Исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой беспилотного летательного аппарата Российский патент 2025 года по МПК B64D1/02 B64U101/00 

Изобретение относится к исполнительному устройству для управления полезной нагрузкой и может быть использовано, в частности, для управления полезной нагрузкой беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Изобретение наиболее эффективно может применяться для активации полезной нагрузки, за счет использования контактного или неконтактного датчика цели.

Из открытых источников (социальные сети, видеохостинги) известно, что управление полезной нагрузкой малых БПЛА, в частности типа «FPV», может осуществляться самодельными платами инициации, контактными датчиками цели в виде отрезков медной проволоки, установленной «крест на крест», переделанными штатными средствами инициирования (УДЗ, УЗРГМ, МД-5, МУВ), а также напрямую от полетного контроллера БПЛА.

Однако указанные устройства управления полезной нагрузкой БПЛА обладают рядом недостатков, к которым можно отнести фактор их изготовления из подручных материалов без оценки надежности и безопасности применения при воздействии различных внешних факторов (перепады температур, вибрации, статического электричества и пр.). В связи с этим, у таких устройств низкие эксплуатационные характеристики, также они небезопасны в обращении.

Из патента RU 2818378 С1 (опубл. 02.05.2024) известно исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой, предназначенное, в частности, для БПЛА типа «FPV», в котором при подлете к цели по команде оператора БПЛА с помощью механизма сбрасывает кумулятивный снаряд на цель противника. Контроллер боевой части с помощью своего элемента питания с расчетной задержкой времени дает кодированный электрический импульс на срабатывание детонатора при подлете к цели. Детонатор возбуждает детонацию детонирующего шнура, который обвязан вокруг кумулятивного заряда, и инициирует сам кумулятивный заряд. Если не поступила кодированная команда с контроллера на инициирование электродетонатора, то кодированный электрический импульс поступает от датчика удара, и кумулятивный заряд срабатывает.

Недостатками известного решения являются отсутствие ступеней предохранения боевой части от нештатного срабатывания детонатора и неэффективное применение кумулятивного боеприпаса в виду того, что программная задержка контроллера боевой части для срабатывания детонатора не учитывает расстояние до заданной цели.

Из патента RU 218475 U1 (опубл. 29.05.2023), выбранного в качестве прототипа, известно исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой, предназначенное для БПЛА, включающее датчик цели контактного типа, выключатели линии инициирования в виде двух кнопочных микропереключателей, установленных напротив друг друга на передней части рамы БПЛА, и элемент питания. Устройство предназначено для приведения в действие полезной нагрузки, в качестве которой используют взрывное устройство с электрическим запалом, и повышения надежности устройства замыкания электрической цепи.

Недостатками прототипа являются отсутствие системы предохранения от случайного срабатывания полезной нагрузки, высокое время срабатывания ударного механизма (что делает затруднительным применение кумулятивных боевых частей), а также отсутствие связки «БПЛА - система управления», что делает невозможным контроль параметров системы на маршруте полета.

Задачей настоящего изобретения является разработка исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА с повышенной безопасностью в обращении (дальнее взведение в рабочее положение, программный предохранительный алгоритм, механическая система предохранения), с возможностью реализации контактного и неконтактного принципа действия, а также обеспечивающего гарантированную активацию полезной нагрузки.

Технический результат заключается в существенном повышении безопасности и работоспособности исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА.

Технический результат достигается исполнительным устройством для управления полезной нагрузкой беспилотного летательного аппарата, которое выполнено в виде отдельного изделия, подключаемого к БПЛА через разъем, включающего датчик цели, выключатель линии активации полезной нагрузки, независимые от электропитания БПЛА элементы питания для активации полезной нагрузки. Устройство также содержит плату управления, предохранительную чеку, индикатор работы, универсальный экранированный вывод для подсоединения полезной нагрузки.

В одном из вариантов датчик цели в исполнительном устройстве является контактным.

