ЦЕНТРОПЛАН КРЫЛА БЕСПИЛОТНОГО ВОЗДУШНОГО СУДНА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ (VTOL) Российский патент 2025 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

Предложен центроплан крыла беспилотного воздушного судна с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL), содержащий:

лонжерон, выполненный в виде продольного силового элемента коробчатого типа;

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

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

обшивку, прикрепленную к лонжерону, нервюрам и задней стенке;

причем в обшивке с каждого торца центроплана выполнено отверстие снизу между лонжероном, задней стенкой, торцевой нервюрой и соседней с ней нервюрой, причем упомянутая соседняя с торцевой нервюра расположена на расстоянии от торцевой нервюры, приблизительно равном ширине балки беспилотного воздушного судна, причем отверстие предназначено для выполнения скрытой проводки электросистемы между центропланом и балкой.

В одном из вариантов осуществления центроплан дополнительно содержит с каждого торца:

группу торцевых закладных элементов, прикрепленных к торцевой нервюре и к соседней с ней нервюре, причем 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,

причем торцевые закладные элементы содержат крепежные элементы для соединения с балкой.

В одном из вариантов осуществления центроплан дополнительно содержит с каждого торца:

разъем электросистемы, расположенный на упомянутой соседней с торцевой нервюре между лонжероном и задней стенкой и предназначенный для соединения с ответным разъемом балки.

В одном из вариантов осуществления разъем центроплана, предназначенный для соединения с разъемом балки, выполнен съемным.

В одном из вариантов осуществления провод, проходящий внутри центроплана и соединенный с разъемом центроплана, имеет преднатяжение.

В одном из вариантов осуществления центроплан дополнительно содержит с каждого торца:

разъем электросистемы, расположенный на упомянутой соседней с торцевой нервюре между лонжероном и задней стенкой и предназначенный для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в консоли крыла.

Технический результат

Настоящее изобретение позволяет упростить и ускорить процессы сборки/разборки 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 центроплана.

На Фиг. 3-5 показаны виды в разных проекциях другого варианта осуществления центроплана.

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 маршевый двигатель 10 (например, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или электродвигатель). 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.

На Фиг. 2 показана конструкция центроплана. Основным силовым элементом конструкции центроплана является лонжерон 16, который работает на изгиб и воспринимает перерезывающую силу. Лонжерон 16 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 16 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 16 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 крыла. Предпочтительно, чтобы толщина внешних стенок была меньше толщины внутренней стенки лонжерона. В неограничивающем примере внутренняя стенка лонжерона 16 выполнена из 10 мм фанеры, а внешние стенки из 1,5 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 торцевых нервюрах, которые расположены на торцах центроплана, обращенных к консолям, имеются технологические отверстия для обеспечения сборки. 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, центроплан 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.

Закладные элементы 20, расположенные внутри центроплана, предназначены для крепления к крылу различных элементов БПЛА и передачи усилий на другие элементы силового набора. Закладные элементы 20 могут иметь различную форму, соответствующую месту их установки, и могут быть выполнены из PLA пластика, древесины и т.п. Как показано на Фиг. 2, 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 17-1 и к соседней с ней нервюре 17-2. 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 17-2 расположена на расстоянии от торцевой нервюры 17-1, 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 17-1, соседней с ней нервюрой 17-2, лонжероном и задней стенкой обеспечивают надежное крепление балок.

На Фиг. 3-5 показан другой вариант осуществления центроплана, в котором с каждого торца центроплана в обшивке выполнено отверстие 21 снизу между лонжероном, задней стенкой, торцевой нервюрой 17-1 и вышеупомянутой соседней с ней нервюрой 17-2, данное отверстие 21 предназначено для выполнения скрытой проводки электросистемы между центропланом и балкой. В частности, электропроводка проходит изнутри центроплана через соседнюю с торцевой нервюру и в процессе сборки соединяется через отверстие 21 в обшивке с электропроводкой балки. После того, как балка прикрепляется к центроплану с помощью крепежных элементов, отверстие 21 и электропроводка оказываются закрыты балкой, а излишки электропроводки укладываются в полость 22 между лонжероном, задней стенкой, торцевой нервюрой и соседней с ней нервюрой. Таким образом, обеспечивается увеличение надежности и безопасности разборного БПЛА.

На соседней с торцевой нервюре 17-2 между лонжероном и задней стенкой может располагаться разъем 23 электросистемы, предназначенный для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в балке. Также на соседней с торцевой нервюре 17-2 между лонжероном и задней стенкой может располагаться разъем электросистемы (не показан на чертежах), предназначенный для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в консоли крыла. Это позволяет увеличить сохранность элементов центроплана при транспортировке и сборке, а также упростить сборку, поскольку разъемы и провода не выступают за пределы торцевой нервюры, а спрятаны во внутренней полости 22, и к ним удобно присоединять разъемы балки и консоли. Разъем консоли не требуется удерживать в руках в процессе соединения, поскольку крепежные узлы консоли позволяют зафиксировать положение разъема, и он вставляется в разъем 23 центроплана. Разъем балки может выступать из балки вместе с участком провода, чтобы обеспечить возможность завести разъем балки внутрь полости 22 в центроплане и соединить его с разъемом 23 центроплана. Как указывалось выше, выступающий из балки участок провода впоследствии укладывается в полость 22 центроплана.

