Беспилотный летательный аппарат Российский патент 2024 года по МПК B64U10/00 B64U20/70 

Заявляемое изобретение относится к авиации, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) самолетного типа, выполненным в интегральной компоновке по балансировочной схеме «утка», с высокими скоростными и маневренными характеристиками.

Из уровня техники известен БПЛА самолетного типа с высокими скоростными и маневренными характеристиками Rockwell HiMAT [1.], выполненный по балансировочной схеме «утка». Данный БПЛА содержит фюзеляж, стреловидное крыло, переднее оперение, подфюзеляжный воздухозаборник, силовую установку в виде турбореактивного двигателя, вертикальное оперение, состоящее из двух хвостовых килей, размещенных на двух обособленных от фюзеляжа хвостовых балках, и двух вертикальных шайб, расположенных на законцовках крыла. Крыло снабжено механизацией передней и задней кромки. Переднее оперение оснащено механизацией задней кромки.

Данный БПЛА обладает недостатками. Переднее оперение не является цельноповоротным, что снижает эффективность управления. Относительно близкое расположение переднего оперения к крылу в данном БПЛА приводит к значительной аэродинамической интерференции крыла и оперения, в результате которой снижается подъемная сила крыла. Переднее оперение имеет незначительный угол наклона консолей относительно горизонтальной плоскости, что приводит к малой эффективности переднего оперения при использовании его для управления по рысканью.

Известен БПЛА самолетного типа Bayractar Kizilelma [2.], выполненный по балансировочной схеме «утка». БПЛА содержит фюзеляж, трапециевидное крыло с крыльевой механизацией, цельноповоротное переднее оперение, вертикальное оперение, состоящее из двух хвостовых килей, боковые воздухозаборники, силовую установку в виде турбореактивного двигателя и внутренние грузовые отсеки.

Данный БПЛА обладает недостатками. Цельноповоротное переднее горизонтальное оперение расположено в одной плоскости с крылом на относительно небольшом расстоянии от крыла, что приводит к сильному влиянию скоса потока от переднего горизонтального оперения на крыло и, как следствие, потерям подъемной силы крыла при наличии подъемной силы на переднем горизонтальном оперении. Боковое расположение воздухозаборников на данном БПЛА приводит к тому, что угол атаки в месте расположения воздухозаборника в 1,3-1,5 раза больше в сравнении с углом атаки в носовой части фюзеляжа [3.]. Увеличение угла атаки на входе в воздухозаборник ухудшает характеристики воздухозаборника и увеличивает потери тяги двигателя. Трапециевидное крыло данного БПЛА имеет малое удлинение, что приводит к увеличению индуктивного сопротивления и снижению максимального аэродинамического качества.

Из уровня техники известен БПЛА самолетного типа AVIC Dark Sword [4.], выполненный по балансировочной схеме «бесхвостка», содержащий фюзеляж, крыло сложной в плане формы, представляющее собой комбинацию треугольного и стреловидного крыла, механизацию крыла, выдвижные пластины дестабилизаторов в носовой части фюзеляжа, вертикальное оперение, состоящее из двух хвостовых килей, подфюзеляжный воздухозаборник, силовую установку в виде турбореактивного двигателя и внутренние грузовые отсеки.

Поскольку данный БПЛА выполнен по балансировочной схеме «бесхвостка», он обладает рядом особенностей. Управление по тангажу может осуществляться только механизацией крыла, что снижает эффективность управления, в сравнении с применением переднего либо хвостового горизонтального оперения. Выдвижные пластины дестабилизаторов в передней части фюзеляжа позволяют сдвигать аэродинамический фокус БПЛА вперед и за счет этого использовать механизацию крыла в режиме закрылок, увеличивая подъемную силу БПЛА на взлетно-посадочных и маневренных режимах; однако эффективность пластин дестабилизаторов для сдвига аэродинамического фокуса меньше, чем эффективность переднего цельноповоротного оперения с несущими плоскостями. Кроме этого, пластины дестабилизаторов, в отличие от переднего оперения, невозможно применять для сокращения посадочной дистанции, так как они не могут обеспечить увеличения прижимной силы.

Известен БПЛА Fury [5.] самолетного типа, выполненный по нормальной балансировочной схеме, содержащий фюзеляж, трапециевидное крыло, хвостовое горизонтальное оперение, состоящее из двух стабилизаторов, хвостовое вертикальное оперение, состоящее из одного киля, подфюзеляжный воздухозаборник, силовую установку в виде турбореактивного двигателя и внутренние грузовые отсеки.

Поскольку данный БПЛА выполнен по нормальной балансировочной схеме, на взлетно-посадочных режимах требуется отклонять стабилизатор носком вниз для компенсации пикирующего момента от закрылков, что приводит к потерям подъемной силы на балансировку и, как следствие, к снижению взлетно-посадочных характеристик.

