Беспилотный летательный аппарат (варианты) и способ его работы

Изобретение относится к области авиации, в частности к крылатым ракетам. Беспилотный летательный аппарат содержит корпус, баки, крыло и двигатель. Корпус и баки аппарата выполнены из радиопрозрачного материала. Аппарат имеет воздушно-винтовой движитель. Все радионепрозрачные элементы аппарата закрыты кожухом стелс-формы. Аппарат имеет индикатор радиолокационного облучения и электродвигатели воздушного винта. Выхлоп и воздушный поток системы охлаждения двигателя направлены вниз или вниз-назад. Выхлопная система имеет теплоизолирующие продольные створки выхлопа, имеющие возможность закрываться. Силовой набор корпуса аппарата выполнен из радиопрозрачного материала. Силовой набор корпуса и чехол стелс-формы имеют камуфляжную окраску. Выхлоп и воздушный поток системы охлаждения направлены вниз или вниз-назад. При обнаружении облучения радиолокатором противника аппарат выключает основной двигатель, закрывает теплоизолирующие продольные створки и включает электродвигатель, отключив муфту основного двигателя и включив муфту электродвигателя или электродвигателей. Достигается снижение заметности и повышение дальности полета. 3 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к вооружению.

Известны крылатые ракеты, например, «Томагавк», см. интернет-ресурс Википедия, «Томагавк». Крылатая ракета представляет собой обычный самолет и летит по законам аэродинамики.

Для снижения заметности ракета летит на предельно малой высоте. Однако она, тем не менее, хорошо заметна на доплеровском радиолокаторе при виде сверху (с самолета), так как выполнена из металла. А также ракета имеет достаточно сильное инфракрасное излучение, особенно с задней полусферы. Но и передние кромки крыльев и воздухозаборник также имеют достаточно сильное инфракрасное излучение низкого потенциала.

Задача и технический результат изобретения - снижение заметности и повышение дальности полета крылатых ракет.

Для этого сделана ставка не на скорость аппарата - скорость аппарата не спасет его от зенитной ракеты, от ракеты класса «воздух-воздух» или от переносного зенитно-ракетного комплекса (ПЗРК), хотя и несколько уменьшит вероятность поражения зенитной артиллерией малого калибра. Лучше применить сравнительно тихоходный аппарат, но обладающий минимальной заметностью. Кроме того, известно, что чем меньше скорость самолета, тем больше будет его дальность при том же количестве топлива. К тому же к.п.д. винта или пропфэна на скоростях до 600 км/ч больше, чем у двухконтурного двигателя.

Малая скорость также позволит до предела уменьшить высоту полета над рельефом местности, что сделает аппарат еще менее заметным.

ВАРИАНТ 1. Данный аппарат имеет, как обычно, корпус, крыло и двигатель, но корпус аппарата, в том числе баки для топлива, выполнен из радиопрозрачного материала, ракета имеет воздушно-винтовой движитель, все радионепрозрачные элементы ракеты закрыты кожухом стелс-формы, причем аппарат имеет индикатор радиолокационного облучения, и имеет электродвигатель или электродвигатели воздушного винта, а выхлоп и воздушный поток системы охлаждения двигателя направлены вниз или вниз-назад, и имеет теплоизолирующие продольные створки выхлопа, имеющие возможность закрываться.

Так как основную опасность для аппарата представляют радары самолетов противника, то стелс-форма имеет плоскую или состоящую из двух-трех продольных плоскостей, боковые из которых наклонены вбок, верхнюю поверхность и имеет овальную или граненую нижнюю поверхность в виде усеченной пирамиды, или усеченного конуса, или эллипсоида (форма кожуха подбирается по минимальной сигнатуре).

В качестве материала корпуса аппарата нельзя применять никакие металлические или углепластиковые детали, рекомендуется композитный материал на основе волокон зайлон, дайнима, вектран и т.п.

Следует отметить две особенности, которые позволят предельно уменьшить заметность аппарата. Во-первых, следует применить сравнительно медленно вращающийся воздушный винт (окружная скорость концов лопастей 180-200 м/с). Такой винт имеет более высокий к.п.д. и малый динамический нагрев.

