БОЕВОЙ МУЛЬТИКОПТЕР С КУМУЛЯТИВНЫМ СНАРЯДОМ Российский патент 2024 года по МПК B64U101/15 F42B12/10 F42B1/02 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к компактным боевым скоростным беспилотным летательным аппаратам с возможностью вертикального взлета и посадки, выполненных на основе мультикоптера (дрона, многороторного аппарата, квадрокоптера и т.д.).

Из уровня техники известно устройство типа дрон (квадрокоптер), включающее четыре ротора (и аэродинамической формы фюзеляж, в котором два ротора расположены вдоль продольной оси фюзеляжа и два ротора расположены вдоль поперечной оси фюзеляжа (см. WO2014108459, кл. А 63 Н 27/00; В 64 С 27/20; В 64 С 39/02, опубл. в 2014 году). А также автоматизированная система обнаружения радиоактивных материалов с беспилотным летательным аппаратом типа квадрокоптер, с бортовым блоком управления, устройством сбора и обработки информации, соединенным с ним навигационным оборудованием определения местоположения, автономным источником электропитания (см. патент на полезную модель РФ №128868, кл. В 64 D 47/00, опубл. в 2013 году). Такие малогабаритные беспилотники в настоящее время широко разрабатываются и производятся во всем мире. В основном это высокоманевренные скоростные малогабаритные следящие устройства с возможностью полета на большой высоте.

Известна малогабаритная мобильная авиационная система, содержащая беспилотные летательные аппараты с автономным электроприводом, передвижной контейнер и систему дистанционного управления, у которой беспилотные летательные аппараты выполнены в виде вертикально взлетающих платформ с жесткими винтовентиляторами и снабжены системой автоматической посадки, а передвижной контейнер базируется на автомобильном шасси, содержит группу указанных летательных аппаратов и снабжен устройствами обеспечения их энергией для полета и осуществления рабочего цикла взлета и посадки (см. патент на изобретение РФ №2015067, кл. В 64 С 29/02, опубл. в 1994 году). Такое оригинальное устройство характеризуется повышенной мобильностью и оперативностью, однако не позволяет решать вопросы военной эксплуатации в условиях, когда нужно доставлять большое количество компактных мультикоптеров в зону боевых действий.

Известен автономный дрон-перфоратор для доставки кумулятивных зарядов в скважину, который содержит приемный усилитель, детонатор и детонирующий шнур (см. US2022333467, кл. Е21В 33/068, опубл. в 2022 году). Это достаточно сложная конструкция обеспечивает доставку перфораторной установки в скважину без специального троса и ее обратное поднятие на поверхность после произведенного гидроразрыва пласта.

Известна автономная боевая часть с координатором цели, содержащая корпус, кумулятивный заряд, парашют, источник питания, координатор цели, устройство перемещения в виде дрона, обеспечивающее ее управляемое перемещение в горизонтальной и вертикальной плоскостях, режим зависания в воздухе, систему автономного наведения, включающую соединенные между собой контроллер управления перемещением, навигационную систему, приемник навигационной системы, при этом координатор цели содержит модуль хранения параметров цели, включающий оптический инфракрасный датчик цели, магнитометрический датчик цели, соединенные с блоком хранения параметров цели, причем координатор цели размещен в механизме наведения таким образом, что обеспечивается синхронное изменение положения координатора цели и кумулятивного заряда, при этом кумулятивный заряд установлен таким образом, что его продольная ось располагается вертикально при горизонтальном полете боеприпаса (см. патент на изобретение РФ №2576106, кл. F42B 10/00, опубл. в 2014 году). А также аналогичного вида действия кассетная боевая часть (см. патент на изобретение РФ №2576196, кл. F42B 15/01, опубл. в 2014 году). А также автономный тактический боеприпас (см. патент на изобретение РФ №2577587, кл. F42B 10/00, опубл. в 2014 году). Во всех этих патентах раскрыта конструкция боеприпаса с кумулятивным зарядом для реактивной техники, предусматривающая перевод боеприпаса из транспортного положения в боевое с помощью парашюта и последующее автономное движение боеприпаса к цели с помощью винтового механизма (типа дрон) для его поражения. Эта сложная система «двухуровневой» доставки снаряда (сначала ракета, потом дрон) имеет несколько «слабых» мест, уменьшающих безотказность и надежность ее работы.

