Способ электропитания бортовой аппаратуры высотной привязной платформы, построенной беспилотным летательным аппаратом Российский патент 2025 года по МПК B64F3/02 B60L50/10 

Изобретение относится к области малой авиации и может быть использовано для электропитания привязных беспилотных летательных аппаратов, предназначенных для реализации высотных платформ различных телекоммуникационных систем.

Известно устройство для электропитания привязного летательного аппарата (см. RU 2711325 С1, 16.01.2020), содержащий источник электроэнергии и наземный преобразователь, размещенные на наземном объекте, размещенные на борту летательного аппарата бортовой преобразователь и резервную аккумуляторную батарею, кабель-трос. Наземный преобразователь содержит блок преобразования, силовой регулирующий модуль, датчик тока, контроллер, широтно-импульсный модулятор, панель управления и индикации. Бортовой преобразователь содержит изолированный модуль преобразования и электронный коммутатор питания. Данное устройство направлено на увеличение мощности, предаваемой на борт летательного аппарата, повышение стабильности передаваемого напряжения от наземного преобразователя независимо от мощности потребления нагрузки, повышение точности выходного напряжения бортового преобразователя при минимальных уровнях пульсаций, а также упрощение его конструкции.

Недостатком этого технического решения является то, что во всех положениях беспилотного летательного аппарата (земля, зависание и полет) выходное напряжение постоянного тока высокого уровня порядка от 400 до 1000 В, посредством кабель - троса с земли передается на борт аппарата, что может оказаться опасным для жизни обслуживающего персонала при подготовительных или наладочных работах с бортовым электрооборудованием, а также при грозовых молниях.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый авторами за прототип способ электроснабжения привязного аэростата и устройство для его реализации (см. RU 2449927 С2, 10.05.2012). В этом техническом решении электропитание бортового электрооборудования осуществляется от наземного источника питания 3×380 В, 50 Гц с преобразованием в постоянное напряжение 500…900 В, которое передается по канат-кабелю на преобразователь, установленный на борту аэростата, понижающий высокое напряжение до 20…40 В постоянного тока. Уровень напряжения, подводимого к канат-кабелю, регулируется в первом преобразователе за счет силового регулирующего элемента в зависимости от протекающего в канат-кабеле тока в целях компенсации падения напряжения и обеспечения узкого диапазона изменений входного напряжения бортового понижающего преобразователя.

К недостаткам этого технического решения можно отнести сложность наземного источника питания как по части электрической, так и по части конструкции, а также недостаточную электробезопасность при обслуживании привязного аэростата персоналом.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение структуры (архитектуры) наземного источника питания и обеспечение электробезопасности обслуживающего привязной беспилотный летательный аппарат персонала.

Технический результат достигается тем, что в способе электропитания бортовой аппаратуры высотной привязной платформы, построенной беспилотным летательным аппаратом, включающем лебедку с размещенным на ее барабане канат-кабелем, осуществляющим передачу энергии с земли на летающий аппарат с дальнейшим ее преобразованием, в качестве энергии используют горючий газ, канат-кабель выполняют в виде газового шлага, служащего для подачи газа, причем один конец газового шланга подключают к выходу компрессора, производящего перекачку газа из емкости с газом, а другой его конец - газопоршневому двигателю газопоршневой электростанции, соединенному на одном валу и смонтированному на одной раме электростанции с генератором переменного тока, причем вырабатываемую электроэнергию генератором переменного тока, преобразующуюся через выпрямитель в постоянный ток, передают на распределитель напряжения, обеспечивающий необходимое электрическое питание бортовой аппаратуры летательного аппарата. При этом рама газопоршневой электростанции с двигателем и генератором, выпрямитель и распределитель напряжения размещены на каркасе летательного аппарата, а лебедка, емкость с газом и компрессор расположены на земле.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что использование горючего газа с дальнейшим его преобразование в газопоршневой электростанции в переменный ток, дает возможность произвести электрическое питание бортовой аппаратуры привязного беспилотного летательного аппарата, служащего в качестве высотной привязной платформы.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу электропитания бортовой аппаратуры привязного беспилотного летательного аппарата благодаря применению в качестве энергии горючего газа последующим его преобразованием в переменный ток с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением структуры (архитектуры) наземного источника питания и обеспечением электробезопасности обслуживающего привязной беспилотный летательный аппарат персонала.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит емкость с горючим газом 1, отрезок газового шланга 2, компрессор 3, лебедку с барабаном 4, газовый шланг 5, газопоршневую электростанцию 6, выпрямитель 7, распределитель напряжения 8 и бортовую аппаратуру 9. На чертеже цифрой 10 обозначен привязной беспилотный летательный аппарат, служащий высотной привязной платформой.