В другом варианте датчик цели в исполнительном устройстве является неконтактным.

В настоящем изобретении исполнительное устройство имеет связку «БПЛА - устройство» посредством экранированного проводного соединения, содержит металлический корпус с ложементом, в котором размещена «заземленная» плата управления системой, элементы питания для активации полезной нагрузки, датчик цели (контактный или неконтактный), выключатель линии активации полезной нагрузки, индикатор работы, предохранительную чеку, экранированные соединительные провода и универсальный экранированный вывод для подсоединения полезной нагрузки.

Изобретение поясняется чертежами:

- фиг. 1 - общий вид исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА с неконтактным датчиком цели;

- фиг. 2 - продольный разрез исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА с неконтактным датчиком цели;

- фиг. 3 - общий вид исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА с контактным датчиком цели;

- фиг. 4 - продольный разрез исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА с контактным датчиком цели.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1. Корпус.

2. Неконтактный датчик цели.

3. Крышка.

4. Индикатор работы исполнительного устройства.

5. Выключатель линии активации полезной нагрузки.

6. Разъем для подключения к БПЛА.

7. Универсальный вывод для подсоединения полезной нагрузки.

8. Предохранительная чека.

9. Дополнительный элемент питания.

10. Основной элемент питания.

11. Ложемент для платы управления и предохранительной чеки.

12. Контактный датчик цели.

13. Плата управления.

В одном из вариантов изобретения исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой БПЛА представляет собой отдельное устройство (фиг. 1, 2), выполненное в металлическом корпусе 1 с крышкой 3, который подключается к БПЛА через разъем 6. Внутри корпуса расположен ложемент 11, в котором размещены предохранительная чека 8, неконтактный датчик цели 2 и плата управления устройством 13, основной элемент питания 10, дополнительный элемент питания 9, выключатель линии активации полезной нагрузки 5, индикатор работы устройства 4, экранированные соединительные провода и универсальный экранированный вывод для подсоединения полезной нагрузки 7. Согласно другому варианту в исполнительном устройстве для управления полезной нагрузкой БПЛА (фиг. 3, 4) контактный датчик цели 12 расположен не в ложементе, а на внутренней поверхности корпуса 1.

Исполнительное устройство (фиг. 1), представленное в техническом исполнении с неконтактным датчиком цели, работает следующим образом.

Исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой закрепляют на корпусе БПЛА (не показано) и подключают при помощи разъема 6, через который на плату управления 13 поступает сигнал с полетного контроллера БПЛА (не показан). Плата управления 13 запускает алгоритм проверки ступеней предохранения, заключающийся в проверке состояния выключателя линии активации полезной нагрузки 5 и сигнала с полетного контроллера БПЛА на перевод устройства в рабочее положение.

В случае непрохождения проверки индикатор работы исполнительного устройства 4 загорается или мигает красным цветом (в зависимости от неисправности). В этом случае оператор БПЛА устраняет неисправность при помощи выключателя 5 или тумблера на пульте управления БПЛА (не показан).

При прохождении проверки индикатор 4 загорается зеленым цветом, оператор БПЛА включает выключатель линии активации 5 и плата управления 13 запускает проверку исправности предохранительной чеки 8, о результатах которой сообщает индикатор 4, который в случае прохождения проверки мигает зеленым цветом, а в случае непрохождения проверки мигает красным цветом, что говорит о том, что устройство не пригодно к использованию.

После прохождения проверок всех ступеней предохранения оператор подсоединяет к универсальному выводу 7 полезную нагрузку (не показано) и закрепляет предохранительную чеку 8 на поверхности земли (не показано). При взлете БПЛА предохранительная чека 8 выдергивается, плата управления 13 разрешает исполнительному устройству принимать команды с пульта управления БПЛА (не показан).