Известен кумулятивный заряд, содержащий корпус и заряд взрывчатого вещества, между которыми размещен слой из эластичного инертного материала, причем на поверхности заряда взрывчатого вещества выполнена как минимум одна спиральная канавка, а слой эластичного инертного материала размещен по торцу заряда взрывчатого вещества, противоположному облицовке (см. патент на изобретение РФ №2456534, кл. F42B 1/02, опубл. в 2011 году). Недостатком этого технического решения является то, что для производства данных кумулятивных зарядов необходимо иметь специальное оборудование и материалы.

Известен боевой комплект кумулятивного действия, содержащий несколько одинаковых кумулятивных зарядов с детонаторами, размещенных в гнездах крепежного приспособления с элементами крепления и устройством одновременного срабатывания зарядов, причем каждый кумулятивный заряд выполнен с максимальным диаметром d, соответствующим стандартному калибру патрона для гладкоствольного оружия, и включает в себя съемную головную часть - обтекатель со встроенным головным взрывателем контактного действия и донный взрыватель, пиротехнически соединенный с головным взрывателем, при этом внутренний диаметр гнезд крепежного приспособления выполнен равным d (см. патент на изобретение РФ №2138005, кл. F42B 1/02, опубл. в 1998 году). Такой боевой комплект сложно было бы использовать в конструкции с мультикоптером в связи с тем, что он имеет большие размеры и массу.

Известен беспилотный ударный комплекс, содержащий беспилотный летательный аппарат (БЛА) со спутниковой навигационной системой (СНС), видеокамерой, блоком управления, дальномером, например лазерным, и электрически связанным с блоком управления, установленным в БЛА боевым элементом, выполненным в виде боеприпаса направленного действия типа «ударное ядро», корпус БЛА позволяет выдвигать из него боевой элемент с сохранением параллельности их осей, причем одновременно с выдвижением боевой части из корпуса беспилотного летательного аппарата вниз выдвигается воздушный тормоз, создающий сопротивление, аналогичное сопротивлению боевой части d (см. патент на изобретение РФ №2751562, кл. F41H 13/00, опубл. в 2020 году). Этот комплекс основан на использовании БЛА самолетного типа, имеющих множество ограничений по маневренности.

