Способ применения БПЛА и система осуществления способа Российский патент 2024 года по МПК B64U10/14 B64U101/18 B64C27/08 B64D5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к применению и системам беспилотных летательных аппаратов (БПЛА, дронов), в частности мультикоптеров.

Уровень техники

В качестве аналога предполагаемого изобретения принят широко известный способ применения легких мультикоптеров для бомбосбрасывания. Способ заключается в вылете мультикоптера снаряженного взрывным снарядом (например, ручной гранатой, гранатой ВОГ или гранатой зарубежного производства для ручных гранатометов) с базы, полете мультикоптера в район бомбометания, зависание над выбранной целью (живой противник, автобронетехника, склад БК и т.п.) на некоторой высоте с прицеливанием и сбросом взрывного снаряда на цель. Широко известны системы бомбосброса с мультикоптеров взрывных снарядов на цель состоящие из захватов с замком или иных видов устройств удержания взрывного снаряда на корпусе мультикоптера во время доставки его к цели и приводимых в действие с освобождением взрывного снаряда от захвата по сигналу оператора, управляющего мультикоптером. Привод освобождения захвата, как правило, состоит из сервомашинки (рулевой машинки), которая при срабатывании освобождает замок захвата, который, открываясь, освобождает взрывной снаряд для его свободного падения на цель.

Недостаток такого способа и системы заключается в том, что высота зависания дрона над целью перед сбросом взрывного снаряда как правило составляет 100-150 м. Такое расстояние выбирается для недопущения легкого (малоприцельного) поражения дрона из боевого стрелкового оружия противника (штурмовая винтовка, (автомат). В случае обнаружения оператором дрона противник ведет по нему прицельный огонь, дрон поднимается на высоту до 200 м. На такой высоте полета и зависания дрона поражение из стрелкового оружия противника легких дронов уже практически исключается. Однако при бомбометании с указанных высот дрон становится неустойчивым в положении зависания при ветреной погоде, что мешает оператору в прицеливании.

Еще более неустойчивы при зависании дроны при действии в городских условиях из-за ветровых каньонов (городских каньонов). И еще более неустойчив в указанных условиях падение взрывных снарядов на цель, что доказывается многочисленными видеоматериалами, где видно, что расстояние падения и взрыва сброшенного взрывного снаряда от места прицеливания может достигать более десятка метров, что практически полностью исключает поражение цели осколочным полем указанных выше типов взрывных снарядов.

Косвенным аналогом заявляемого изобретения можно принять заявку [1] на систему доставки коммерческих грузов потребителю. Воздушное транспортное средство (мультикоптер) для доставки грузов состоит из основного транспортного мультикоптера и соединенного с ним привязного сателлита, в грузовом отсеке которого размещают доставляемый груз. После прибытия основного мультикоптера к месту доставки груза и зависания над этим местом на значительной безопасной для него высоте (без угрозы столкновений с препятствиями и преградами в виде проводов, антенн, деревьев, близкорасположенных зданий, ветровых каньонов (городских каньонов), привязный сателлит, снабженный собственной системы стабилизации по горизонту, спускается на тросе с лебедкой, установленной в основном мультикоптере непосредственно на землю, где дверки грузового отсека открываются и груз, выходя под собственным весом из грузового отсека, оказывается лежащим на земле. После этого основной мультикоптер поднимает сателлит на тросе к себе, сцепляется с ним и летит к месту загрузки в сателлит следующей доставки. Основное преимущество такой системы перед парашютным сбрасыванием груза потребителю - это точность доставки груза в заданную точку (например точно на крыльцо дома). Компания Zipline International Inc., производящая системы доставки по [2], утверждает (и доказывает видеоматериалами), что точность позиционирования сателлита, даже в условиях ветровых возмущений, весьма высока и площадь точного (желаемого пилотом-оператором или автопилотом) приземления сателлита не превышает 1м².

