КОНСОЛЬ КРЫЛА БЕСПИЛОТНОГО ВОЗДУШНОГО СУДНА САМОЛЕТНОГО ТИПА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ (VTOL) Российский патент 2024 года по МПК B64U20/50 B64C1/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к конструкции разборного беспилотного летательного аппарата.

Уровень техники

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА, UAV) постепенно становятся частью повседневной жизни – они выполняют доставку грузов, различные исследования, анализ окружающего пространства, мониторинг территорий, контроль объектов, фото- и видеосъемку, используются в спасательных операциях и находят множество других применений.

Поскольку в типовом сценарии применения БПЛА не работает круглосуточно над одной и той же ограниченной территорией, а должен выполнять задачи на разных территориях и в разное время, важное значение приобретают вопросы быстрой и удобной транспортировки не находящегося в работе БПЛА от одной точки к другой точке и быстрой подготовки БПЛА к эксплуатации. Кроме того, БПЛА самолетного типа является довольно громоздким и требует либо наличия специально подготовленного транспорта, либо выполнения в разборном виде. Авторы настоящего документа предлагают ряд решений, которые позволяют повысить эффективность использования разборного БПЛА.

Сущность изобретения

Предложена консоль крыла беспилотного воздушного судна, содержащая:

лонжерон, выполненный в виде продольного силового элемента коробчатого типа, содержащего центральную стенку и две накладки, расположенные в корневой части консоли, соединенные с корневой нервюрой и выполненные из композитных материалов, причем толщина накладок больше толщины центральной стенки лонжерона;

нервюры, прикрепленные к лонжерону, имеющие форму аэродинамического профиля крыла;

заднюю стенку, прикрепленную к нервюрам и выполненную в виде продольного элемента коробчатого типа из композитных материалов;

обшивку, прикрепленную к лонжерону, нервюрам и задней стенке и содержащую три слоя, причем внутренний слой выполнен из тонкого пенопласта, а внешние слои выполнены из композитных материалов;

первый узел стыковки, выполненный в виде части лонжерона, выступающей за пределы корневой нервюры и имеющей форму клиновидного шипа, который сужается в наружном направлении, причем величина сужения равна сужению инструментального конуса Морзе, причем клиновидный шип предназначен для вставки в ответный клиновидный паз центроплана; и

второй узел стыковки, выполненный в виде карбоновой трубки, выступающей за пределы корневой нервюры в задней части консоли параллельно выступающей части лонжерона, причем трубка простирается вглубь консоли до одной из внутренних нервюр, соединена с нервюрами и с задней стенкой, выполняет функции задней стенки и предназначена для вставки в ответную трубку в центроплане, внутренний размер которой соответствует внешнему размеру выступающей части трубки консоли.

В одном из вариантов осуществления трубка имеет круглое сечение, длина выступающей части трубки консоли больше длины выступающей части лонжерона.

В одном из вариантов осуществления консоль крыла дополнительно содержит:

разъем электросистемы, расположенный на корневой нервюре между лонжероном и задней частью консоли и предназначенный для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в центроплане.

В одном из вариантов осуществления консоль крыла дополнительно содержит:

третий узел стыковки, выполненный в виде защелки-клипсы, расположенной в углублении обшивки в корневой части консоли между лонжероном и задней частью консоли и предназначенной для соединения с ответной частью защелки-клипсы, расположенной в центроплане.

В одном из вариантов осуществления центральная стенка и накладки, составляющие лонжерон, выполнены из стеклотекстолита,

задняя стенка выполнена из стеклотекстолита,

внешние слои обшивки выполнены из карбона или стеклоткани.

В одном из вариантов осуществления клиновидный шип содержит на конце фиксирующий элемент, предназначенный для сопряжения с ответным фиксирующим элементом в клиновидном пазе центроплана для фиксации клиновидного шипа в клиновидном пазе.

Технический результат

Настоящее изобретение позволяет упростить и ускорить процессы сборки/разборки и транспортировки БПЛА, а также увеличить надежность и безопасность разборного БПЛА.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут понятны при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показан БПЛА в сборе.

На Фиг. 2 показана конструкция консоли крыла.

На Фиг. 3 показана конструкция центроплана.

На Фиг. 4 показана конструкция балки.

Следует понимать, что фигуры могут быть представлены схематично и не в масштабе и предназначены, главным образом, для улучшения понимания настоящего изобретения.

Подробное описание

В настоящем изобретении описывается беспилотный летательный аппарат (БПЛА) (или иными словами, беспилотное воздушное судно (БВС)), который выполнен в виде самолета вертикального взлета и посадки (СВВП, VTOL). БПЛА выполнен сборно-разборным, обладает возможностями горизонтального полета и вертикального взлета и посадки и сочетает в себе преимущества самолета и коптера.