Целью заявляемого технического решения является улучшение летных характеристик БПЛА относительно аналогов.

Заявляемый БПЛА поясняется чертежами (фиг. 1-2) и содержит фюзеляж 1, крыло сложной в плане формы, образованное комбинацией наплыва, представляющего собой треугольное крыло 2 малого удлинения [6.], и стреловидного крыла 3 умеренного удлинения, механизацию 4 передней кромки и механизацию 5 задней кромки стреловидного крыла 3, цельноповоротное переднее V-образное оперение 6 со стреловидными консолями, V-образное хвостовое вертикальное оперение 7 с трапециевидными килями, силовую установку в виде одного турбореактивного двигателя 8, канал воздуховода 9, подфюзеляжный воздухозаборник 10 двигателя 8, центральный фюзеляжный грузовой отсек 11, шасси 12.

Фюзеляж 1 БПЛА плавно сопрягается с крылом сложной в плане формы и образует интегральную компоновку. Интегральная компоновка улучшает обтекание и способствует увеличению максимального аэродинамического качества и коэффициента максимальной подъемной силы БПЛА.

Конфигурация крыла сложной в плане формы позволяет улучшить аэродинамические характеристики крыла при полете на больших углах атаки и уменьшить его волновое сопротивление [7.]. Применяемая в конструкции конфигурация стреловидного крыла может обладать удлинением 2,7-3,7 единиц, что позволяет получить высокое для летательных аппаратов подобного класса максимальное аэродинамическое качество и умеренную величину индуктивного сопротивления, при умеренной массе конструкции крыла. Стреловидность передней кромки крыла 3 находится в пределах от 40 до 55 градусов, что значительно снижает величину волнового сопротивления.

Механизация 4 представляет собой отклоняемые носки либо предкрылки. Механизация 5 представляет собой двухсекционные флапероны. Механизация крыла служит для увеличения аэродинамического качества, снижения индуктивного сопротивления и увеличения подъемной силы. При этом флапероны используются для создания управляющих моментов по крену и тангажу, а также для выполнения функции тормозных щитков.

Турбореактивный двигатель 8 располагается в хвостовой части фюзеляжа 1 и обеспечивает создание тяги, потребной для полетных режимов.

Шасси 12 БПЛА состоят из передней и основных стоек. Передняя стойка шасси размещается в пространстве под воздуховодом 9 воздухозаборника 10, основные стойки - в корневых частях крыла.

Стреловидные консоли цельноповоротного переднего V-образного оперения 6 установлены на носовой части БПЛА на значительном удалении от крыла и центра масс. Оперение 6 установлено на фюзеляже 1 так, что расстояние L₂ между точкой на середине корневой хорды оперения 6 и точкой на середине корневой хорды крыла 3 при измерении в горизонтальной плоскости составляет не менее одной длины L₁ корневой хорды крыла 3, что обеспечивает высокую эффективность управляющих моментов от консолей (фиг. 2). При этом консоли установлены под углом к горизонтальной плоскости в пределах 30-50 градусов, что обеспечивает возможность создания управляющих моментов по рысканью посредством дифференцированного отклонения консолей. Момент крена, возникающий при дифференцированном отклонении консолей, компенсируется отклонением флаперонов, установленных на крыле. Таким образом, обеспечивается возможность управления по рысканью без применения руля направления на V-образном хвостовом вертикальном оперении 7, за счет чего упрощается конструкция БПЛА. В режиме пробега после посадки оперение 6 может использоваться совместно с механизацией 5 для увеличения прижимной силы, что приводит к увеличению силы торможения на колесах шасси 12 и уменьшению длины пробега.

Переднее оперение 6 может иметь обратную стреловидность по передней кромке, составляющую от 40 до 55 градусов, что обеспечивает безотрывное обтекание оперения на больших углах атаки и улучшение его несущих свойств.

Хвостовое оперение 7 состоит из двух трапециевидных килей, расположенных по бокам хвостовой части фюзеляжа 1, и служит для стабилизации БПЛА в канале рысканья и для экранирования теплового излучения двигателя 8 с боковых ракурсов. Кроме этого, в конструкции килей может размещаться топливо.

Подфюзеляжный воздухозаборник 10 обеспечивает наилучшие условия потока на входе в него, поскольку носовая часть фюзеляжа 1 в комбинации с крылом 2 осуществляет спрямление потока на входе в воздухозаборник 10, уменьшая его угол атаки.

Техническим результатом, на который направлено заявляемое изобретение, является улучшение летных характеристик БПЛА относительно аналогов.