Прототипа заявляемого способа и системы осуществления способа патентным и информационным поиском не обнаружено.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема заключается в необходимости создания способа и систем применения БПЛА для поражения целей с увеличенной точностью бомбометания при исключении возможности эффективного противодействия противника при помощи стрелкового оружия, а также повышения ситуационной осведомленностью операторов управления БПЛА, и достижения большей скрытности приближения к цели.

Технический результат достигается тем, что способ применения беспилотного летательного аппарата состоит в том, что мультикоптер оснащают привязным сателлитом с возможностью его отделения от мультикоптера с сохранением сателлитом привязной связи и коммуникации с мультикоптером, а также возможностью самостоятельного перемещения сателлита в пространстве, сателлит снаряжают бомбовым грузом с возможностью отделения груза от сателлита по команде оператора управления мультикоптером или автоматической системы управления полетом мультикоптера, совершают на мультикоптере с закрепленном на мультикоптере сателлитом полет к месту расположения целей, выбирают цель, зависают над целью на мульткоптере, спускают с него к цели сателлит с бомбовым грузом, производят точное прицеливание с сателлита маневрированием мультикоптером и сателлитом и осуществляют сброс с сателлита на цель бомбового груза.

Дополнительная особенность способа заключается в том, что что мультикоптер и сателлит управляются раздельными операторами или раздельными системами автоматического управления движением мультикоптера и сателлита.

Технический результат достигается также тем, что система применения беспилотного летательного аппарата состоит из мультикоптера, снабженного видеокамерой и управляемого по радиоканалу оператором или автоматической системой управления полетом, и отделяемого от мультикоптера сателлита, соединенного с мультикоптером силовым кабель-тросом с лебедкой, установленной в мультикоптере, при этом сателлит состоит из каркаса-подвеса с видеокамерой-прицелом, снабженного по меньшей мере двумя пропеллерами с электродвигателями и по меньшей мере одним бомбосбрасывателем, причем сателлит управляется оператором по горизонтальной и вертикальной осям.

Дополнительная особенность системы заключается в том, что сателлит содержит собственный источник электропитания.

Дополнительная особенность системы заключается в том, что электроэнергия подается на сателлит по электрокабелю-силовому тросу.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показан внешний вид системы применения БПЛА сателлитом в момент транспортировки.

На Фиг. 2 показан внешний вид системы применения БПЛА сателлитом в момент прицеливания.

На Фиг. 3 показан внешний вид системы применения БПЛА в момент применения.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 показаны мультикоптер 1, видеокамера 2 мультикоптера, крепление 3 сателлита, каркас 4 сателлита с бомбосбрасывателем 5 с захватами, пропеллеры 6 сателлита, видеокамера-прицел 7, взрывной снаряд 8.

На Фиг. 2 показаны мультикоптер 1, крепление 3 сателлита, кабель-трос 9, спущенная к цели сборка сателлита 10 во время прицеливания.

На Фиг. 3 показаны мультикоптер 1, кабель-трос 9, сборка сателлита 10, кабель-трос 9, спущенная к цели сборка сателлита 10 (сателлит), раскрытые захваты 11 бомбосбрасывателя, свободно падающий взрывной снаряд 8.

Система работает следующим образом. Мультикоптер с сателлитом и установленной на нем взрывным снарядом 8, ведомый оператором по наблюдению с видеокамеры 2, подлетает к месту применения и зависает на необходимой безопасной высоте (см. ниже) возле цели. Оператор включает лебедку с кабель-тросом 9, расположенную в корпусе мультикоптера. При этом от корпуса мультикоптера отсоединяется крепление 3 сателлита, жестко соединяющий мультикоптер и сателлит 10 при полете мультикоптера к цели от базы и обратно на базу. Лебедка выбирает кабель-трос 9 и опускает сателлит 10 ближе к цели. Длина кабель-троса 9 выбирается такой, чтобы заведомо исключить возможность поражения мультикоптера кинетическими снарядами, метаемыми с земли правонарушителями в попытках сбить мультикоптер.