БПЛА в сборе показан на Фиг. 1. БПЛА 1 содержит фюзеляж 2 и присоединенное к нему в верхней задней части крыло 3, содержащее центроплан 4 и присоединенные к нему по краям консоли 5 и 6. Кроме того, БПЛА 1 содержит балки 7 и 8, присоединенные своей центральной частью к крылу 3, и стабилизатор 9, присоединенный по краям к задним частям балок 7 и 8. В задней части фюзеляжа 2 позади крыла и/или под крылом установлен горизонтально двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 10. На балках в передней части и в области между крылом и стабилизатором установлены вертикально электродвигатели 11, 12, 13, 14. К нижней части фюзеляжа 2 присоединены опоры (шасси) 15. Бортовое оборудование (не показано на чертежах) содержится внутри фюзеляжа 2 и при необходимости может быть также установлено на фюзеляже 2 или других частях БПЛА 1. Бортовое оборудование может включать в себя модуль управления двигателями, полетный контроллер, приемопередатчик, модуль навигации, аккумулятор, топливный бак, камеру, датчики. Конкретный набор элементов бортового оборудования и их компоновка не ограничиваются в настоящем изобретении.

Консоль крыла

Крыло 3 выполнено по однолонжеронной схеме с работающей (трехслойной) обшивкой и содержит две консоли 5 и 6 и центроплан 4. На Фиг. 2 показана конструкция левой консоли крыла. Правая консоль имеет аналогичную конструкцию, симметричную левой консоли, поэтому описание Фиг. 2 применимо к обеим консолям.

Основным силовым элементом конструкции является лонжерон 16, который работает на изгиб и воспринимает перерезывающую силу. Лонжерон 16 выполнен в виде продольного силового элемента коробчатого типа, расположенного почти по всей длине консоли и содержащего центральную стенку и две накладки, расположенные в корневой части консоли. Как центральная стенка, так и накладки лонжерона 16 должны быть выполнены из легкого прочного материала – например, из композитного материала или древесины. Накладки прикреплены к центральной стенке – например, с помощью клея, винтового соединения и т.д. Наличие накладок в корневой части консоли увеличивает толщину и, соответственно, прочность лонжерона 16 в области крепления с центропланом, в которой могут действовать повышенные нагрузки. В ином варианте осуществления лонжерон может быть выполнен из единого элемента, имеющего утолщение в корневой части консоли, однако вариант с накладками позволяет использовать для изготовления лонжерона обычные листовые материалы, имеющие одинаковую толщину по всей своей площади. Для увеличения прочности предпочтительно, чтобы толщина накладок была больше толщины центральной стенки лонжерона. В неограничивающем примере центральная стенка лонжерона 16 выполнена из 2 мм стеклотекстолита, а накладки из 3 мм стеклотекстолита.

Нервюры 17 прикреплены к лонжерону 16 и имеют форму аэродинамического профиля крыла. Нервюры 17 предназначены для поперечного подкрепления конструкции крыла и поддержания аэродинамического профиля крыла. В корневой нервюре, которая расположена на торце консоли, обращенном к центроплану, имеются технологические отверстия для обеспечения сборки. Корневая нервюра соединена с центральной стенкой и накладками лонжерона 16, остальные нервюры соединены с центральной стенкой лонжерона 16. Нервюры 17 должны быть выполнены из легкого прочного материала – например, из композитного материала или древесины. В неограничивающем примере нервюры 17 выполнены из фанеры толщиной 3 мм.

Помимо лонжерона 16 и нервюр 17, консоль содержит заднюю стенку 18, прикрепленную к нервюрам и выполненную в виде продольного элемента коробчатого типа из композитных материалов. Задняя стенка 18 может быть расположена параллельно лонжерону или с небольшим угловым смещением относительно плоскости, параллельной лонжерону. Задняя стенка 18 служит для местного подкрепления конструкции и передачи крутящего момента. Толщина задней стенки может быть меньше толщины центральной стенки лонжерона. Задняя стенка 18 должна быть выполнена из легкого прочного материала – например, из композитного материала или древесины. В неограничивающем примере задняя стенка 18 выполнена из 1,5 мм стеклотекстолита.

К лонжерону, нервюрам и задней стенке прикреплена охватывающая их обшивка 19, предназначенная для восприятия крутящего момента. Обшивка 19 должна быть выполнена из легкого прочного материала и при этом обладать высокой прочностью. В неограничивающем примере обшивка 19 содержит три слоя, внутренний слой выполнен из листового тонкого пенопласта, а внешние слои выполнены из композитных материалов, таких как карбон или стеклоткань. Совокупная толщина пакета из 3 слоев (2мм) обеспечивает необходимую местную жесткость и прочность.

Законцовка 20, расположенная на конце консоли, силовым элементом не является, а служит для уменьшения сопротивления и улучшения внешнего вида. Формироваться может, например, из обшивки при выклике.

Закладной элемент 21, расположенный внутри консоли между лонжероном 16 и задней частью консоли и соединенный с корневой нервюрой, предназначен для крепления к крылу различных элементов БПЛА и передачи усилий на другие элементы силового набора. Кроме того, закладной элемент 21 в консоли служит кронштейном для защелки 22. В неограничивающем примере закладной элемент 21 может иметь форму параллелепипеда и может быть выполнен из PLA пластика или древесины.

