Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой



Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой
Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой
Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой
Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой
Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой
H02J50/30 - Схемы или системы питания электросетей и распределения электрической энергии; системы накопления электрической энергии (схемы источников питания для устройств для измерения рентгеновского излучения, гамма-излучения, корпускулярного или космического излучения G01T 1/175; схемы электропитания, специально предназначенные для использования в электронных часах без движущихся частей G04G 19/00; для цифровых вычислительных машин G06F 1/18; для разрядных приборов H01J 37/248; схемы или устройства для преобразования электрической энергии, устройства для управления или регулирования таких схем или устройств H02M; взаимосвязанное управление несколькими электродвигателями, управление первичными двигатель-генераторными агрегатами H02P; управление высокочастотной энергией H03L;

Владельцы патента RU 2710035:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к способу беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата (БЛА) на другой. Для этого лазерным лучом с одного из БЛА облучают установленный на другом БЛА фотоприемник, который преобразует энергию этого лазерного луча в электрическую для зарядки аккумулятора и/или питания его бортового оборудования, при этом используют не менее двух размещенных цепью БЛА, на каждом из которых устанавливают фокусирующую оптическую систему, при прохождении через которую диаметр лазерного луча уменьшается. Обеспечивается увеличение дальности передачи энергии, повышение автономности и гибкости управления. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к способу беспроводной передачи энергии на беспилотный летательный аппарат.

Для повышения скрытности работы беспилотного летательного аппарата (БЛА) в условиях оптического и радиолокационного наблюдения уменьшают его размеры. Однако при этом длительность и, соответственно, дальность автономной работы БЛА сокращается. Требуется перелет к источнику энергии.

Для исключения перелета используют способы повышения дальности полета путем передачи энергии непосредственно на БЛА.

Известен способ передачи энергии на БЛА с помощью проводов [1]. Недостатком такого способа является повышение мощности двигателя. Причем при неизменной массе БЛА для компенсации массы проводов мощность двигателя должна увеличиваться с увеличением дальности и высоты полета.

Уменьшение мощности двигателя может быть достигнуто при использовании в качестве канала передачи энергии оптоволоконного кабеля [2]. Основным недостатком данного способа является ограничение дальности полета длиной кабеля.

Наиболее близким к заявляемому способу является беспроводной способ передачи энергии на БЛА, описанный в [3] и реализованный в серийных изделиях фирмы PowerLight (ранее - LaserMotive). Способ заключается в следующем. На земле формируют лазерный луч, облучают им установленный на БЛА фотоприемник. Фотоприемник преобразует энергию лазерного луча в электрическую, которая расходуется на зарядку аккумулятора или/и непосредственно питание двигателя и другого бортового оборудования.

Способ имеет следующие недостатки. Во-первых, вследствие рассеяния лазерного луча для повышения дальности полета БЛА требуется значительная мощность лазера. Во-вторых, рассеяние луча на больших дальностях требует значительной площади фотоприемника БЛА. В-третьих, для реализации описанного способа необходима прямая видимость между лазером и БЛА.

Целью изобретения является повышение дальности полета БЛА, питаемого от лазерного луча, при снижении мощности лазера и уменьшении площади фотоприемника, в том числе в условиях отсутствия прямой видимости между лазером и БЛА.

Технический результат заключается в повышении автономности и гибкости управления.

Указанный результат достигается тем, что используют множество БЛА (не менее двух). На каждом БЛА устанавливают фокусирующую оптическую систему, при прохождении через которую диаметр лазерного луча уменьшается. Множество БЛА размещают цепью таким образом, что они образуют канал передачи энергии. При этом для каждого БЛА в цепи, кроме последнего, возможно как наведение луча на фотоприемник для использования энергии луча для подзарядки, так и наведение луча на фокусирующую систему для передачи энергии далее.

Последний в цепи БЛА для упрощения и удешевления конструкции может не иметь фокусирующей системы. Для экономии энергии первые в цепи БЛА могут не иметь фотоприемника, а использовать другие источники энергии. Близкое размещение фотоприемника и фокусирующей оптической системы на БЛА при достаточном удалении позволяет ориентировать пятно лазерного луча одновременно на фотоприемнике (для питания БЛА) и оптической системе (для передачи энергии далее). Либо фокусирующая оптическая система отводит (отражает) часть энергии на фотоприемник. Фотоприемник может быть конструктивно совмещен с фокусирующей оптической системой. Для контроля прохождения луча беспилотные летательные аппараты формируют сигналы обратной связи.

