Беспилотный комбинированный летательный аппарат
Владельцы патента RU 2485018:
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ (RU)
Изобретение относится к области авиации. Беспилотный комбинированный летательный аппарат содержит корпус, силовую установку с винтовым толкающим движителем, расположенным в хвостовой части фюзеляжа, и систему управления. Корпус в форме летающего крыла выполнен многосекционным из набора стрингеров, закрепленных на жесткой углепластиковой основе, сверху обтянут тонкой пленкой на тканевой основе, представляющей кремниевую солнечную батарею. Внутри корпус разделен на герметичные, заполненные подъемным газом отсеки, и негерметичные отсеки, имеющие воздухозаборник в носовой части, в средней части тепловые элементы для нагрева воздуха и сопло в задней части. Изобретение направлено на увеличение длительности зависания над заданной точкой. 2 ил.
Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА).
В настоящее время лидеры в производстве беспилотных летательных аппаратов в мире - США и Израиль. Далее следуют страны Европы. Беспилотники используются как при ведении боевых действий и разведки, так и в гражданских областях - отслеживании ситуации на дорогах и пожаров в лесах, патрулировании границ, поисково-спасательных операциях, метеорологии. Здесь следует также добавить, что уже в 2002 году технологиями разработки и производства БПЛА владели 18 стран мира, 13 из которых экспортировали беспилотники. И хотя подавляющее большинство БПЛА сегодня пока еще ориентированы на ведение различных видов разведки и наблюдения, все большее распространение получают боевые беспилотные летательные аппараты и авиационные комплексы.
По оценкам американских специалистов, в течение ближайших 15 лет на мировом оружейном рынке будут востребованы около 3000 современных БПЛА большой и сверхбольшой дальности, порядка 2000 машин размерности между тяжелыми и средними типа «Предэйтор», около 500 беспилотников средней размерности с взлетной массой 3600-6800 кг, а также сотни тысяч микро-БПЛА. Причем только за первые 10 лет будет израсходовано около 16 млрд. долл., а более 60% рынка заберут под себя компании США (предполагается, что европейские фирмы получат 6-7%, а израильские - около 2-3%).
Россия объявила о закупке партии беспилотников у Израиля. Уже сейчас наши 36 закупленных беспилотников кажутся смешными по сравнению с, например, вооружением США, которые только в Ираке использовали более 700 беспилотных летательных аппаратов различных модификаций. Наличие беспилотников не ограничивается только военным применением. Так, сверхмалые БПЛА при тушении лесного пожара могут успешно решить проблему обеспечения разведки «за ближайшим холмом». Портативный комплекс с одним или несколькими беспилотниками мог бы применяться парашютно-десантной пожарной группой или наземным руководителем тушения крупного пожара самостоятельно. Наличие недорогих БПЛА в удаленных лесничествах может способствовать решению проблемы защиты поселков от угрозы лесных пожаров в районах, где в настоящее время организация постоянной авиационной охраны не проводится из-за технических и финансовых трудностей.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является «Беспилотный летательный аппарат» (патент RU 2015067 от 06 апреля 1992 г.).
Прототип выполнен по схеме «утка» и содержит крыло, фюзеляж, переднее горизонтальное оперение, силовую установку с винтовым толкающим движителем, расположенным в хвостовой части фюзеляжа, и систему управления. Крыло выполнено стреловидным, а винтовой движитель снабжен кольцевым кожухом. Кольцевой кожух выполнен удлиненным, простирающимся назад от плоскости винтового движителя, и с выхлопным поворотным соплом, снабженным вертикальным и горизонтальным приводами, осуществляющими отклонение поворотного сопла вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Переднее горизонтальное оперение выполнено шарнирно установленным на оси, направленной вдоль его размаха и перпендикулярной плоскости симметрии аппарата.
Недостатком этого устройства является его принадлежность к семейству аппаратов тяжелее воздуха и невозможность использовать возможности аппаратов легче воздуха.
Задачей изобретения является создание летательного аппарата, объединяющего в себе положительные черты как аппаратов тяжелее, так и аппаратов легче воздуха. Возможностью взлета без разбега и посадки без пробега, возможностью длительного зависания над заданной точкой, маневренностью и управляемостью в полете, незаметностью и возможностью пополнения в полете энергоресурсов.
Требуемый технический результат достигается тем, что устройство выполнено в форме летающего крыла, корпус беспилотного комбинированного летательного аппарата выполнен многосекционным из набора стрингеров, закрепленных на жесткой углепластиковой основе, сверху обтянут тонкой пленкой на тканевой основе представляющей кремниевую солнечную батарею, внутри корпус разделен на герметичные, заполненные подъемным газом (гелий и др.) отсеки, и негерметичные отсеки, имеющие воздухозаборник в носовой части, в средней части расположены тепловые элементы для нагрева воздуха, сопло в задней части. Применены два электродвигателя для движения и поворотов влево и право поочередной работой соответствующего двигателя или выключением оного. Аккумуляторной батареей для накопления запаса энергии в случае нехватки или невозможности солнечной батареи производить необходимое количество энергии.
Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное техническое решение отличается совершенным новым корпусом, в форме летающего крыла, разделенным на отсеки двух видов, герметичные отсеки, заполненные подъемным газом, и негерметичные отсеки, которые имеют воздухозаборник, сопло, и тепловые элементы. Корпус сверху выполнен из тонкой пленки на тканевой основе, представляющей собой кремниевую солнечную батарею. Так же наличием на оконечностях корпуса электродвигателя и аккумуляторной батареи.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг.1 представлен беспилотный комбинированный летательный аппарат, включающая в свой состав:
1 - корпус беспилотного комбинированного летательного аппарата;
2 - электродвигатели с толкающим винтом;
3 - герметичные отсеки, заполненные подъемным газом;
4 - негерметичные отсеки, сопло в задней части и воздухозаборник в носовой;
5 - полезная нагрузка;
6 - аккумуляторная батарея;
7 - система управления;
8 - руль высоты.
На Фиг.2 представлен движитель беспилотного комбинированного летательного аппарата по созданию реактивной тяги, исходя из законов аэродинамики, где:
1 - корпус беспилотного комбинированного летательного аппарата;
9 - сопло;
10 - воздухозаборник.
Разницу между местным давлением у поверхности профиля и давлением воздуха в невозмущенном потоке можно представить в виде стрелочек, перпендикулярных контуру профиля, так что направление и длина стрелочек пропорциональна этой разнице. Видно, что на нижней образующей профиля имеется избыточное давление - подпор воздуха, и он в разных точках профиля давит на крыло с разной силой. Разницу между местным давлением у поверхности профиля и давлением воздуха в невозмущенном потоке можно представить в виде стрелочек, перпендикулярных контуру профиля, так что направление и длина стрелочек пропорциональна этой разнице. Если в передней нижней части крыла расположить воздухозаборник, где величина воздушного давления выше, чем у задней кромки крыла, там находится сопло. Соответственно, воздушный поток устремится в сторону наименьшего давления, образуя реактивную силу, создаваемую вытекающей струей. Подогрев воздушного потока приведет к дополнительному расширению воздуха, поступившего через воздухозаборник, и усилению реактивной тяги.
Изобретение работает следующим образом: заполненные подъемным газом отсеки конструктивно делают беспилотный комбинированный летательный аппарат легче воздуха, и он изначально находится в рабочем положении, т.е. готов к взлету, система управления выдает сигнал на разогрев тепловых элементов за счет электроэнергии, вырабатываемой солнечной и (или) аккумуляторной батарей, и аппарат выполняет взлет, система управления осуществляет запуск электродвигателей для движения и управления аппаратом. Воздушный поток через расположенный в передней нижней части крыла воздухозаборник устремляется к соплу у задней кромки крыла, образуя реактивную силу, создаваемую вытекающей струей. Может осуществляться как полет по заданному маршруту, так и к заданному объекту. При необходимости длительное время контролировать объект система управления останавливает электродвигатели, и аппарат зависает над объектом, компенсируя высоту включением и выключением тепловых элементов, для набора включая разогрев или выключая для снижения. Наличие в бортовом комплекте аппаратуры модуля спутниковой глобальной навигационной системы ГЛОНАСС/GPS позволит сохранять заданное положение над объектом с высокой точностью, корректируя отклонения работой электродвигателей. Бортовой комплект аппаратуры выполняется модульным, меняя которые позволит решать различные задачи.
Беспилотный комбинированный летательный аппарат найдет свое применение в различных сферах деятельности, станет надежным помощником человека. Контроль за лесными массивами с целью предупреждения пожаров и помощь при тушении, контроль за посевами зерновых и других культур, контроль состояния трубопроводов в малообжитой и труднодоступной местности, контроль дорожного движения в крупных городах, экологическая и другие виды разведок и многое другое по плечу летательным аппаратам данного класса.
Беспилотный комбинированный летательный аппарат, содержащий крыло, фюзеляж, корпус, силовую установку с винтовым толкающим движителем, расположенным в хвостовой части фюзеляжа, и систему управления, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме летающего крыла - многосекционным из набора стрингеров, закрепленных на жесткой углепластиковой основе, сверху обтянут тонкой пленкой на тканевой основе, представляющей кремниевую солнечную батарею, внутри корпус разделен на герметичные заполненные подъемным газом отсеки и негерметичные отсеки, имеющие воздухозаборник в носовой части, в средней части тепловые элементы для нагрева воздуха и сопло в задней части.