Воздушный винт желательно применять соосный «полуторавинтовой» по пат. №2448020. То есть соосный винт имеет два винта, вращающихся в противоположные стороны, причем они разного диаметра - меньший винт примерно в 1,5 раза меньше большого, но имеет ту же площадь лопастей (возможно - большее их число) и вращается в полтора раза быстрее. То есть реактивные моменты винтов равны, а масса отбрасываемого таким винтом воздуха больше, чем у обычного соосного.

Во-вторых, следует применить управление «регрессивная флюгерная утка» по патенту №2410286. Такое управление дает максимальную подъемную силу, и, что очень важно, его электрический привод будет расположен в носу ракеты, то есть там, где будет находиться кожух стелс-формы, и оно будет спрятано в этом кожухе. Впрочем, возможна компоновка с толкающим винтом. Тогда управление передним горизонтальным оперением (ПГО) следует организовать с помощью радиопрозрачных тросов. Очень большим достоинством любой «утки» является управление по высоте без просадки, что очень важно для самолета, летящего на предельно малой высоте.

Впрочем, можно применить и классическую компоновку при условии, что рулевые машинки будут расположены в стелс-кожухе, а в тросовой проводке к рулям все детали будут из композита или керамики. При этом для повышения аэродинамического качества следует выбрать компоновку с минимальной продольной устойчивостью - так, чтобы задние стабилизаторы создавали существенную подъемную силу.

Электродвигатель или электродвигатели (для надежности и для симметричности их может быть два или более) и основной двигатель аппарата (турбовинтовой или цилиндровый) соединены с воздушным винтом особым способом - электродвигатель или электродвигатели через управляемую муфту (например, фрикционную), а основной двигатель - через управляемую или обгонную муфту (при этом ведомым диском может быть один и тот же диск для обеих муфт).

Для предупреждения нагрева электродвигателя он должен быть расположен впереди основного двигателя.

Для экранирования инфракрасного излучения воздухозаборника он может быть закрыт горизонтальными жалюзи, состоящими из профилей синусоиды в диапазоне 270-450 градусов, при условии, что направление синусоиды совпадает с направлением полета.

Есть еще один нюанс - конструкция электродвигателя такова, что он имеет возможность работать как электрогенератор.

Для компактного хранения крылья аппарата могут складываться, причем несимметрично: одно внизу как низкоплан, другое вверху как верхнеплан.

ВАРИАНТ 2. Важны не только радиолокационная и инфракрасная малозаметность, но не помешает иметь и малую визуальную и тепловизионную заметность.

Для этого данный аппарат, как обычно, имеет корпус, крыло и двигатель, но силовой набор корпуса аппарата выполнен из радиопрозрачного материала, обшивка, в том числе топливных баков, выполнена из прозрачной в видимом и/или инфракрасном диапазонах пленки, а все радионепрозрачные элементы аппарата закрыты кожухом стелс-формы, причем силовой набор корпуса и чехол стелс-формы имеют камуфляжную окраску, а выхлоп и воздушный поток системы охлаждения двигателя направлены вниз или вниз-назад и имеют теплоизолирующие продольные створки, имеющие возможность закрываться, а также аппарат имеет индикатор радиолокационного облучения и имеет электродвигатель или электродвигатели воздушного винта.

То есть такой аппарат при взгляде сверху будет почти невидим. Прозрачная пленка будет пропускать видимое и инфракрасное излучение местности, а малоразмерный камуфлированный кожух стелс-формы будет заметен только с ближнего расстояния.

Несмотря на это применять данные аппараты желательно только ночью.

У пленки, правда, есть свой недостаток - она блестит на солнце.

СПОСОБ РАБОТЫ АППАРАТА. Работает аппарат по обоим вариантам так: поскольку он по сути - самолет, то, как и существующие крылатые ракеты, летит, используя крылья и огибая рельеф местности. Инфракрасное излучение двигателя направлено в основном вниз и становится незаметным с дистанции 200-300 метров.