Защелка 22 фиксирует консоли, притягивая их к центроплану. Защелка 22 представляет собой узел стыковки, выполненный в виде защелки-клипсы, расположенной в углублении обшивки и предназначенной для соединения с ответной частью защелки-клипсы, расположенной в центроплане. Защелка 22 устанавливается в углублении обшивки для улучшения аэродинамических характеристик, однако при необходимости для удобства изготовления консоли защелка может располагаться непосредственно на обшивке.

Помимо защелки 22, консоль содержит еще один узел стыковки, выполненный в виде части лонжерона, выступающей за пределы корневой нервюры и имеющей форму клиновидного шипа 23, который сужается в наружном направлении. Клиновидный шип 23 предназначен для вставки в ответный клиновидный паз центроплана. Величина сужения равна сужению инструментального конуса Морзе (1:19). Такая форма позволяет обеспечить необходимый натяг при стыковке консолей с центропланом, исключить люфты, обеспечить необходимую соосность лонжеронов консолей с лонжероном центроплана, а также ускорить и упростить сборку крыла.

В другом варианте осуществления клиновидный шип 23 может содержать на конце фиксирующий элемент (например, сферический, конический или треугольный выступ, крюк, пружину), предназначенный для сопряжения с ответным фиксирующим элементом в клиновидном пазе центроплана для фиксации клиновидного шипа в клиновидном пазе.

Кроме того, консоль может содержать еще один узел стыковки, выполненный в виде карбоновой трубки 24, выступающей за пределы корневой нервюры в задней части консоли параллельно выступающей части лонжерона 16. Трубка 24 простирается вглубь консоли до одной из внутренних нервюр и соединена с нервюрами. Трубка 24 может быть соединена с задней стенкой или может быть расположена рядом с ней; может выполнять функции задней стенки в той области, где задней стенки нет, и/или может усиливать заднюю стенку в той области, где имеется как трубка, так и задняя стенка. На Фиг. 2 показан вариант, в котором трубка 24 доходит до третьей нервюры, считая от корневой, и соединяется своим краем с этой нервюрой и с краем задней стенки, которая простирается от третьей нервюры до конца консоли, что позволяет сберечь ресурсы на изготовление задней стенки, сохранив функционал задней стенки. В данном варианте к задней стенке крепится элерон 25 крыла, механизм управления элероном находится на нижней части консоли. Выступающая часть трубки 24 предназначена для вставки в ответную трубку в центроплане, внутренний размер которой соответствует внешнему размеру выступающей части трубки 24 консоли. Трубка 24 может иметь прямоугольное, квадратное, круглое или иное подходящее сечение. Во время стыковки трубка центроплана и трубка 24 консоли должны быть соосны и вставляются одна в другую. В неограничивающем примере трубка 24 имеет диаметр 10 мм и предназначена для вставки в трубку центроплана диаметром 12 мм.

Комбинация двух узлов стыковки на разных концах корневой части консоли (клиновидный шип 23 и трубка 24) позволяет увеличить жесткость и прочность конструкции, и вместе с тем обеспечить необходимую соосность лонжеронов и трубок консолей с лонжероном и трубкой центроплана, и соответственно ускорить и упростить сборку крыла.

Еще в одном варианте осуществления трубка 24 консоли имеет круглое сечение, а длина выступающей части трубки 24 консоли больше длины выступающей части 23 лонжерона (клиновидного шипа 23). За счет этого обеспечивается возможность установки консоли следующим образом. Центроплан уже зафиксирован в горизонтальной плоскости на фюзеляже, и необходимо вставить в него с двух сторон консоли. Консоль вынимается из упаковки и удерживается на весу продольно в вертикальной плоскости так, что передняя закругленная часть консоли направлена вниз, а задняя заостренная часть консоли (и/или элерон) направлена вверх. Удерживание консоли в таком положении является наиболее простым и естественным: передняя часть консоли является более тяжелой и при этом именно она является более обтекаемой, чем задняя часть, поэтому ее проще удерживать на руках внизу. При таком положении консоли выше горизонтально располагается трубка 24, а ниже горизонтально располагается клиновидный шип 23. Трубка 24 консоли частично вставляется в трубку центроплана, а поскольку длина выступающей части трубки 24 больше длины клиновидного шипа 23, имеется возможность использовать трубку 24 в качестве оси вращения и поднять переднюю часть консоли, повернув ее относительно трубки 24 без столкновения клиновидного шипа 23 с центропланом и без необходимости удерживания консоли за элерон 25. Далее, имея уже вставленную трубку 24, консоль легко можно протолкнуть в направлении центроплана, сохраняя соосность, и за счет клиновидной формы шипа 23 быстро и точно вставить его в соответствующий паз центроплана. После этого консоль окончательно прикрепляется к центроплану с помощью защелки 22. Таким образом, обеспечивается ускоренная и упрощенная сборка крыла с сохранением высоких характеристик жесткости и прочности.