Способ работает следующим образом. Перед запуском привязного беспилотного летательного аппарата (положение аппарата на земле) выход емкости, заполненной газом, соединяют с входом компрессора, выход которого в свою очередь подключают к одному из свободных концов газового шланга, намотанного на барабане лебедки с возможностью его раскрутки или закрутки при поднятии или приземлении (полете) летательного аппарата. Второй конец (свободный) газового шланга соединяют с газопоршневым двигателем газопоршневой электростанции, в которой, согласно ее конструкции, газовый двигатель установлен на одном валу с генератором переменного тока. При этом газовый двигатель и генератор установлены на одной раме электростанции. Эта рама в свою очередь установлена на каркасе летательного аппарата. Здесь (газопоршневый двигатель) в процессе сжигания топлива (газа) образуется механическая энергия, которая передается через единый вал на генератор и преобразуется в электрическую энергию переменного тока. Вырабатываемая генератором электроэнергия передается на вход выпрямителя, посредством которого переменный ток преобразуется в постоянный сигнал в виде напряжения. Выходной сигнал выпрямителя далее поступает на вход распределителя напряжения разными выходами.

В рассматриваемом случае под бортовой аппаратурой высотной привязной платформы, построенной беспилотным летательным аппаратом, принимаются блок двигателей с пропеллерами, полетный контроллер, видеокамера, блок обработки сигнала и аккумуляторная батарея, предназначенная для посадки аппарата в случае аварийных режимов. Учитывая, что каждый из вышеприведенных элементов, входящих в состав бортовой аппаратуры, может иметь свое специфическое электрическое питание, например, постоянного тока разными значениями, в предлагаемом способе, с этой целью, предусмотрено выпрямление электрического переменного сигнала генератора газопоршневой электростанции в постоянный сигнал с дальнейшим его преобразованием в распределителе напряжения. Так как в данном случае бортовая аппаратура по части электропитания представляется в виде полетного контроллера, видеокамеры, аккумуляторного батарея, блока обработки сигнала и блока двигателей с пропеллерами, то распределитель напряжения должен иметь один вход и пять выходов с различными величинами постоянного напряжения. В соответствии с этим вход распределителя напряжения подключают к выходу выпрямителя переменного тока, поступающего с генератор. При этом первый выход распределителя напряжения подключают к входу по питанию полетного контроллера, второй выход распределителя напряжения соединяют с первым входом полетного контроллера, выход которого соединяют с блоком двигателей с пропеллерами, третий выход распределителя соединяют с входом блока обработки сигнала, четвертый и пятый выходы распределителя напряжения используют для питания видеокамеры и подзарядки соответственно для аккумуляторной батарей.

После выполнения всех манипуляций, связанных с подготовкой летательного аппарата на земле к полету, производят подачу горючего газа с помощью газового шланга на газопоршневую электростанцию и по мере начала функционирования генератора переменного тока электростанции, поднимают беспилотный аппарат вверх. Далее в зависимости от намеченного заранее плана, производят разные маневры аппарата, предусматривающие повороты налево, направо, круговой полет, зависание в воздухе и другие. После выполнения всех запланированных режимов полета аппарата, его спускают на землю и при его остановке на земле прекращают подачу газа на газопоршневую электростанцию.