В предложенном способе передачи энергии с помощью множества БЛА за счет периодической фокусировки лазерного луча обеспечивается его меньшее рассеивание. Этим достигаются более высокая дальность передачи энергии и возможность уменьшения площади фотоприемника на каждом БЛА. При наличии препятствий в условиях отсутствия прямой видимости между лазером и БЛА способ позволяет реализовать передачу энергии по криволинейной траектории (фиг.).

На фигуре представлен пример огибания лазерным лучом препятствий, реализуемый предложенным способом.

Сущность изобретения заключается в следующем. Множество БЛА с размещенными на них фокусирующими системами образуют цепь, по которой передается энергия лазерного луча. Для передачи энергии по цепи лазер наводит луч на фокусирующую систему БЛА, находящегося первым в цепочке. БЛА ориентирует фокусирующую систему относительно луча так, чтобы энергетический максимум луча оказался в ее центре. Для этого фокусирующая система, выполненная в виде системы линз и зеркал, на входе по краям оборудована фотодатчиками. Далее БЛА ориентирует зеркала фокусирующей системы так, чтобы перенаправить луч в сторону второго в цепи БЛА. Второй БЛА при облучении лазером ориентирует фокусирующую систему в направлении следующего БЛА и так далее до последнего БЛА. Последний БЛА наводит на лазерный луч фотоприемник.

Для возможности первичного наведения лазерного луча на БЛА на этапе его захвата возможно формирование широкого луча. Факт отсутствия луча или его захвата сообщается на источник излучения по обратной связи, реализованной по радиоканалу. Оптимальное расположение множества БЛА достигается также путем информационного обмена по радиоканалу.

Дальность полета БЛА, расположенного последним в цепи, зависит от подводимой к нему мощности. В свою очередь, подводимая мощность РВХ определяется, исходя из выходной мощности лазера РЛ, затухания в атмосфере Lатм на каждом отрезке пути лазерного луча (всего k отрезков), затухания при прохождении через фокусирующую систему Lфс и потерь в фотоприемнике Lфп:

Из выражения (1) можно определить количество отрезков пути лазерного луча k. Количество БЛА на один больше k.

Для осуществления изобретения могут быть использованы узлы и материалы, аналогичные использованным в изделиях фирмы PowerLight. Дополнительно используется фокусирующая система, построенная на принципах геометрической оптики и включающая в себя одну и более линзы.

Расчет размеров линз может быть выполнен по формулам геометрической оптики [4] для линз плоско-выпуклого и вогнуто-выпуклого типов:

При использовании двух линз и выборе в качестве материала линз кварцевого стекла с показателем преломления n=1,46 расчет по выражениям (2), (3) дает габаритные размеры фокусирующей системы не более 0,2 м × 0,05 м × 0,05 м. При этом масса фокусирующей системы составит приблизительно 0,05 кг, что позволяет беспрепятственно разместить ее на малогабаритном БЛА.

Система радиоуправления может быть построена на основе как исходного интерфейса управления БЛА, так и дополнительных радиопередающих устройств.

Источники информации

1. Патент РФ 2441809 С2 МПК В64С 39/02. Способ управления беспилотным привязным летательным аппаратом и беспилотный авиационный комплекс.

2. Патент WO 2013052178 A3 МПК G01C 3/08. An aerial platform system, and related methods.

3. Патент US 20170047790 A1 МПК H02J 50/30. Energy efficient vehicle with integrated power beaming.

4. Ходгсон H., Вебер X. Лазерные резонаторы и распространение пучков. Основы понятия и прикладные аспекты / пер. с англ. к.ф.-м.н. С.А. Борзиловского; под науч. ред. С.Г. Струц. - М.: ДМК Пресс, 2017. - 744 с.

