенной с ним крючками. Технической задачей для решения вышеописанных недостатков является разработка модульной разборной конструкции устройства, посредством которой формируются воздушные потоки, подобные индуктивным воздушным потокам, создаваемым БЛА МТ, но без применения непосредственно самого аппарата, а также имеющей возможность установки измерительных приборов на разной высоте. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для исследования аэродинамических характеристик воздушных потоков при использовании беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа, включающее каркас, внутри которого расположена силовая установка, имеющая электродвигатель, вал которого сопряжен с винтом, отличающееся тем, что каркас имеет модульную конструкцию, состоящую из секций, образованных направляющими, сопряженными между собой втулками и крепежными элементами с резьбовым соединением, силовая установка, расположенная в верхней части каркаса, содержит крестовину, лучи которой повторяют положение лучей беспилотного летательного аппарата мультироторного типа и имеют подвижную каретку с возможностью перемещения вдоль луча крестовины силовой установки, при этом подвижная каретка содержит элемент, фиксирующий её положение на луче крестовины, подвижная каретка сопряжена с двигателем, вал которого соединен с винтом, концы крестовины силовой установки расположены в держателях, ограничивающих амплитуду движения крестовины, а в центре крестовина имеет площадку для монтажа оборудования, приборы для исследования аэродинамических характеристик индуктивных воздушных потоков и характеристик подвесного оборудования установлены на раме с сеткой, расположенной внутри каркаса и соединенной с ним крючками.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вал двигателя имеет поперечное расположение относительно подвижной каретки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крючки фиксации рамы с сеткой выполнены комплектами разной длины, при этом крючки каждого комплекта имеют свой цвет, обозначающий длину крючка в данном комплекте.