Беспилотный летательный аппарат
Владельцы патента RU 2726511:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" (RU)
Изобретение относится к области авиации. Беспилотный летательный аппарат содержит крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, выполненные в виде вертикального оперения и размещенного на опоре переднего горизонтального оперения, силовую установку, оснащенную двигателем и воздушным винтом. Крыло выполнено дискообразным, переднее горизонтальное оперение выполнено в виде двух идентичных дисков, расположенных над осью вращения воздушного винта на расстоянии, превышающем половину диаметра воздушного винта. Вертикальное оперение размещено в хвостовой части дискообразного крыла, в которой установлено дополнительное горизонтальное оперение с обеспечением возможности обдува воздушным винтом со стороны верхней поверхности крыла и со стороны нижней поверхности крыла. Изобретение направлено на поддержание стабильных условий обтекания крыла потоком воздуха при больших углах атаки и при воздействии сильного бокового ветра. 3 ил.
Изобретение относится к области авиации, в частности к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и может быть использовано при разработке конструкций БПЛА короткого взлета и посадки с применением аэродинамической схемы «летающее крыло», которые могут найти широкое применение при мониторинге объектов на суше и море, грузоперевозках, разведке, поиске, чрезвычайных ситуациях для обеспечения эффективного управления и получения оперативной информации.
Известен беспилотный летательный аппарат, содержащий крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», силовую установку, включающую двигатель с воздушным винтом, и органы управления (RU 107126, 2011).
Недостатком известного устройства является относительно низкая надежность при осложненных условиях эксплуатации, например, порывах бокового ветра и больших углах атаки.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является беспилотный летательный аппарат, содержащий крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, оснащенные вертикальным оперением и размещенным на опоре передним горизонтальным оперением, силовую установку, оснащенную двигателем и воздушным винтом (RU 2606216, 2017).
Недостатком указанного устройства является относительно низкая надежность при осложненных условиях эксплуатации, например, при порывах бокового ветра и при частичном или полном отключении электроники, что может спровоцировать переход в штопор и пикирование с последующей потерей дорогостоящего бортового оборудования.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности беспилотного летательного аппарата и сохранение его управляемости при осложненных условиях эксплуатации, в том числе при сильном боковом ветре или при сбоях в работе систем радиоуправления за счет исключения переходов в штопор или в пикирование.
Указанная проблема решается тем, что беспилотный летательный аппарат содержит крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, выполненные в виде вертикального оперения и размещенного на опоре переднего горизонтального оперения, силовую установку, оснащенную двигателем и воздушным винтом, согласно изобретению, крыло выполнено дискообразным, переднее горизонтальное оперение выполнено в виде двух идентичных дисков, расположенных над осью вращения воздушного винта на расстоянии, превышающем половину диаметра воздушного винта, а вертикальное оперение размещено в хвостовой части дискообразного крыла, в которой установлено дополнительное горизонтальное оперение с обеспечением возможности обдува воздушным винтом со стороны верхней поверхности крыла и со стороны нижней поверхности крыла.
Достигаемый технический результат заключается в поддержании стабильных условий обтекания крыла потоком воздуха при больших углах атаки и при воздействии сильного бокового ветра, а также в обеспечении условий для устойчивого парашютирования летательного аппарата при нарушениях в системе управления по каналам радиосвязи.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлено схематическое изображение общего вида беспилотного летательного аппарата, на фиг. 2 - показан вид сбоку, на фиг. 3 - местный вид переднего горизонтального оперения.
Беспилотный летательный аппарат (фиг. 1, 2) содержит дискообразное крыло 1, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, оснащенные вертикальным оперением 2 и размещенным на опоре 3 передним горизонтальным оперением, силовую установку, оснащенную двигателем 4 и воздушным винтом 5. Крыло 1 выполнено дискообразным. Диски 6 переднего горизонтального оперения, расположены над осью вращения 7 воздушного винта 5 на расстоянии, обозначенного позицией 8, превышающем половину диаметра воздушного винта 5. Вертикальное оперение 2 размещено в хвостовой части дискообразного крыла 1. При этом в хвостовой части дискообразного крыла 1 установлено дополнительное горизонтальное оперение 9 с обеспечением возможности обдува воздушным винтом 5 со стороны верхней поверхности крыла 1 и со стороны нижней поверхности крыла 1.