Упомянутая выше компания Zipline International Inc. применяет длину троса для спуска грузов с мультикоптеров длиной до 100 м, однако такая длина выбирается исключительно по причинам надежности троса при опускании груза в 3,6 кг (и дополнительного веса сателлита с его аккумуляторами) и отсутствия препятствий и преград (описанных выше) на высоте 100 м. В предлагаемой системе длина кабель-троса может быть значительно больше в связи с гораздо меньшим весом сателлита с грузом, например, с гранатой ВОГ-25П весом в 0,275 кг, ручной гранатой Ф-1 весом 0,6 кг, РКГ-3 весом 1,07 кг. Однако даже на высоте 100 м мультикоптер уже не просто поразить из боевого стрелкового оружия штурмовой винтовки (автомата). На высоте 130-150 м мультикоптер практически не поражается из боевого стрелкового оружия. На высоте 200 м мультикоптер с ничтожной степенью вероятности может быть поражен только выстрелами квалифицированного снайпера из длинноствольного нарезного огнестрельного оружия с оптическим прицелом. Таким образом нецелесообразно иметь длину кабель-троса 9 более чем 200-250 м, хотя можно иметь и большую длину кабель-троса.

Оператор устанавливает мультикоптер в положение зависания на месте (устанавливая макропозицию системы) и переключается с наблюдения за полетом с видеокамеры 2 на видеокамеру-прицел 7 и управление сателлитом 10. Сателлит 10 опускается на расстояние от земли от 10 м (на безопасное расстояние от поражение осколочным полем выбранного типа взрывного снаряда) до 50 м, и в зависимости от оперативной обстановки (ниже если оператор не видит возле цели противника со стрелковым оружием (например, неохраняемый склад с БК (боекомплектом) и выше если видит. При помощи видеокамеры 2 мультикоптера и видеокамеры-прицела 7 оператор, управляя работой двигателей пропеллеров 6 управления сателлита (преимущественно для противодействия ветровым возмущениям) и при необходимости большой корректировки мультикоптером 1, захватывает цель в перекрестье видеокамеры-прицела 7 (устанавливая микропозицию системы) и производит бомбосброс взрывного снаряда 8 на цель. При этом видеокамера-прицел 7 может иметь совмещенный с ней лазерный целеуказатель (ЛЦУ).

Система может действовать и без отделения сателлита от мультикоптера и опускания саттелита к земле, производя бомбометание обычным образом, наводя видеокамеру-прицел 7 или видеокамеру 2 (как при прицеливании по обычному способу бомбометания с мультикоптера) на цель, не только управляя мультикоптером, но и производя сброс взрывного снаряда с сателлита. Оператор может как переключать поочередно на просмотр для управления полетом и бомбометанием видеокамеры 2 и видеокамеру-прицел 7, так вести наблюдение и управление по обеим видеокамерам. Для увеличения эффективности действия системы при помощи улучшения ситуационной осведомленности оператора, работой пилотирования мультикоптера и ориентации сателлита при его опускании к цели и бомбометания может управлять не один, а два оператора по аналогии разделения членов экипажа летающих боевых машин (пилот и стрелок). Оператор мультикоптера 1 может корректировать микропозицию сателлита 10, но также и при переключении управления для точного прицеливания на сателлит может корректировать с сателлита макропозицию мультикоптера. При управлении системой двумя операторами оба оператора могут управлять как мультикоптером, так и сателлитом по договоренности взаимодействий или в зависимости от обстановки (например, оператор мультикоптера, обладая с большой высоты большим полем зрения обнаруживает противника с зенитными средствами и в таком случае быстро уводит мультикоптер с опущенным к земле сателлитом с выбранной макропозиции).