После получения команды с пульта управления БПЛА плата управления 13 обрабатывает поступающий сигнал и переводит устройство в рабочее положение, после чего становится активным неконтактный датчик цели 2. В момент срабатывания неконтактного датчика цели 2 или подачи команды с пульта управления БПЛА плата управления 13 обрабатывает полученный сигнал и активирует полезную нагрузку, подсоединенную к универсальному выводу 7. Активация полезной нагрузки происходит при помощи элементов питания 9 и 10 с гарантированной силой тока 1А при сопротивлении нагрузки 2.1 Ом.

Принцип работы исполнительного устройства (фиг. 3), представленного в техническом исполнении с контактным датчиком цели, работает аналогичным образом. В момент срабатывания контактного датчика цели 12 или подачи команды с пульта управления БПЛА плата управления 13 обрабатывает полученный сигнал и активирует полезную нагрузку, подсоединенную к универсальному выводу 7. Активация полезной нагрузки происходит при помощи элементов питания 9 и 10 с гарантированной силой тока 1А при сопротивлении нагрузки 2.1 Ом.

Предложенное устройство прошло испытания на подтверждение заявленных эксплуатационных характеристик, соответствие требованию назначения и безопасности в обращении. Полученные характеристики соответствуют следующим требованиям:

- исполнительное устройство унифицировано и обеспечивает срабатывание различных вариантов полезной нагрузки;

- время активации полезной нагрузки от разработанного устройства не превышает: при срабатывании по сигналу контактного датчика или неконтактного датчика цели - 10 мс; при срабатывании по команде с пульта управления БПЛА - 15 мс;

- исполнительное устройство содержит три ступени предохранения;

- вероятность безотказного срабатывания исполнительного устройства составляет 0,9 при доверительном интервале 0,9;

- исполнительное устройство совместимо с широким спектром малых БПЛА коммерческого типа.

Исполнительное устройство устойчиво к внешним воздействиям, а именно:

- безопасно при разряде статического электричества с человека и транспортных средств при обращении и транспортировке, устойчиво к воздействию электромагнитного поля и разрядам статического электричества в составе носителя;

- сохраняет работоспособность после циклического воздействия температур (от плюс 50°С до минус 30°С, количество циклов -5, выдержка при каждой температуре 1 час);

- позволяет транспортирование воздушным, железнодорожным и водным транспортом без ограничения расстояния, автомобильным транспортом со скоростью до 60 км/ч на расстояние до 3000 км по дорогам с асфальтированным покрытием, по грунтовым дорогам и дорогам с булыжным покрытием на расстояние до 1000 км со скоростью до 50 км/ч.

Таким образом, исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой БПЛА по настоящему изобретению безопасно в обращении, а также сохраняет работоспособность при воздействии различных внешних факторов.

Изобретение относится к исполнительному устройству для управления полезной нагрузкой беспилотного летательного аппарата (БПЛА), которое выполнено в виде отдельного изделия, подключаемого к БПЛА через разъем, включающего датчик цели контактного или неконтактного принципа действия, выключатель линии активации полезной нагрузки, элементы питания активации полезной нагрузки, которые являются независимыми от электропитания БПЛА. Устройство также содержит плату управления, предохранительную чеку, индикатор работы, универсальный экранированный вывод для подсоединения полезной нагрузки. Технический результат заключается в существенном повышении безопасности и работоспособности исполнительного устройства для управления полезной нагрузкой БПЛА. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Исполнительное устройство для управления полезной нагрузкой беспилотного летательного аппарата (БПЛА), включающее датчик цели, элемент питания, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде отдельного изделия, подключенного к БПЛА через разъем, дополнительно содержит элементы питания для активации полезной нагрузки, которые являются независимыми от электропитания БПЛА, плату управления, выключатель линии активации полезной нагрузки, предохранительную чеку, индикатор работы, универсальный экранированный вывод для подсоединения полезной нагрузки.

2. Исполнительное устройство по п.1, в котором датчик цели является контактным.

3. Исполнительное устройство по п.1, в котором датчик цели является неконтактным.