На фиг. 3 показан местный вид переднего горизонтального оперения, где его диски 6 совмещены с поворотной осью 10, установленной в шарнирном узле 11, который закреплен на опоре 3.
Беспилотный летательный аппарат работает следующим образом.
Взлет беспилотного летательного аппарата осуществляется на взлетном режиме двигателя 4. При наборе высоты диски 6 переднего горизонтального оперения, размещенные вне зоны обдува воздушным винтом 5, отклоняются вниз, тем самым направляя набегающий воздушный поток на верхнюю поверхность крыла 1, что создает дополнительную подъемную силу, действующую как на дискообразное крыло 1, так и на переднее горизонтальное оперение.
На малой скорости полета при порывах ветра беспилотный летательный аппарат сохраняет управляемость за счет обеспечения обдува воздушным винтом 5 верхней и нижней поверхности крыла 1, заднего горизонтального оперения 9 и заднего вертикального оперения 2.
Кроме того, расположение дисков 6 переднего горизонтального оперения, находящихся вне области влияния потока воздуха от воздушного винта 5, т.е. над осью вращения 7 воздушного винта 5 на расстоянии 8, превышающем половину его диаметра, обеспечивает сохранение управляемости беспилотного летательного аппарата при осложненных условиях эксплуатации.
Посадка беспилотного летательного аппарата осуществляется на малых оборотах двигателя 4, при этом диски 6 ПГО отклоняются вверх, тем самым уменьшая подъемную силу, действующую на беспилотный летательный аппарат, что приводит к переводу дискообразного крыла 1 в угол планирования, в результате, чего происходит снижение БПЛА.
При приближении беспилотного летательного аппарата к посадочной поверхности диски 6 ПГО отклоняются вниз, а между дискообразным крылом 1 и посадочной поверхностью образуется воздушная подушка, которая дополнительно поддерживает БПЛА в воздухе. Этот эффект уменьшает посадочную скорость и обеспечивает плавную посадку при коротком посадочном пути.
За счет применения дискообразной формы крыла и за счет дисков переднего горизонтального оперения предотвращается срыв потока с крыла при углах атаки до 45 градусов. При этом обеспечивается сохранение управляемости летательного аппарата. Также повышается надежность беспилотного летательного аппарата при осложненных условиях эксплуатации, в том числе при сильном боковом ветре или при сбоях в работе систем радиоуправления за счет исключения переходов в штопор или в пикирование. Известно, что дискообразное крыло исключает попадание в штопор с пикированием и способно обеспечить режим парашютирования на малой скорости даже при отключении бортовой радиоаппаратуры. Дискообразное крыло в сочетании с передним горизонтальным оперением в виде двух идентичных дисков придает повышенную устойчивость аэродинамической системе БПЛА в осложненных условиях эксплуатации, что эквивалентно системе из трех однотипных опорных аэродинамических поверхностей.
В ходе экспериментальных исследований установлено, что оптимальное соотношение диаметров дисков 6 переднего горизонтального оперения и диаметра дискообразного крыла 1 составляет: от 0,18 до 0,26.
С использованием заявляемого технического решения обеспечивается повышенная аэродинамическая устойчивость БПЛА за счет использования переднего горизонтального оперения в виде двух идентичных дисков и дискообразной формы крыла, в том числе в осложненных условиях эксплуатации, при любом направлении и интенсивности ветра и при больших углах атаки, или при частичном или полном отключении электроники с сохранением возможности для плавного парашютирования с посадкой на малой скорости и без повреждения дорогостоящего бортового оборудования.
Беспилотный летательный аппарат, содержащий крыло, выполненное по аэродинамической схеме «летающее крыло», органы управления, выполненные в виде вертикального оперения и размещенного на опоре переднего горизонтального оперения, силовую установку, оснащенную двигателем и воздушным винтом, отличающийся тем, что крыло выполнено дискообразным, переднее горизонтальное оперение выполнено в виде двух идентичных дисков, расположенных над осью вращения воздушного винта на расстоянии, превышающем половину диаметра воздушного винта, а вертикальное оперение размещено в хвостовой части дискообразного крыла, в которой установлено дополнительное горизонтальное оперение с обеспечением возможности обдува воздушным винтом со стороны верхней поверхности крыла и со стороны нижней поверхности крыла.