Пропеллеры 6 ориентации сателлита могут также выполнять функцию тянущих винтов в ту или иную сторону (реверсом направления вращения) по аналогии с третьим (тянущим) пропеллером сателлита компании Zipline International Inc. Сателлит 10 может иметь два пропеллера ориентации по горизонтали и дополнительный тянущий как у сателлита компании Zipline International Inc. Каркас сателлита 4 может иметь конструкцию аналогичную сателлиту компании Zipline International Inc., то есть больший тянущий винт и два пропеллера ориентации по горизонтали направленные перпендикулярно продольной оси сателлита. В любом случае тянущие винты дают возможность перемещения сателлита на выпущенной привязи на некоторое расстояние по горизонтали от неподвижно зависшего мультикоптера 1 (изменение микропозиции). Каркас сателлита 17 может иметь конструкцию аналогичную сателлиту компании Zipline International Inc., то есть больший тянущий винт и два пропеллера ориентации по горизонтали направленные перпендикулярно продольной оси сателлита.

Сателлит 10 может частично или полностью втягиваться в корпус мультикоптера для уменьшения аэродинамического сопротивления при полете мультикоптера с сателлитом от базы к цели и обратно. При действии системы без отделения сателлита от мультикоптера тянущие винты сателлита могут быть включены для увеличения поступательной скорости системы, например, при необходимости быстро покинуть район применения. Сателлит 10 может иметь как собственный источник электропитания пропеллеров и питания видеокамеры и бомбосбрасывателя, так и питаться электроэнергией по трос-кабелю от источника электропитания мультикоптера 1. Сателлит 10 может иметь как радиоуправление от мультикоптера 1 (в том числе инфракрасное управление), так и управление от мультикоптера по кабель-тросу 9 как от электрических сигналов, так и по оптокабелю, который может одновременно исполнять роль силового троса. При этом сателлит 10 может отсоединяться от кабель-троса 9 по команде оператора или автоматически при нештатных воздействиях на сателлит или кабель трос. Такое отсоединение необходимо, например, при попытке бойцов противника дернуть за сателлит 10 и сбить мультикоптер на землю при случайном опускании сателлита 10 на высоту человеческого роста или высоту, при которой на сателлит можно накинуть некоторое приспособление для захвата (шест с петлей, аркан и т.п.). Также отсоединение сателлита от кабель-троса может производится в том случае, если он запутается в проводах, ветках деревьев и т.п. возле земли. От лебедки мультикоптера может отсоединяться и конец кабель-троса 16. В любом из описанных случаев система теряет только сравнительно дешевый сателлит или сателлит с кабель-тросом, а не дорогостоящую платформу 8. При возможном же повреждении сателлита огнем стрелкового оружия мультикоптер поднимает поврежденный сателлит и летит на базу для ремонта сателлита, но его полной потери не происходит.

Вообще система может легко получаться из уже выпускаемой системы доставки Zipline International Inc. с установкой в грузовой отсек взрывного снаряда.

В предлагаемой системе управление полетом мультикоптера и сателлита, а также наведение сателлита на цель и бомбометание может осуществляться как оператором, так и автоматической системой автопилота и распознавания целей.

Звук работы пропеллеров мультикоптера несущего сателлит и зависающего над целью на высоте 200-250 м не слышен противнику, звук же работающих пропеллеров сателлита в несколько раз меньше, чем звук мультикоптера в связи с отсутствием необходимости поддержания его высоты (мощные моторы и пропеллеры вертикальной тяги не нужны).

Звук работы пропеллеров популярных мультикоптеров типа DJI Phantom; DJI Mavic не слышен в городе уже на высоте его полета в 15-20 м, звук полета дронов большей грузоподъемности в городе не слышен на высоте их полета 70-90 м. Звук таких дронов на открытой местности обнаруживается на высоте 150-160 м только в безветренную погоду. Звук же работающих пропеллеров сателлита в несколько раз меньше, чем звук мультикоптера в связи с отсутствием необходимости поддержания его высоты (мощные моторы и пропеллеры не нужны). Из-за этого обнаружение противником спускающегося с мультикоптера несущего сателлит и зависшего над целью на высоте 200-250 м самого сателлита производящего маневры прицеливание даже на высоте его от земли 10-15 м весьма затруднительно, если противник не смотрит прямо вверх, что практически не наблюдается в боевых условиях. Соответственно скрытность применения предлагаемой системы с сателлитом и (соответственно точность бомбометания с малой высоты) гораздо больше, чем скрытность подлета к цели системы аналога вынужденной спускаться к цели минимум на 100-150 м, что уже может выдать ее звуком на открытой местности основной для боевых условий применения дронов. Точность бомбометания с сателлита может быть чрезвычайно высока, так как при падении взрывного снаряда с высоты всего 10-15 м его ветровой снос практически отсутствует и с высокой степенью вероятности можно добиваться точного попадания, например, в открытые люки боевых машин, стрелковые ячейки и подобные малые цели.