Обнаружив мощное облучение радиолокатором противника, аппарат (его процессор) выключает основной двигатель, закрывает теплоизолирующие продольные створки, и включает электродвигатель (электродвигатели), отключив муфту основного двигателя и включив муфту электродвигателя. Электродвигатель при этом некоторое время работает без охлаждения (к.п.д. современных электродвигателей достигает 99%, и они почти не нагреваются). Пролетев заданное расстояние или заданное время, ракета открывает створки и с помощью этого же электродвигателя запускает основной двигатель ракеты (то есть электродвигатель работает как стартер), включив обе муфты. После запуска основного двигателя муфты остаются включенными, и электродвигатель начинает работать как электрогенератор, подзаряжая аккумулятор. Зарядив аккумулятор, аппарат отключает муфту электродвигателя и продолжает полет с помощью основного двигателя. Оптимальная мощность электродвигателя (электродвигателей) - около 20% от мощности основного двигателя.

Далее возможны два варианта. Либо аппарат перед целью включает все двигатели, а основной двигатель - на форсажный режим (для чего может иметься специальное форсажное топливо, например бензин с нитроглицерином), его скорость несколько увеличивается, и аппарат совершает полет по крутой спирали, чтобы избежать поражения зенитной артиллерией. Либо аппарат отключает основной двигатель, закрывает створки и включает электродвигатель, став бесшумным и инфракрасно невидимым. Но радиолокатор с такого близкого расстояния его, к сожалению, обнаружит.

1. Беспилотный летательный аппарат, содержащий корпус, крыло и двигатель, отличающийся тем, что корпус аппарата, в том числе баки для топлива, выполнен из радиопрозрачного материала, аппарат имеет воздушно-винтовой движитель, все радионепрозрачные элементы аппарата закрыты кожухом стелс-формы, причем аппарат имеет индикатор радиолокационного облучения, и имеет электродвигатель или электродвигатели воздушного винта, а выхлоп и воздушный поток системы охлаждения двигателя направлены вниз или вниз-назад, и имеет теплоизолирующие продольные створки выхлопа, имеющие возможность закрываться.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что стелс-форма имеет плоскую или состоящую из двух-трех продольных плоскостей, боковые из которых наклонены вбок, верхнюю поверхность и имеет овальную или граненую нижнюю поверхность в виде усеченной пирамиды, или усеченного конуса, или эллипсоида.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель или электродвигатели и основной двигатель аппарата соединены с воздушным винтом следующим способом - электродвигатель или электродвигатели - через управляемую муфту, например фрикционную, а основной двигатель - через управляемую или обгонную муфту.

4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что ведомым диском является один и тот же диск для обеих муфт.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что для экранирования инфракрасного излучения воздухозаборника он закрыт горизонтальными жалюзи, состоящими из профилей синусоиды в диапазоне 270-450 градусов, при условии, что направление синусоиды совпадает с направлением полета.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что конструкция электродвигателя такова, что он имеет возможность работать как электрогенератор.

7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что крылья аппарата складываются, причем несимметрично: одно внизу, другое вверху.

8. Беспилотный летательный аппарат, содержащий корпус, крыло и двигатель, отличающийся тем, что силовой набор корпуса аппарата выполнен из радиопрозрачного материала, обшивка, в том числе топливных баков, выполнена из прозрачной в видимом и/или инфракрасном диапазонах пленки, а все радионепрозрачные элементы аппарата закрыты кожухом стелс-формы, причем силовой набор корпуса и чехол стелс-формы имеют камуфляжную окраску, а выхлоп и воздушный поток системы охлаждения двигателя направлены вниз или вниз-назад и имеют теплоизолирующие продольные створки, имеющие возможность закрываться, а также аппарат имеет индикатор радиолокационного облучения и имеет электродвигатель или электродвигатели воздушного винта.

9. Способ работы беспилотного летательного аппарата, отличающийся тем, что, обнаружив облучение радиолокатором противника, аппарат выключает основной двигатель, закрывает теплоизолирующие продольные створки и включает электродвигатель (электродвигатели), отключив муфту основного двигателя и включив муфту электродвигателя или электродвигателей.