Устройство может быть выполнено с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники, принятые во внимание:

1. Информационное агентство Avia.pro [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://avia.pro/blog/rockwell-himat-telmicheskie-harakteristiki-foto, свободный.

2. Альтернативная история - Крупнейший блог [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://altematMstory.com/pervyj-stels-bespilotnik-turtsii-barkatar-kizilelma/, свободный.

3. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / Под ред. Г.С. Бюшгенса - М.: Наука. Физматлит, 1998. - 816 с - Гл. 5.2, с. 250-259.

4. Информационное агентство REGNUM [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://regnum.ru/news/2427601.html, свободный.

5. Издание The Defense Post [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.thedefensepost.com/2023/01127/usaf-fury-engine-test/, свободный.

6. Аронин, Г.С. Практическая аэродинамика: Учебник для летного состава / Г.С. Аронин. - М.: Воениздат, 1962. - 384 с. - § 4, с. 82-87.

7. Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / Под ред. Г.С. Бюшгенса - М.: Наука. Физматлит, 1998. - 816 с. - Гл. 4.1, с. 189-191.

8. Пат. 2384470 RU, МПК (2006.01) В64С 39/00. Возвращаемый многорежимный беспилотный летательный аппарат с изменяемым запасом статической устойчивости / Дмитриев М.Л. и др. - Заявл. 23.06.2008; опубл. 20.03.2010, Бюл. №8.

9. Пат. 2787906 RU, МПК (2006.01) В64С 39/02. Высокоскоростной беспилотный летательный аппарат / Миронов М.А., Морозов А.Л. - Заявл. 16.12.2021; опубл. 13.01.2023, Бюл. №2.

10. Пат. 2181333 RU, МПК (2006.01) B64D 27/20, B64D 33/02. Беспилотный многорежимный высокоманевренный летательный аппарат / Бондаренко Н.Н. и др. - Заявл. 17.04.2000; опубл. 20.04.2002.

11. Пат. 2297371 RU, МПК (2006.01) В64С 1/00 и др. Интегральный и/или модульный высокоскоростной самолет / Нелсон Ч.П. - Заявл. 17.01.2002; опубл. 20.04.2007, Бюл. №11.

12. Пат. 2770885 RU, МПК (2006.01) В64С 30/00. Многофункциональный сверхзвуковой однодвигательный самолет / Стрелец М.Ю. и др. - Заявл. 19.07.2021; опубл. 25.04.2022, Бюл. №12.

13. Пат. 2768101 RU, МПК (2006.01) В64С 30/00. Легкий тактический самолет / Стрелец М.Ю. и др. - Заявл. 19.07.2021; опубл. 23.03.2022, Бюл. №9.

Изобретение относится к авиации, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) самолетного типа, выполненным в интегральной компоновке по балансировочной схеме «утка». Беспилотный летательный аппарат выполнен в интегральной компоновке по балансировочной схеме «утка» и содержит фюзеляж, цельноповоротное переднее оперение со стреловидными консолями, V-образное хвостовое вертикальное оперение с трапециевидными килями, силовую установку в виде одного турбореактивного двигателя, подфюзеляжный воздухозаборник, центральный фюзеляжный грузовой отсек, шасси. При этом фюзеляж плавно сопряжен с крылом сложной в плане формы, представляющим собой комбинацию треугольного крыла малого удлинения и стреловидного крыла умеренного удлинения, а передняя и задняя кромки стреловидного крыла механизированы. При этом переднее оперение выполнено V-образным и установлено на фюзеляже так, что расстояние между точкой на середине корневой хорды переднего оперения и точкой на середине корневой хорды стреловидного крыла при измерении в горизонтальной плоскости составляет не менее одной длины корневой хорды стреловидного крыла. Техническими результатами являются: улучшение летных характеристик БПЛА. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Беспилотный летательный аппарат, выполненный в интегральной компоновке по балансировочной схеме «утка», содержащий фюзеляж, цельноповоротное переднее оперение со стреловидными консолями, V-образное хвостовое вертикальное оперение с трапециевидными килями, силовую установку в виде одного турбореактивного двигателя, подфюзеляжный воздухозаборник, центральный фюзеляжный грузовой отсек, шасси, при этом фюзеляж плавно сопряжен с крылом сложной в плане формы, представляющим собой комбинацию треугольного крыла малого удлинения и стреловидного крыла умеренного удлинения, а передняя и задняя кромки стреловидного крыла механизированы, отличающийся тем, что переднее оперение выполнено V-образным, при этом переднее оперение установлено на фюзеляже так, что расстояние между точкой на середине корневой хорды переднего оперения и точкой на середине корневой хорды стреловидного крыла при измерении в горизонтальной плоскости составляет не менее одной длины корневой хорды стреловидного крыла.

2. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что переднее оперение имеет обратную стреловидность по передней кромке консолей.