Аналогичным образом выполняется разборка крыла. Открепляется защелка 22, консоль вытягивается из центроплана до тех пор, пока не будет вынут клиновидный шип 23, но при этом часть трубки 24 консоли по-прежнему остается внутри трубки центроплана. Затем передняя часть консоли вместе с клиновидным шипом 23 опускается вниз путем поворота относительно трубки 24, после чего консоль можно окончательно вынуть, и она окажется в положении, удобном для переноса и укладки в тару.

Разъем электросистемы (не показан на чертежах) расположен на корневой нервюре между лонжероном и задней частью консоли и предназначен для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в центроплане. Приведенная выше комбинация узлов стыковки обеспечивает повышенную точность ориентации корневой нервюры на финальном отрезке этапа соединения консоли с центропланом, поэтому нет необходимости отдельно вручную соединять разъем – он точно вставляется в ответную часть разъема на центроплане сам, что также упрощает и ускоряет сборку крыла и в целом БПЛА.

Центроплан

На Фиг. 3 показана конструкция центроплана. Как и в случае с консолью, основным силовым элементом конструкции центроплана является лонжерон 26, который работает на изгиб и воспринимает перерезывающую силу. Лонжерон 26 выполнен в виде продольного силового элемента коробчатого типа, расположенного по всей длине центроплана и содержащего внутреннюю стенку и внешние стенки, выполненные из композитных материалов. Как внутренняя стенка, так и внешние стенки лонжерона 26 должны быть выполнены из легкого прочного материала – например, из композитного материала или древесины. Внешние стенки прикреплены к внутренней стенке – например, с помощью клея, винтового соединения и т.д. Такая многослойная структура обеспечивает повышенную устойчивость и прочность лонжерона 26 по всей длине центроплана, так как ему необходимо выдерживать высокие нагрузки и обеспечивать надежное соединение со всеми основными элементами конструкции БПЛА: с фюзеляжем, с балками, с консолями. Предпочтительно, чтобы толщина внешних стенок была меньше толщины внутренней стенки лонжерона. В неограничивающем примере внутренняя стенка лонжерона 26 выполнена из 10 мм фанеры, а внешние стенки из 1,5 мм стеклотекстолита.

Нервюры 27 прикреплены к лонжерону 26 и имеют форму аэродинамического профиля крыла. Нервюры 27 предназначены для поперечного подкрепления конструкции крыла и поддержания аэродинамического профиля крыла. В торцевых нервюрах, которые расположены на торцах центроплана, обращенных к консолям, имеются технологические отверстия для обеспечения сборки. Нервюры 27 должны быть выполнены из легкого прочного материала – например, из композитного материала или древесины. В неограничивающем примере нервюры 27 выполнены из фанеры толщиной 3 мм.

Помимо лонжерона 26 и нервюр 27, центроплан содержит заднюю стенку 28, прикрепленную к нервюрам и выполненную в виде продольного элемента коробчатого типа из композитных материалов. Задняя стенка 28 может быть расположена параллельно лонжерону или с небольшим угловым смещением относительно плоскости, параллельной лонжерону. Задняя стенка 28 служит для местного подкрепления конструкции и передачи крутящего момента. Толщина задней стенки может быть меньше толщины центральной стенки лонжерона. Задняя стенка 18 должна быть выполнена из легкого прочного материала – например, из композитного материала или древесины. В неограничивающем примере задняя стенка 18 выполнена из 1,5 мм стеклотекстолита.

К лонжерону, нервюрам и задней стенке прикреплена охватывающая их обшивка 29, предназначенная для восприятия крутящего момента. Обшивка 29 должна быть выполнена из легкого прочного материала и при этом обладать высокой прочностью. В неограничивающем примере обшивка 29 содержит три слоя, внутренний слой выполнен из листового тонкого пенопласта, а внешние слои выполнены из композитных материалов, таких как карбон или стеклоткань. Совокупная толщина пакета из 3 слоев (2мм) обеспечивает необходимую местную жесткость и прочность.

Закладные элементы 30, расположенные внутри центроплана, предназначены для крепления к крылу различных элементов БПЛА и передачи усилий на другие элементы силового набора. Закладные элементы 30 могут иметь различную форму, соответствующую месту их установки, и могут быть выполнены из PLA пластика, древесины и т.п. Как показано на Фиг. 3, задний закладной элемент расположен в пространстве между двумя центральными нервюрами, задней стенкой и задним краем центроплана, соединен с ними и содержит крепежные элементы для прикрепления к фюзеляжу. Также центроплан содержит с каждого торца по группе торцевых закладных элементов, прикрепленных к торцевой нервюре и к соседней с ней нервюре. Каждая такая группа содержит передний торцевой закладной элемент, расположенный в передней части центроплана до лонжерона, и задний торцевой закладной элемент, расположенный в задней части центроплана за задней стенкой. Соседняя с торцевой нервюра расположена на расстоянии от торцевой нервюры, приблизительно равном ширине балки БПЛА, так что ширина торцевых закладных элементов также приблизительно равна ширине балки. Соответственно, торцевые закладные элементы содержат крепежные элементы для соединения с балкой и в сочетании с торцевой нервюрой, соседней с ней нервюрой, лонжероном и задней стенкой обеспечивают надежное крепление балок.