Известен боеприпас к подствольному гранатомету с совмещением режимов обнаружения и поражения цели, включающий боевую часть осколочно-фугасного действия с взрывателем и видеокамерой и несущую часть, в стенке корпуса несущей части предусмотрены четыре паза, в которых до запуска размещаются четыре раскладные опоры с электродвигателями и винтами, в корпусе несущей части размещены элементы управления боеприпасом и источник питания, на хвостовике корпуса несущей части выполнена камера сгорания с капсюлем-воспламенителем, наполненная пороховым метательным зарядом, с внешним профилем под форкамеру ствола гранатомета, причем боевая часть закреплена на несущей части электромеханическим размыкателем, камера сгорания выполнена сменной, боеприпас снабжен дополнительной видеокамерой, размещенной на торце корпуса несущей части, выполненной с возможностью работы при отделении боевой части (см. патент на изобретение РФ №2771508, кл. F42B 12/20, опубл. в 2022 году). Такой боеприпас размещен на несущей части типа квадрокоптера с возможностью обнаружения цели и имеет боевую часть с размыкателем метательного заряда для отсоединения от несущей части для поражения цели. Запускают боеприпас в воздух с помощью подствольного гранатомета. Несущую часть можно использовать повторно, присоединив к ней новый снаряд.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является «летающая» противотанковая мина, содержащая кумулятивный боевой элемент, неподвижно соединенный с мультикоптером с вертикальным расположением оси кумулятивной облицованной воронки боевого элемента при горизонтальном положении мультикоптера, электроприводы воздушных винтов, источник энергопитания, систему управления на безопасном расстоянии бортовыми устройствами и систему наблюдения, как минимум посредством технического зрения, а также опорно-посадочное устройство, ориентированное вертикально вниз вдоль оси кумулятивной воронки на удалении периферийной своей части от воздушных винтов по высоте, в которой боевой элемент соединен с мультикоптером с ориентацией кумулятивной воронки боевого элемента вертикально вверх при горизонтальном положении мультикоптера, противоположно ориентации опорно-посадочного устройства, с возможностью неоднократных маневровых взлетов-посадок мины и поражения ею цели со стороны днища и ходовой части последней с наземного ее положения, а электрооборудование и система управления выполнены с возможностью дифференцированного управления скоростью и направлением вращения несоосных воздушных винтов в обеспечение возможности маневрирования с переворачиванием мультикоптера на 180° (см. патент на изобретение РФ №2628351, кл. B64D 7/00, опубл. в 2016 году). У такого технического решения несколько недостатков. Одним из них является одноразовое использование устройства, не предусматривающее возможность сохранения несущей части мультикоптера для дальнейшего использования. Из-за конструктивных особенностей противотанковых мин для их использования в «летающем» виде нужны достаточно большие мультикоптеры: если масса мины составляет около 6 кг (см, например, http://saper.isnet.ra/mines/tm-72.html), то для ее транспортировки требуется мультикоптер с весом не менее 6 кг. Но чем больше размер мультикоптера, тем меньше его скорость, маневренность и дальность полета. Кроме того, такая летающая мина имеет высокую стоимость, поэтому экономически неоправданно ее одноразовое использование, когда вместе с миной уничтожается и ее несущая часть - мультикоптер. Кумулятивный заряд противотанковой мины имеет цельнотянутую медную облицовку в виде полушара, которая при срабатывании мины образует кумулятивную струю цилиндрической формы большого диаметра. Такой кумулятивный заряд считается зарядом большого отверстия (БО) и небольшого канала (глубины) пробития. Его бронепробитие напрямую зависит от калибра (чем больше, тем лучше) и количества взрывчатого вещества относительно массы заряда. Т.е. для увеличения глубины пробития такого снаряда требуется кратное увеличение его массы.

Техническая проблема заключается в том, что используемые настоящее время в боевых условиях беспилотники (дроны, квадрокоптеры, мультикоптеры) предназначены для доставки к цели достаточно большого по массе и размеру боеприпаса, поэтому имеют большие габариты, что значительно снижает их скорость, маневренность, высоту и дальность полета. При этом эффективность использования кумулятивного снаряда невысока в силу их массы и конструктивных особенностей.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи, расширение боевых возможностей, снижение массы и габаритов боевых мультикоптеров с кумулятивными снарядами при повышении скорости, маневренности, высоты и дальности полета, а также эффективности поражения цели.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в боевом мультикоптере с кумулятивным снарядом, включающем несущую часть, имеющую связанные с корпусом горизонтально расположенные лопастные роторы с приводами их вращения, аккумулятор, систему дистанционного управления, видеокамеру и боевую часть, установленную на корпусе несущей части и снабженную кумулятивным снарядом, несущая часть выполнена на базе мультикоптера массой не более одного килограмма, а боевая часть снабжена герметичным пластиковым кожухом обтекаемой формы, установленным в нижней зоне корпуса несущей части с возможностью отсоединения с помощью механического либо электромагнитного разъединителя, при этом не менее, чем один кумулятивный заряд, массой не более 460 граммов, установлен в герметичном пластиковом кожухе, а боевая часть снабжена обратным клапаном и не менее чем одним электродетонатором, детонирующим шнуром и управляющим контроллером с элементом питания, связанными с кумулятивным зарядом, причем система дистанционного управления боевого мультикоптера снабжена приемо-передающим устройством, расположенным на его несущей части и связанным с управляющим контроллером боевой части, снабженным автономным элементом питания для обмена данных с приемно-передающим устройством, при этом общая масса боевой части не превышает 700 граммов. Кумулятивный снаряд выполнен в виде кассеты с группой кумулятивных зарядов с общей массой, не превышающей 700 граммов, обвязанных детонирующим шнуром.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показано схематичное изображение боевого мультикоптера с одинарным кумулятивным зарядом (вид спереди).

На фиг. 2 - то же, боевая часть с одинарным кумулятивным зарядом (увеличено).