Еще в одном варианте осуществления разъем 23 центроплана, предназначенный для соединения с разъемом балки, может сниматься из своего гнезда и вытягиваться наружу вместе с участком провода, а после соединения разъемов может вставляться обратно в гнездо. Это позволяет упростить сборку, поскольку для соединения разъемов между собой не требуется заводить разъем балки в полость 22 и соединять его с разъемом 23 центроплана внутри полости 22. Для еще большего удобства провод, вместе с которым вытягивается разъем 23 центроплана, может иметь небольшое преднатяжение, поэтому после соединения разъемы можно отпустить, и они утянутся в полость 22 и в гнездо самостоятельно. Преднатяжение может выполняться, например, с помощью пружины внутри центроплана.

Кроме того, центроплан содержит переднюю стенку 24, предназначенную для местного усиления области соединения с фюзеляжем, поскольку там действует сосредоточенная нагрузка от фюзеляжа. Как показано на Фиг. 2, передняя стенка 24 имеет пазы 25 для соединения с фюзеляжем, а также к ней крепится разъем 26 электросистемы, предназначенный для соединения с ответным разъемом на фюзеляже. В неограничивающем примере передняя стенка 24 выполнена из 2 мм стеклотекстолита.

На Фиг. 3-5 показан другой вариант осуществления центроплана, в котором вместо пазов передняя стенка 24 содержит клиновидные элементы 27, выступающие из передней стенки 24 на величину, превышающую величину, на которую из передней стенки 24 выступает разъем 26 электросистемы. Таким образом, в процессе вставки центроплана в фюзеляж выполняется сначала сопряжение выступающих элементов 27 с ответными пазами в фюзеляже и лишь затем сопряжение разъема 26 центроплана с ответным разъемом фюзеляжа, что повышает как удобство сборки, так и надежность конструкции.

Клиновидный элемент 27 может иметь вблизи передней стенки 24 постоянное поперечное сечение, приблизительно равное поперечному сечению ответного крепежного элемента на фюзеляже, и клиновидное сужение на своем конце, направленном к фюзеляжу. Длина, вдоль которой клиновидный элемент 27 имеет постоянное поперечное сечение, может быть больше величины, на которую из передней стенки 24 выступает разъем 26 электросистемы. Тем самым, в процессе вставки центроплана в фюзеляж сначала входят в сопряжение клиновидные сужения, что упрощает их вставку в пазы в фюзеляже, далее по мере вставки выполняется выравнивание центроплана вплоть до достижения полноразмерного сопряжения клиновидного элемента 27 с пазом по его максимальному поперечному сечению, что позволяет зафиксировать направление дальнейшего продвижения, и только после этого в сопряжение входят разъемы, что позволяет повысить их защищенность и надежность конструкции, а также упростить и ускорить сборку, так как не требуется уделять повышенное внимание разъемам и ориентации центроплана при его вставке в фюзеляж.

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 должна 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. Центроплан крыла беспилотного воздушного судна с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) содержит лонжерон, выполненный в виде продольного силового элемента коробчатого типа, нервюры, прикрепленные к лонжерону и имеющие форму аэродинамического профиля крыла, заднюю стенку, прикрепленную к нервюрам и выполненную в виде продольного элемента коробчатого типа, обшивку, прикрепленную к лонжерону, нервюрам и задней стенке. Причем в обшивке с каждого торца центроплана выполнено отверстие снизу между лонжероном, задней стенкой, торцевой нервюрой и соседней с ней нервюрой. Причем упомянутая соседняя с торцевой нервюра расположена на расстоянии от торцевой нервюры, приблизительно равном ширине балки беспилотного воздушного судна. Причем отверстие предназначено для выполнения скрытой проводки электросистемы между центропланом и балкой. Техническим результатом является упрощение и ускорение процессов сборки/разборки БПЛА, а также увеличение надежности и безопасности разборного БПЛА. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Центроплан крыла беспилотного воздушного судна с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL), содержащий:

лонжерон, выполненный в виде продольного силового элемента коробчатого типа;

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

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

обшивку, прикрепленную к лонжерону, нервюрам и задней стенке;

причем в обшивке с каждого торца центроплана выполнено отверстие снизу между лонжероном, задней стенкой, торцевой нервюрой и соседней с ней нервюрой, причем упомянутая соседняя с торцевой нервюра расположена на расстоянии от торцевой нервюры, приблизительно равном ширине балки беспилотного воздушного судна, причем отверстие предназначено для выполнения скрытой проводки электросистемы между центропланом и балкой.

2. Центроплан по п. 1, дополнительно содержащий с каждого торца:

группу торцевых закладных элементов, прикрепленных к торцевой нервюре и к соседней с ней нервюре, причем 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,

причем торцевые закладные элементы содержат крепежные элементы для соединения с балкой.

3. Центроплан по п. 1, дополнительно содержащий с каждого торца:

разъем электросистемы, расположенный на упомянутой соседней с торцевой нервюре между лонжероном и задней стенкой и предназначенный для соединения с ответным разъемом балки.

4. Центроплан по п. 3, в котором разъем центроплана, предназначенный для соединения с разъемом балки, выполнен съемным.

5. Центроплан по п. 4, в котором провод, проходящий внутри центроплана и соединенный с разъемом центроплана, имеет преднатяжение.

6. Центроплан по п. 1, дополнительно содержащий с каждого торца:

разъем электросистемы, расположенный на упомянутой соседней с торцевой нервюре между лонжероном и задней стенкой и предназначенный для соединения с ответным разъемом электросистемы, расположенным в консоли крыла.