Сателлит может быть опущен в места применения, доступ к которым мультикоптеров аналогов исключен по условиям их гарантированного столкновения с препятствиями с последующим падением на землю, например, сателлит может быть опущен к цели сквозь ветви деревьев, уличные провода, рекламные конструкции, расщелины скал, плотную застройку и т.п.

Сателлит системы может быть оборудован несколькими бомбосбрасывателями с несколькими взрывными снарядами с возможностью оператора производить как одновременное бомбосбрасывание на одну цель, так и последовательное на несколько целей, либо по одной цели, не пораженной предыдущим сброшенным взрывным снарядом.

Список цитированных источников

1. WO2022119913.

Группа изобретений относится к применению и системам беспилотных летательных аппаратов (БПЛА, дронов), в частности мультикоптеров. Технический результат заключается в создании способа и систем применения БПЛА для поражения целей с увеличенной точностью бомбометания при исключении возможности эффективного противодействия противника при помощи стрелкового оружия, а также повышении ситуационной осведомленности операторов управления БПЛА и достижении большей скрытности приближения к цели. Мультикоптер оснащают привязным сателлитом с возможностью его отделения от мультикоптера с сохранением сателлитом привязной связи с мультикоптером. Сателлит снаряжают бомбовым грузом. Совершают на мультикоптере с сателлитом полет к месту расположения целей. Зависают над целью. Спускают к цели сателлит с бомбовым грузом. Производят точное прицеливание и сброс бомбового груза. Система применения БПЛА состоит из мультикоптера и отделяемого сателлита, соединяемого с мультикоптером силовым кабель-тросом с лебедкой. Сателлит состоит из каркаса-подвеса с видеокамерой, пропеллерами и по меньшей мере одним бомбосбрасывателем. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ применения беспилотного летательного аппарата состоит в том, что мультикоптер оснащают привязным сателлитом с возможностью его отделения от мультикоптера с сохранением сателлитом привязной связи и коммуникации с мультикоптером, а также возможностью самостоятельного перемещения сателлита в пространстве, сателлит снаряжают бомбовым грузом с возможностью отделения груза от сателлита по команде оператора управления мультикоптером или автоматической системы управления полетом мультикоптера, совершают на мультикоптере с закрепленным на мультикоптере сателлитом полет к месту расположения целей, выбирают цель, зависают над целью на мульткоптере, спускают с него к цели сателлит с бомбовым грузом, производят точное прицеливание с сателлита маневрированием мультикоптером и сателлитом и осуществляют сброс с сателлита на цель бомбового груза.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мультикоптер и сателлит управляются раздельными операторами или раздельными системами автоматического управления движением мультикоптера и сателлита.

3. Система применения беспилотного летательного аппарата по способу по п. 1, состоящая из мультикоптера, снабженного видеокамерой и управляемого по радиоканалу оператором или автоматической системой управления полетом, и отделяемого от мультикоптера сателлита, соединенного с мультикоптером силовым кабель-тросом с лебедкой, установленной в мультикоптере, при этом сателлит состоит из каркаса-подвеса с видеокамерой-прицелом, снабженного по меньшей мере двумя пропеллерами с электродвигателями и по меньшей мере одним бомбосбрасывателем, причем сателлит управляется оператором по горизонтальной и вертикальной осям.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что сателлит содержит собственный источник электропитания.

5. Система по п. 3, отличающаяся тем, что электроэнергия подается на сателлит по электрокабелю - силовому тросу.