На фиг. 3 - то же, вид сверху на боевую часть (увеличено).

На фиг. 4 - то же, вид сверху на кассету с кумулятивными зарядами (увеличено).

Боевой мультикоптер с кумулятивным снарядом (см. фиг. 1) состоит из двух частей: несущей части (например, на базе FPV дрона), имеющей связанные с корпусом 1 горизонтально расположенные лопастные роторы 2 с приводами (моторами, электродвигателями) 3 их вращения, и боевой части, установленной в нижней зоне корпуса 1 несущей части и снаряженной кумулятивным снарядом (КС). Несущая часть включает аккумулятор (на рисунке не показано), систему дистанционного управления (на рисунке не показано) с DJI очками, поворотную видеокамеру 4 с возможностью дневного и ночного видения (например, FPV камеру), регулятор скорости (на рисунке не показано), полетный контроллер (на рисунке не показано), механизм 5 отсоединения (например, сервопривод либо электромагнитный разъединитель) боевой части, приемник сигнала (на рисунке не показано) и антенну (на рисунке не показано). Боевая часть (см. фиг. 2 и 3) включает кумулятивный снаряд (КС) с герметичным пластиковым кожухом 6 обтекаемой формы, в котором расположены управляющий контроллер 7 кумулятивного снаряда, элемент питания 8 (например, батарейка AAA), датчик 9 удара, основной электродетонатор 10 и дополнительный электродетонатор 11 (например, ПВПД-Н - патрон взрывной предохранительного действия нечувствительный), детонирующий шнур 12, кумулятивный заряд (КЗ) 13 массой не более 460 граммов с облицовкой (воронкой) 14 и обратным клапаном 15. Общая масса боевой части не превышает 700 граммов.

Кумулятивный заряд 13 имеет характеристики глубокого пробития (ГП) при малом диаметре и малой массе за счет использования порошковой металлической облицовки (воронки 14) конусообразной формы, которая при срабатывании кумулятивного заряда 13 образует плазменную кумулятивную струю в виде «морковки» и формирует канал пробития глубиной в стали не менее 360 мм. Данный канал образуется в результате большого давления (порядка 800000 атмосфер) и скорости самой кумулятивной струи, где в начале (на игле) скорость порядка 8-15 км/ сек, а на конце 2 км/сек. Проходя через твердую металлическую преграду (броню), кумулятивная струя в силу большой скорости и давления, встречаясь с преградой (броней) не прожигает, а раздвигает ее на молекулярном уровне, то есть происходит разрушение кристаллической решетки, и она переходит в состояние жидкого металла с относительно небольшим входным отверстием, но глубоким по длине каналом, что при малой массе взрывчатого вещества в заряде имеет большую пробивную способность.

Высокую бронепробивную способность кумулятивного заряда 13 малого калибра и массы определяют следующие параметры:

- конусообразная форма и физико-химические характеристики металлической порошковой облицовки заряда;

- детонационные характеристики взрывчатого вещества заряда;

- пробивные характеристики зарядов (см. таблицу).

Простота, быстрота, а также дешевизна изготовления кумулятивных зарядов определяется малым количеством конструктивных элементов, из которых заряд состоит. А также возможностью автоматизированного способа их изготовления и большим спектром линейки изготовления по размеру и массе зарядов.

Кассетный кумулятивный снаряд (ККС), изображенный на фиг. 4, выполнен в виде кассеты, размещенной в герметичном пластиковом кожухе 6 обтекаемой формы с группой параллельно расположенных кумулятивных зарядов 13 (возможно различное количество) с общей массой не более 700 граммов, обвязанных детонирующим шнуром 12, с основным электродетонатором 10, дополнительным электродетонатором 11, датчиком удара 9 и обратным клапаном 15.

Применение такого летательного аппарата в боевых целях дает возможность использовать всю его специфику в полном объеме. Это возможность доставки на минимальное расстояние к объекту атаки с помощью любого транспортного средства, быстрой сборки вручную (буквально на «коленке») и приведения в боевую готовность, вертикального взлета и посадки, полета на очень небольшой высоте и наоборот - на очень большой высоте, высокие скорость и маневренность при очень маленьких габаритах и массе в совокупности несущей и боевой частей, всепогодность, устойчивость и надежность полета в боевых условиях. При поврежденном двигателе (двигателях) мультикоптер может спланировать и приземлиться без аварии.