Способ беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата (БЛА) на другой, в котором лазерным лучом с одного из БЛА облучают установленный на другом БЛА фотоприемник, который преобразует энергию этого лазерного луча в электрическую для зарядки аккумулятора и/или питания его бортового оборудования, отличающийся тем, что для увеличения дальности полета БЛА используют не менее двух БЛА, на каждом из которых устанавливают фокусирующую оптическую систему, при прохождении через которую диаметр лазерного луча уменьшается, причем вышеуказанные БЛА размещают цепью таким образом, что они образуют канал передачи энергии каждый между собой и для каждого БЛА аппарата возможно наведение луча на фотоприемник для использования энергии луча для подзарядки и наведение луча на фокусирующую систему для передачи энергии далее.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к системе генерирования ветровой электроэнергии с использованием струйного течения. Система генерирования ветровой электроэнергии реализована для включения в себя летательного аппарата, выполненного с возможностью выработки электроэнергии посредством генерирования ветровой электроэнергии, плавая в воздухе и летая автономно без лебедки, и выполненного с возможностью передачи выработанной электроэнергии на землю, и земного узла приема, выполненного с возможностью получать сигнал электроэнергии, передаваемый с летательного аппарата, и преобразовывать сигнал электроэнергии в электричество, в которой летательный аппарат входит в место генерирования электроэнергии или выходит из места генерирования электроэнергии посредством регулирования плавучести, летательный аппарат вырабатывает электроэнергию посредством генерирования ветровой электроэнергии, оставаясь в верхней части тропосферы или поблизости от стратосферы, где генерируется струйное течение, и летательный аппарат включает в себя пропеллер, выполненный с возможностью вращаться в одном направлении по причине струйного течения, генератор электроэнергии, выполненный с возможностью выработки электроэнергии путем преобразования механической энергии, по причине вращательного усилия пропеллера, в электрическую энергию, узел управления генерированием электроэнергии, выполненный с возможностью управления входом или выходом в или из места генерирования электроэнергии, узел регулирования плавучести, выполненный с возможностью увеличения или уменьшения плавучести в соответствии с управлением узлом управления генерированием электроэнергии, узел преобразования лазера, выполненный с возможностью преобразования электроэнергии, выработанной генератором электроэнергии, в лазер, и узел излучения лазера, выполненный с возможностью передачи лазера, преобразованного узлом преобразования лазера, на землю.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в улучшении производительности системы беспроводного переноса питания.

Использование: в области электротехники для беспроводной передачи электрической энергии высокой частоты. Технический результат - упрощение конструкции элементов системы беспроводной передачи энергии, уменьшение непроизводительных потерь энергии, обусловленных ее излучением в свободное пространство, и теряемой в подводящих фидерах и элементах конструкции генерирующих устройств, а также снижение вредного влияния энергии излучаемых высокочастотных колебаний на человека и другие биологические объекты, находящиеся в зоне действия системы беспроводной передачи энергии.

Группа изобретений относится к индуктивной зарядке аккумулятора транспортного средства. Система бесконтактной подачи мощности, которая подает электрическую мощность бесконтактным способом из множества катушек для передачи мощности, расположенных на дороге, в катушку для приема мощности, смонтированную на транспортном средстве, движущемся по дороге, содержит первый модуль оценки и модуль указания.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к способам и устройствам беспроводной передачи электрической энергии с применением резонансных полуволновых технологий между стационарными объектами, а также между стационарными питающими устройствами и мобильными агрегатами, принимающими электроэнергию.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для обеспечения гарантированного беспроводного питания и зарядки мобильных робототехнических комплексов и платформ.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности беспроводной передачи мощности.

Группа изобретений относится к электрическим схемам транспортных средств. Бортовая сеть для автомобиля, в частности для грузового автомобиля, содержит первую частичную сеть, в которой приложено первое номинальное напряжение, содержащую первый накопитель энергии и первый нагрузочный резистор, образованный несколькими потребителями, и вторую частичную сеть, в которой приложено второе номинальное напряжение, содержащую генератор и второй накопитель энергии.

Изобретение относится к области беспроводной передачи мощности, в частности к индуктивной передаче мощности. Предложен передатчик мощности для индуктивной передачи мощности на приемник мощности, причем передатчик мощности содержит резонансный контур, содержащий катушку передатчика для генерирования сигнала передачи мощности.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности точного совмещения передающей и приемной катушек индуктивности без переключения реле во время совмещения.