Кроме того, центроплан содержит переднюю стенку 31, предназначенную для местного усиления области соединения с фюзеляжем, поскольку там действует сосредоточенная нагрузка от фюзеляжа. Передняя стенка 31 имеет пазы для соединения с фюзеляжем, а также к ней крепится разъем электросистемы. В неограничивающем примере передняя стенка 31 выполнена из 2 мм стеклотекстолита.

Защелка 32 на каждом торце центроплана фиксирует консоль, притягивая ее к центроплану. Защелка 32 представляет собой узел стыковки, выполненный в виде ответной части защелки-клипсы, расположенный в углублении обшивки и предназначенный для соединения с защелкой-клипсой 22, расположенной в консоли. Защелка 32 устанавливается в углублении обшивки для улучшения аэродинамических характеристик, однако при необходимости для удобства изготовления центроплана защелка может располагаться непосредственно на обшивке.

Помимо защелки 32, центроплан содержит еще один узел стыковки на каждом торце центроплана, выполненный внутри лонжерона в пространстве между внешними стенками и имеющий форму клиновидного паза 33, который сужается от торцевой нервюры во внутреннем направлении. Клиновидный паз 33 предназначен для вставки в него ответного клиновидного шипа 23, выступающего из консоли крыла. Величина сужения равна сужению инструментального конуса Морзе. Такая форма позволяет обеспечить необходимый натяг при стыковке консолей с центропланом, исключить люфты, обеспечить необходимую соосность лонжеронов консолей с лонжероном центроплана, а также ускорить и упростить сборку крыла.

В другом варианте осуществления клиновидный паз 33 может содержать на конце фиксирующий элемент (например, сферическое, коническое или треугольное углубление, крюк, пружину), предназначенный для сопряжения с ответным фиксирующим элементом в клиновидном шипе 23 консоли для фиксации клиновидного шипа в клиновидном пазе.

Кроме того, центроплан может содержать с каждого торца центроплана еще один узел стыковки, выполненный в виде карбоновой трубки 34, расположенной около задней стенки параллельно клиновидному пазу, соединенной с торцевой нервюрой и по меньшей мере одной из внутренних нервюр. Трубка 34 предназначена для вставки в нее ответной трубки 24, выступающей из консоли крыла (см. отверстие 35). Внутренний размер трубки 34 в центроплане соответствует внешнему размеру трубки 24, выступающей из консоли крыла. Трубка 34 может иметь прямоугольное, квадратное, круглое или иное подходящее сечение. Во время стыковки трубка 34 центроплана и трубка 24 консоли должны быть соосны и вставляются одна в другую. В неограничивающем примере трубка 34 имеет диаметр 12 мм и предназначена для вставки в нее трубки 24 консоли диаметром 10 мм.

Комбинация двух узлов стыковки на разных концах торцевой части центроплана (клиновидный шип 33 и трубка 34) позволяет увеличить жесткость и прочность конструкции, и вместе с тем обеспечить необходимую соосность лонжеронов и трубок консолей с лонжероном и трубкой центроплана, и соответственно ускорить и упростить сборку крыла.

На Фиг. 3 показан вариант, в котором трубка 34 доходит до третьей нервюры, считая от торцевой, и соединяется своим краем с этой нервюрой, в то время как задняя стенка 28 простирается на всю длину центроплана, находясь рядом с трубкой 34 или соединяясь с ней. Наличие и трубки 34, и задней стенки 28 позволяет увеличить жесткость и прочность конструкции и надежность крепления консоли к центроплану, а также обеспечивает защиту центроплана от повреждения в момент сборки и разборки. Выше при описании консоли раскрывался вариант осуществления, в котором длина выступающей части трубки 24 консоли больше длины выступающей части 23 лонжерона (клиновидного шипа 23). В момент, когда трубка 24 консоли частично вставляется в трубку 34 центроплана, а передняя часть консоли, по существу висящая на трубке, поворачивается относительно трубки 24, оказывается большое усилие на трубку 34, направленное вниз и вперед, и предложенная выше конструкция центроплана позволяет защитить центроплан в процессе сборки и разборки, а также обеспечить ускоренную и упрощенную сборку и разборку крыла с сохранением высоких характеристик жесткости и прочности.

Разъем электросистемы (не показан на чертежах) расположен на каждой торцевой нервюре между лонжероном и задней частью центроплана и предназначен для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в консоли. Приведенная выше комбинация узлов стыковки обеспечивает повышенную точность ориентации корневой нервюры консоли на финальном отрезке этапа соединения консоли с центропланом, поэтому нет необходимости отдельно вручную соединять разъем – он точно вставляется в ответную часть разъема на центроплане сам, что также упрощает и ускоряет сборку крыла и в целом БПЛА.