FPV дрон (и подобные, почти игрушечные, мультикоптеры) - это компактные квадрокотеры без спутниковой навигации, которые невосприимчивы к средствам радиоэлектронного подавления, со своей электроникой и программным обеспечением (современные с искусственным интеллектом). Управляет таким дроном вручную оператор, который видит воздушную обстановку через специальную маску. Оператор дрон а через приемно-передающее устройство дает команду на уничтожение цели, а программное обеспечение позволяет дрону уничтожить цель даже без помощи оператора.

Кумулятивный снаряд (КС) предназначен для поражения военной техники, бронированной техники, воздушных целей типа вертолетов, БПЛА, надводных легкомоторных плавучих средств, живой силы противника.

Боевой мультикоптер с кумулятивным снарядом является серьезным военным средством. Его используют следующим образом. Кумулятивные снаряды (КС) легко и безопасно транспортируют за счет того, что пластиковый кожух 6, электро детонаторы 10 и 11, детонирующий шнур 12, кумулятивные заряды 13, элементы питания 8 имеют каждый свою безопасную упаковку. Благодаря небольшому весу мультикоптеров и кумулятивных снарядов их можно доставлять на передовую даже в пешем порядке одним человеком-оператором боевого мультикоптера (например, FPV дрона). Боевой мультикоптер такого вида можно быстро и легко собрать в полевых условиях (например, тем же оператором).

Оператор боевого мультикоптера с кумулятивным снарядом управляет им с безопасного расстояния (от 10 и более километров). Например, FPV дрон с КС может развивать скорость до 300 км/час.При подлете к цели по команде оператора боевой мультикоптер с помощью механизма 5 (например, сервопривода или электромагнитного разъединителя) сбрасывает кумулятивный снаряд на цель противника. Контроллер 7 боевой части с помощью своего элемента питания 8 с расчетной задержкой времени дает кодированный электрический импульс на инициирование электро детонатора 10 при подлете к цели. Далее электро детонатор 10 возбуждает детонацию детонирующего шнура 12, который обвязан с кумулятивным зарядом 13, и инициирует сам кумулятивный заряд 13. Если по каким-то причинам (например, радиоэлектронных помех (РЭП) не поступила кодированная команда с контроллера 7 на инициирование электродетонатора 10, то данный кодированный электрический импульс поступает от датчика удара 9 на инициирование электро детонатора 11 и кумулятивный заряд 13 срабатывает. Сразу после отсоединения боевой части оператор возвращает боевой мультикоптер на место дислокации.

Кумулятивная струя заряда 13 с описанными техническими характеристиками обладает эффектом откольного действия, где происходит вынос (разбрызгивание) жидкого металла брони в заброневое пространство цели (например, танка), поражая живую силу и заброневое оборудование или боекомплект, поэтому является зарядом повышенного заброневого поражающего действия, что не характерно для обычных минных кумулятивных зарядов. Кроме того, в заброневом пространстве живая сила получает сильный термобарический удар. Обратный клапан 15 позволяет создать вакуум в пластиковом кожухе и имеет большое значение при полете мультикоптера на большой высоте. Герметичность пластикового кожуха 6 обеспечивает ему невосприиимчивость к перепадам давления и влажности (всепогодность), а его обтекаемая форма, в свою очередь обеспечивает мультикоптеру высокую скорость и маневренность.

Боевой мультикоптер с кумулятивным снарядом эффективен при попадании не только в наземные, надводные цели, но и летательные аппараты. При скорости в 300 км/час и выше такой мультикоптер легко может догнать вертолет и поразить его. Компактность мультикоптера и боевой части, возможность быстрой сборки позволяют скрытно перемещаться оператору на большие расстояния, даже в тыл врага. В основном такой беспилотник в силу своей простоты имеет сравнительно невысокую стоимость и может быть использован как одноразовое боевое средство («камикадзе»). Однако все-таки данное техническое решение рассчитано на то, что его будут использовать многократно. Процесс подготовки боекомплекта мультикоптера и КС можно производить очень быстро, даже во время транспортировки, что позволяет оперативно доставлять боевые мультикоптеры на новые позиции, быстро собирать их в рабочее состояние и сразу запускать на решение боевых задач (например, на перехват и уничтожение БПЛА противника). Вышеописанный боевой мультикоптер практически невозможно отследить наземными и воздушными средствами слежения. Это дополнительно усиливает фактор внезапности нападения и поражения противника.