Изобретение относится к транспортным системам. Компьютер и способ смены полосы движения для транспортного средства содержат этапы, на которых оценивают запрошенную смену полосы движения транспортного средства на основании радиуса изгиба текущей полосы движения главного транспортного средства и по меньшей мере одного из ограничения движения транспорта, включающего в себя запрет смены полосы движения, погодного условия и условия наружного освещения и приводят в действие компоненты транспортного средства для выполнения смены полосы движения после определения, что оценка является меньшей, чем предопределенное пороговое значение.

Изобретение относится к управлению положением в пространстве робота. Система определения препятствий движению робота содержит ультразвуковые и инфракрасные датчики, установленные вдоль наружной поверхности робота.

Изобретение относится к способу обследования закрытых подземных выработок с применением беспилотных летательных аппаратов. Для этого для получения разведовательной информации используют не менее трех беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), оснащенных полезной нагрузкой для проведения обследований.

Изобретение относится к способу автоматического управления продольным движением летательного аппарата (ЛА). Способ состоим в том, что используют управляющие сигналы, поступающие с датчиков системы измерения параметров полета в вычислительную систему автоматического управления полетом, в которой формируются управляющие сигналы на привод руля высоты таким образом, чтобы обеспечить автоматическую посадку летательного аппарата с заданной высоты снижения до точки плавного касания взлетно-посадочной полосы по кривой быстрейшего спуска - нисходящей ветви брахистохроны, координаты которой вводят в бортовую цифровую вычислительную машину перед подготовкой ЛА к вылету.

Изобретение относится к способу управления беспилотным планирующим летательным аппаратом (БПЛА). Для управления БПЛА формулируют и решают в каждом цикле наведения краевую задачу наведения БПЛА на каждую опорную точку траектории в сопровождающей системе координат с началом на текущем радиус-векторе центра масс БПЛА на высоте, равной высоте следующей опорной точки траектории, при сближении с точкой наведения до расстояния, при котором можно осуществлять разворот в новое направление движения формулируют и решают краевую задачу в прямоугольной целевой системе координат с началом в точке наведения, горизонтально расположенные оси которой в каждом цикле наведения по определенному алгоритму разворачивают в горизонтальной плоскости на малые углы вплоть до окончания разворота траектории БПЛА в направлении движения на очередную опорную точку.

Группа изобретений относится к созданию планировки комнаты. Способ черчения планировки комнаты заключается в следующем.

Изобретение относится к способу управления самолетом комбинированной схемы. Для управления самолетом в систему управления передают сигнал от отклонения рычага управления по тангажу и сигналы по параметрам движения, в системе управления формируют определенным образом управляющие сигналы на переднее и заднее горизонтальное оперение.

Обнаруживают и отслеживают признаки в рамках данных дальности из датчиков. Рассчитывают параметры отслеживания для каждого из признаков, при этом параметры отслеживания содержат срок отслеживания и согласованность обнаружения или переменность позиции.

Изобретение относится к профилированию дорожного полотна автогрейдером. Техническим результатом является повышение точности геометрических параметров возводимого полотна.

Изобретение относится к способу наведения летательного аппарата на источник разового излучения. Способ заключается в том, что определяют курсовой угол при пеленговании на источник излучения, выстраивают прямую линию заданного пути через точку пеленгования в направлении на источник, выводят летательный аппарат на линию заданного пути, а в случае если курсовой угол больше заданного, осуществляют разворот летательного аппарата по окружности с минимально возможным радиусом в противоположную сторону от источника разового излучения и выводят летательный аппарат на линию заданного пути с нулевым курсом на источник излучения по кратчайшему маршруту.

Изобретение относится к области авиации, в частности к авиационным системам передачи информации с помощью летательных аппаратов. Привязной коптер содержит каркас с размещенными на нем электродвигателями с автоматами перекоса винтов, системой управления с гироскопом и радиоэлектронной аппаратурой, гибкую тягу в виде силового, энергетического и информационного кабеля.

Изобретение относится к способу беспроводной передачи энергии с одного беспилотного летательного аппарата на другой. Для этого лазерным лучом с одного из БЛА облучают установленный на другом БЛА фотоприемник, который преобразует энергию этого лазерного луча в электрическую для зарядки аккумулятора иили питания его бортового оборудования, при этом используют не менее двух размещенных цепью БЛА, на каждом из которых устанавливают фокусирующую оптическую систему, при прохождении через которую диаметр лазерного луча уменьшается. Обеспечивается увеличение дальности передачи энергии, повышение автономности и гибкости управления. 1 ил.

Наверх