Еще один разъем электросистемы (позиция 36 на Фиг. 3) расположен на передней стенке 31 центроплана и предназначен для соединения с ответным разъемом на фюзеляже.

Балка

На Фиг. 4 показана конструкция балки. В известных решениях правая балка отличается конструктивно от левой балки. В настоящем документе предлагается унифицированная конструкция балки, так что правая балка и левая балка одинаковы. Балка содержит продольное основание 37, имеющее стенки и внутреннюю полость. Основание 37 может быть выполнено в виде полой квадратной или круглой трубки или может иметь другую подходящую форму. В качестве материала для изготовления основания 37 предпочтительно использовать композитные материалы, однако при необходимости могут применяться, например, металлы. Внутренняя полость используется для размещения силовых проводов, проводов управления, датчиков.

На конце основания 37 выполнено хвостовое оперение, содержащее киль 38, расположенный в нормальной плоскости, и присоединенный к нему руль 39 направления.

Основание 37 в передней части содержит переднее гнездо 40 аэродинамической формы с углублением и крепежными элементами для соединения с электродвигателем 11. Вариант осуществления, в котором гнездо 40 расположено на самом конце балки и имеет каплевидную форму, позволяет уменьшить длину и вес балки, обеспечивая при этом необходимые аэродинамические характеристики. В другом варианте осуществления гнездо 40 расположено не на конце балки, то есть при отсчете спереди часть основания 37 предшествует гнезду 40. Данная выступающая перед передним гнездом 40 часть основания 37 тоже имеет на конце аэродинамическую форму (в простейшем случае коническую) и имеет длину, несколько превышающую или равную длине лопасти электродвигателя 11. За счет этого обеспечивается защита лопастей при неудачной посадке и столкновении с препятствиями, а также возможность установки в балку датчиков перед передним гнездом 40.

Основание 37 в области между центром и килем 38 содержит заднее гнездо 41 аэродинамической формы с углублением и крепежными элементами для соединения с электродвигателем 12.

На чертежах изображен вариант осуществления, в котором электродвигатели 11-14 вставляются в гнезда снизу балки, и соответственно, выход вала электродвигателя и винт расположены также под балкой. Тем не менее, следует понимать, что возможен вариант осуществления, в котором электродвигатели 11-14 вставляются в гнезда сверху балки, и соответственно, выход вала электродвигателя и винт расположены над балкой. Кроме того, возможен вариант осуществления, в котором используется не 4 электродвигателя, а 8 электродвигателей, из которых 4 вставляются снизу, а 4 сверху, то есть, например, в позиции 40 располагаются два гнезда, одно из которых направлено вверх, а другое вниз.

Особенностью предложенного решения является то, что углубления в гнездах 40 и 41 имеют форму, которая обеспечивает возможность изменения угла закрепления электродвигателя относительно нормали в поперечной плоскости, то есть электродвигатель может быть закреплен в гнезде как традиционным образом, когда его вал расположен вертикально (по нормали к горизонтальной плоскости), так и под углом. В частности, если бы углубление просто повторяло форму электродвигателя (например, цилиндрическую), то электродвигатель закреплялся бы строго в одной неизменной позиции, в то время как в предложенном решении углубление может иметь, например, форму, соответствующую фигуре вращения, образованной вращением электродвигателя относительно оси крена в поперечной вертикальной плоскости. Таким образом, обеспечивается углубление, в котором можно изменять положение электродвигателя, но в котором по-прежнему сохраняется достаточный контакт с электродвигателем для его надежного закрепления. Изменение положения электродвигателя позволяет подобрать оптимальный угол его наклона относительно балки и относительно БПЛА в целом. Соответственно, отпадает необходимость изготовления отдельно правой балки и левой балки. Кроме того, унификация балки позволяет сократить время укладки балок в транспортный контейнер.

Чтобы ускорить процесс сборки предложенной балки, крепежные элементы в гнездах 40 и 41 могут быть расположены таким образом, чтобы можно было закрепить электродвигатель только в некоторых положениях – например, только в крайних положениях, или только в крайних и центральном положениях, или в крайних, центральном и двух промежуточных положениях. Соответственно, хотя это и ограничивает возможность точной настройки угла наклона электродвигателя, при сборке не будет необходимости измерять углы наклона и будет устранена ошибка, при которой электродвигатели могут оказаться установлены под разными углами, что могло бы негативно сказаться на характеристиках БПЛА.

Основание 37 в области под килем 38 содержит углубление 42 и крепежные элементы для соединения со стабилизатором, причем форма углубления 42 повторяет форму стабилизатора. Края стабилизатора выполнены идентичными, чтобы унифицированная балка могла надежно соединяться с ним и справа, и слева.