Такой компактный боевой мультикоптер с небольшим кумулятивным снарядом обладает большой разрушительной силой, характеристики кумулятивных зарядов приведены в таблице (см. данные ВНИПИ Взрывгеофизика http://vnipivzryv.ru/).

Использование кассетного кумулятивного снаряда (ККС), изображенного на фиг. 4, выполненного в виде кассеты, размещенной в герметичном пластиковом кожухе 6 обтекаемой формы с группой параллельно расположенных в кассете зарядов 13 (можно под разными углами) с общей массой не более 700 граммов, обвязанных детонирующим шнуром 12 с основным электродетонатором 10 и дополнительным электродетонатором 11, позволяет значительно повысить эффективность боевого коптера за счет того, что увеличивается зона поражения атаки вражеских объектов без увеличения ее массы.

Благодаря сочетанию малых габаритов мультикоптера и кумулятивного снаряда повышенной поражающей способности с высокими скоростями и маневренностью достигается значительное повышение возможностей боевого мультикоптера и эффективности его использования по наземным, надводным и воздушным целям.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в расширении боевых возможностей летательных аппаратов на базе мультикоптеров, снижения массы и габаритов боевых мультикоптеров с кумулятивными снарядами при повышении скорости, маневренности, высоты и дальности полета и эффективности поражения цели.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям компактных беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Боевой мультикоптер с кумулятивным снарядом включает несущую часть, имеющую связанные с корпусом лопастные роторы с приводами их вращения, аккумулятор, систему дистанционного управления, видеокамеру и боевую часть, снабженную кумулятивным снарядом. Несущая часть выполнена на базе мультикоптера массой не более одного килограмма. Боевая часть снабжена герметичным пластиковым кожухом, установленным в нижней зоне корпуса несущей части с возможностью отсоединения. Не менее чем один кумулятивный заряд массой не более 460 граммов установлен в герметичном пластиковом кожухе. Боевая часть снабжена обратным клапаном, электродетонатором, детонирующим шнуром и управляющим контроллером с элементом питания, связанными с кумулятивным зарядом. Система дистанционного управления боевого мультикоптера снабжена приемо-передающим устройством, связанным с управляющим контроллером боевой части. Общая масса боевой части не превышает 700 граммов. Обеспечивается снижение массы и габаритов, повышение маневренности, эффективности поражения цели. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Боевой мультикоптер с кумулятивным снарядом, включающий несущую часть, имеющую связанные с корпусом горизонтально расположенные лопастные роторы с приводами их вращения, аккумулятор, систему дистанционного управления, видеокамеру и боевую часть, установленную на корпусе несущей части и снабженную кумулятивным снарядом, отличающийся тем, что несущая часть выполнена на базе мультикоптера массой не более одного килограмма, а боевая часть снабжена герметичным пластиковым кожухом обтекаемой формы, установленным в нижней зоне корпуса несущей части с возможностью отсоединения с помощью механического либо электромагнитного разъединителя, при этом не менее чем один кумулятивный заряд массой не более 460 граммов установлен в герметичном пластиковом кожухе, а боевая часть снабжена обратным клапаном и не менее чем одним электродетонатором, детонирующим шнуром и управляющим контроллером, связанными с кумулятивным зарядом, причем система дистанционного управления боевого мультикоптера снабжена приёмо-передающим устройством, расположенным на его несущей части и связанным с управляющим контроллером боевой части, снабжённым автономным элементом питания, для обмена данных с приёмно-передающим устройством, при этом общая масса боевой части не превышает 700 граммов.

2. Боевой мультикоптер по п. 1, отличающийся тем, что кумулятивный снаряд выполнен в виде кассеты с группой кумулятивных зарядов с общей массой не более 700 граммов, обвязанных детонирующим шнуром.