Устройство, реализующее предлагаемый способ работает следующим образом. При нахождении беспилотного летательного аппарата 10 на земле, выход емкости с газом 1 отрезком газового шланга 2 подключают к входу компрессора 3, производящего подачу газа через намотанный на барабане лебедки 4 газовый шланг 5 на газопоршневый двигатель газопоршневой электростанции 6, расположенной рамой на каркасе привязного беспилотного летательного аппарата. После подачи газа на газопоршневый двигатель, установленный на одном валу с генератором переменного тока газопоршневой электростанции, генератор выработает сигнал переменного тока, который далее передается на вход выпрямителя 7. Выходной выпрямленный сигнал (постоянного тока) последнего, поступает на вход распределителя напряжения 8, выходные сигналы которого далее используются для электропитания бортовой аппаратуры 9, содержащей полетный контроллер, запускающий двигатели с пропеллерами и регулирующий скорости их вращения, блок обработки сигнала, видеокамеру и аккумуляторную батарею. Полетный контроллер, блок двигателей с пропеллерами, блок обработки сигнала, видеокамера, аккумуляторная батарея, газопоршневый двигатель и генератор переменного тока на чертеже не показаны. Следовательно, подача газа на газопоршневый двигатель и механическая энергия, образующаяся в процессе горения газа, и преобразующаяся в электрическую, дают возможность, осуществить электрическое питание бортовой аппаратуры высотной привязной платформы, построенной беспилотным летательным аппаратом.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении использование в качестве энергии горючего газа с дальнейшим его преобразованием в электрический сигнал, дает возможность обеспечить упрощение структуры наземного источника питания и электробезопасность обслуживающего привязной беспилотный летательный аппарат персонала.

Данный способ, помимо его использования как электрического питания бортовой аппаратуры высотной платформы на базе беспилотного летательного аппарата, дополнительно может снизить вероятность попадания молнии на высотную платформу при грозовых молниях из-за отсутствия электрического наземного источника питания и кабель - троса, передающего электрическое питание с земли на аппарат.

Изобретение относится к способу электропитания бортовой аппаратуры высотной привязной платформы на основе беспилотного летательного аппарата. Для электропитания бортовой аппаратуры привязной платформы с помощью лебедки с размещенным на ее барабане канат-кабелем осуществляют передачу энергии, в качестве которой используют горючий газ, из емкости, находящейся на земле, с помощью компрессора по газовому шлангу на борт платформы к газопоршневому двигателю бортовой газопоршневой электростанции с генератором переменного тока, преобразующей его через выпрямитель в постоянный ток, и далее на бортовой распределитель напряжения. Обеспечивается упрощение структуры (архитектуры) наземного источника питания и обеспечение электробезопасности обслуживающего привязной беспилотный летательный аппарат персонала. 1 ил.

Способ электропитания бортовой аппаратуры высотной привязной платформы, построенной беспилотным летательным аппаратом, включающий лебедку с размещенным на ее барабане канат-кабелем, осуществляющим передачу энергии с земли на летающий аппарат с дальнейшим ее преобразованием, отличающийся тем, что в качестве энергии используют горючий газ, канат-кабель выполняют в виде газового шлага, служащего для подачи газа, причем один конец газового шланга подключают к выходу компрессора, производящего перекачку газа из емкости с газом, а другой его конец - газопоршневому двигателю газопоршневой электростанции, соединенному на одном валу и смонтированному на одной раме электростанции с генератором переменного тока, причем вырабатываемую электроэнергию генератором переменного тока, преобразующуюся через выпрямитель в постоянный ток, передают на распределитель напряжения, обеспечивающий необходимое электрическое питание бортовой аппаратуры летательного аппарата, при этом рама газопоршневой электростанции с двигателем и генератором, выпрямитель и распределитель напряжения размещены на каркасе летательного аппарата, а лебедка, емкость с газом и компрессор расположены на земле.