Основание 37 в центральной части сверху содержит выступающий элемент 43 аэродинамической формы, предваряющий крыло, а также углубление 44 и крепежные элементы для соединения с крылом, причем форма углубления 44 повторяет форму крыла. В настоящем решении предлагается выполнять крепление балки к краям центроплана, чтобы обеспечить повышенную жесткость и надежность конструкции, а также упростить сборку. В противном случае, если бы балки крепились к консолям, это увеличило бы нагрузку на узлы стыковки консоли с центропланом (клиновидный шип 23, трубка 24, защелка 22), что снизило бы надежность конструкции, а при сборке приходилось бы сначала крепить балку к консоли, и лишь потом полученную сборку крепить к центроплану, что лишало бы возможности выполнения вышеописанной процедуры крепления консоли к центроплану с поворотом консоли относительно трубки.

Сборка

Далее будет описан процесс сборки БПЛА, имеющего предложенную конструкцию. При необходимости весь процесс может быть выполнен одним человеком. Специальное оборудование для сборки не требуется.

В фюзеляж 2 устанавливается бортовое оборудование, если оно не было там заранее установлено.

К нижней части фюзеляжа 2 присоединяются опоры 15, если они не были заранее установлены.

В задней части или в передней части фюзеляжа 2 устанавливается маршевый двигатель, в качестве которого может выступать, например, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 10 или электродвигатель, если он не был там заранее установлен, и прикрепляется его винт, если он не был заранее прикреплен к двигателю.

К верхней части фюзеляжа 2 присоединяется центроплан 4 путем его накладывания в углубление на фюзеляже, повторяющее форму центроплана, последующего проталкивания вперед для вхождения в сочленение с аэродинамическим выступом на фюзеляже, предваряющим центроплан, и фиксации с использованием крепежных элементов. При этом необходимо соблюдать позиционирование центроплана относительно фюзеляжа, чтобы корректно соединить разъемы электросистемы. Чтобы повысить точность позиционирования центроплана в процессе сборки, центроплан и фюзеляж могут содержать соответствующие направляющие элементы.

К краям центроплана 4 присоединяются балки 7 и 8, при этом край центроплана фиксируется в углублении 44 балки с использованием крепежных элементов, а передняя часть центроплана примыкает к выступающему элементу 43 балки.

К балкам 7 и 8 в их нижней задней части под килем 38 присоединяется стабилизатор 9, при этом край стабилизатора фиксируется в углублении 42 балки с использованием крепежных элементов.

В гнезда 40 и 41 балок 7 и 8 вставляются электродвигатели 11-14 и фиксируются под необходимым углом наклона относительно балки с использованием крепежных элементов. К электродвигателям прикрепляются винты.

К торцам центроплана 4 присоединяются консоли 5 и 6. В частности, консоль вынимается из упаковки и удерживается на весу продольно в вертикальной плоскости так, что передняя закругленная часть консоли направлена вниз, а задняя заостренная часть консоли (и/или элерон) направлена вверх. Удерживание консоли в таком положении является наиболее простым и естественным: передняя часть консоли является более тяжелой и при этом именно она является более обтекаемой, чем задняя часть, поэтому ее проще удерживать на руках внизу. При таком положении консоли выше горизонтально располагается трубка 24, а ниже горизонтально располагается клиновидный шип 23. Трубка 24 консоли частично вставляется в трубку центроплана на расстояние, не превышающее разность длины выступающей части трубки и длины клиновидного шипа, поэтому имеется возможность использовать трубку 24 в качестве оси вращения и поднять переднюю часть консоли, повернув ее относительно трубки 24 без столкновения клиновидного шипа 23 с центропланом и без необходимости удерживания консоли за элерон 25. Далее, имея уже вставленную трубку 24, консоль легко можно протолкнуть в направлении центроплана, сохраняя соосность, и за счет клиновидной формы шипа 23 быстро и точно вставить его в соответствующий паз центроплана. После этого консоль окончательно прикрепляется к центроплану с помощью защелки 22.

Таким образом, обеспечивается ускоренная и упрощенная сборка БПЛА с сохранением высоких характеристик жесткости и прочности конструкции. Унифицированная балка позволяет упростить производство и упаковку, ускорить сборку, предотвратить ошибки сборки.

Полученный БПЛА обладает возможностями горизонтального полета и вертикального взлета и посадки и сочетает в себе преимущества самолета и коптера.

Предложенный выше порядок выполнения этапов способа сборки не является строгим, и при необходимости некоторые этапы могут выполняться в иной последовательности – например, установка винтов на двигатели может выполняться после присоединения консолей к центроплану.

Пример

Опытные образцы предложенного БПЛА изготовлены и протестированы авторами в различных вариантах исполнения: полностью карбоновые детали конструкции, полностью металлические детали, различные комбинации карбоновых, стеклотекстолитовых, деревянных и металлических деталей. Помимо деталей собственного производства в опытных образцах использовались типовые вычислители, датчики, камеры, ДВС, бесколлекторные двигатели, регуляторы скорости вращения и прочие компоненты. Испытания продемонстрировали повышенную скорость и простоту сборки-разборки и соответствие заявленным характеристикам, в том числе повышенную надежность, безопасность и удобство использования. Аппарат обладает повышенной устойчивостью в воздухе в широком диапазоне условий окружающей среды, повышенной автономностью. В случае возникновения нештатной ситуации и падения аппарат выдерживает удар и не разрушается, крылья, узлы стыковки, двигатели и лопасти не ломаются.

Применение

Устройства, системы и способы согласно настоящему решению можно использовать для производства и эксплуатации беспилотных летательных аппаратов для различных целей, в том числе для мониторинга территорий.

Дополнительные особенности реализации

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к конструкции разборного беспилотного летательного аппарата. Консоль крыла БПЛА содержит лонжерон, выполненный в виде продольного силового элемента коробчатого типа, содержащего центральную стенку и две накладки, расположенные в корневой части консоли, соединенные с корневой нервюрой и выполненные из композитных материалов, причем толщина накладок больше толщины центральной стенки лонжерона; нервюры, прикрепленные к лонжерону, имеющие форму аэродинамического профиля крыла; заднюю стенку, прикрепленную к нервюрам и выполненную в виде продольного элемента коробчатого типа из композитных материалов; обшивку, прикрепленную к лонжерону, нервюрам и задней стенке и содержащую три слоя, причем внутренний слой выполнен из тонкого пенопласта, а внешние слои выполнены из композитных материалов; первый узел стыковки, выполненный в виде части лонжерона, выступающей за пределы корневой нервюры и имеющей форму клиновидного шипа, который сужается в наружном направлении, причем величина сужения равна сужению инструментального конуса Морзе, причем клиновидный шип предназначен для вставки в ответный клиновидный паз центроплана; и второй узел стыковки, выполненный в виде карбоновой трубки, выступающей за пределы корневой нервюры в задней части консоли параллельно выступающей части лонжерона, причем трубка простирается вглубь консоли до одной из внутренних нервюр, соединена с нервюрами и с задней стенкой, выполняет функции задней стенки и предназначена для вставки в ответную трубку в центроплане, внутренний размер которой соответствует внешнему размеру выступающей части трубки консоли. Техническим результатом является упрощение и ускорение процессов сборки/разборки и транспортировки БПЛА, а также увеличение надежности и безопасности разборного БПЛА. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Консоль крыла беспилотного воздушного судна, содержащая:

лонжерон, выполненный в виде продольного силового элемента коробчатого типа, содержащего центральную стенку и две накладки, расположенные в корневой части консоли, соединенные с корневой нервюрой и выполненные из композитных материалов, причем толщина накладок больше толщины центральной стенки лонжерона;

нервюры, прикрепленные к лонжерону, имеющие форму аэродинамического профиля крыла;

заднюю стенку, прикрепленную к нервюрам и выполненную в виде продольного элемента коробчатого типа из композитных материалов;

обшивку, прикрепленную к лонжерону, нервюрам и задней стенке и содержащую три слоя, причем внутренний слой выполнен из тонкого пенопласта, а внешние слои выполнены из композитных материалов;

первый узел стыковки, выполненный в виде части лонжерона, выступающей за пределы корневой нервюры и имеющей форму клиновидного шипа, который сужается в наружном направлении, причем величина сужения равна сужению инструментального конуса Морзе, причем клиновидный шип предназначен для вставки в ответный клиновидный паз центроплана; и

второй узел стыковки, выполненный в виде карбоновой трубки, выступающей за пределы корневой нервюры в задней части консоли параллельно выступающей части лонжерона, причем трубка простирается вглубь консоли до одной из внутренних нервюр, соединена с нервюрами и с задней стенкой, выполняет функции задней стенки и предназначена для вставки в ответную трубку в центроплане, внутренний размер которой соответствует внешнему размеру выступающей части трубки консоли.

2. Консоль крыла по п. 1, в которой трубка имеет круглое сечение, длина выступающей части трубки консоли больше длины выступающей части лонжерона.

3. Консоль крыла по п. 1, дополнительно содержащая:

разъем электросистемы, расположенный на корневой нервюре между лонжероном и задней частью консоли и предназначенный для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в центроплане.

4. Консоль крыла по п. 1, дополнительно содержащая:

третий узел стыковки, выполненный в виде защелки-клипсы, расположенной в углублении обшивки в корневой части консоли между лонжероном и задней частью консоли и предназначенной для соединения с ответной частью защелки-клипсы, расположенной в центроплане.

5. Консоль крыла по п. 1, в которой:

центральная стенка и накладки, составляющие лонжерон, выполнены из стеклотекстолита,

задняя стенка выполнена из стеклотекстолита,

внешние слои обшивки выполнены из карбона или стеклоткани.

6. Консоль крыла по п. 1, в которой:

клиновидный шип содержит на конце фиксирующий элемент, предназначенный для сопряжения с ответным фиксирующим элементом в клиновидном пазу центроплана для фиксации клиновидного шипа в клиновидном пазу.