Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії

Реферат: UA 120078 U UA 120078 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до авіаційної техніки, зокрема безпілотних літальних апаратів. Відомий літальний апарат на сонячній енергії має класичну аеродинамічну схему та складається з фюзеляжу, крила, силової установки, оперення, шасі. На крилі і оперенні встановлені сонячні батареї, з'єднані з акумуляторами і двигунами [1]. Недоліком даного аналогу є те, що для забезпечення необхідної площі під установку сонячних елементів в літаках класичної схеми збільшують розмах крила або збільшують хорду крила в порівнянні з аналогічними літаками без сонячних елементів, що призводить до збільшення маси крила або до зменшення його жорсткості. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого технічного рішення є літальний апарат, що складається з двох крил - переднього і заднього, рознесених по довжині і висоті, системи керування по крену, встановленої на задньому крилі, системи керування по тангажу, встановленої на передньому крилі, силової установки, розміщеної позаду переднього крила, сонячних елементів, розміщених на верхній поверхні обох крил [2]. Недоліком даного літального апарата є те, що рознесення крил по довжині реалізовано за допомогою двох балок, а рознесення по довжині - шляхом фіксації заднього крила на вертикальних аеродинамічних поверхнях (кілях). Дане рішення ускладнює конструкцію, сприяє неефективному використанню маси конструкції, знижує жорсткість та міцність конструктивносилової схеми планера літака. Розміщення заднього крила вище переднього може спричинити, на певних режимах польоту (зліт, набір висоти), затінення заднього крила повітряним струменем, відкинутим від переднього крила, значно знизити ефективність органів керування по крену та зменшити значення підйомної сили на задньому крилі. Відсутність органів керування по курсу не дозволяє змінювати напрям польоту без втрати висоти або приросту тяги. В основу корисної моделі поставлена задача створення компактного, придатного до легкого транспортування безпілотного літального апарата з високою масовою ефективністю, низькими аеродинамічними втратами та достатньою площею крил для розміщення сонячних елементів, енергія яких буде забезпечувати тривалий політ безпілотного літака. Поставлена задача вирішується тим, що літак має: два крила - переднє і заднє, які рознесені по довжині та висоті, переднє крило розміщується вище заднього; фюзеляж зручної обтічної Zподібної в профіль форми, що з'єднує переднє та заднє крило; вертикальне оперення, розміщене в хвостовій частині фюзеляжу над заднім крилом; систему керування по крену та по тангажу, встановлену на передньому крилі; систему керування по курсу, розміщену на вертикальному оперенні; силову установку, розміщену попереду переднього крила в носовій частині фюзеляжу, сонячні елементи, розміщені на верхній поверхні обох крил. Оскільки одним з найвпливовіших факторів, що впливає на характер деформацій крила та сонячних елементів, є момент згину, то його мінімізація за рахунок конструктивних рішень сприятиме підвищенню масової ефективності літального апарата та підвищенню надійності сонячних елементів. Зменшення розмаху крил, за рахунок застосування розбиття на дві групи передню та задню, зменшує згинаючий момент, що діє на фюзеляж та крило. Застосування двох груп крил дозволяє зменшити транспортні габарити. Використання одного балочного фюзеляжу сприяє підвищенню масової ефективності конструкції, зменшенню транспортних габаритів, підвищує жорсткість літака при збереженні сталої маси. Оскільки фюзеляж має значну лобову проекцію використання краплевидної моделі, при формуванні теоретичного контуру знижується лобовий опір агрегату. При встановленні на кінцях переднього та заднього крил кінцевих аеродинамічних поверхонь індуктивний опір крила знизиться, за рахунок зменшення індуктивних вихорів, що зриваються з кінців крила, та підвищиться шляхова стійкість літака, існує можливість відмовитися від вертикального оперення. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1, 2, 3 - безпілотний літальний апарат (а - вигляд зверху, б - вигляд спереду, в вигляд збоку). На фіг. 4, 5, 6 - безпілотний літальний апарат з кінцевими аеродинамічними поверхнями (а вигляд зверху, б - вигляд спереду, в - вигляд збоку). Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії складається: з фюзеляжу 1 (фіг. 1, 2, 3), переднього крила 2, заднього крила 3, силової установки 4; системи керування по крену та тангажу 5, вертикального оперення6, системи керування по курсу 7, кінцеві аеродинамічні поверхні 8 (фіг. 4, 5, 6). Запропонована корисна модель працює наступним чином. Комплект запропонованого літального апарата доставляється до місця старту в заплічних контейнерах або будь-яким транспортом у вигляді, придатному до швидкого розгортання та приведення в робочий стан. Для запуску/посадки запропонований літальний апарат не потребує злітної площадки, достатньо не мати видимих перешкод в напрямку запуску, на відстані до 50 1 UA 120078 U 5 10 15 20 25 м. Запуск здійснюється кидком літального апарата рукою. Для здійснення польоту, збирання та розбирання запропонованого літального апарата достатньо однієї особи обслуговуючого персоналу. Збирання безпілотного літального апарата до польотного стану відбувається наступним чином. Консолі переднього та заднього крила закріплюють до фюзеляжу. Консолі крила з'єднують з фюзеляжем за допомогою штирового трубчастого з'єднання, одночасно відбувається збирання сонячної енергоустановки. Усі роз'ємні елементи конструкції апарата фіксують за допомогою швидкороз'ємного кріплення. Встановлюють корисне навантаження (до 0,5 кг), склад якого може варіюватись в залежності від поставлених задач. Проводять загальні тести систем та перевірку літального апарата на предмет можливості виконання польотного завдання. Вмикають систему керування. Літальний апарат виконує політ у відповідності з польотним планом. Посадка літального апарата здійснюється на корпус або на парашуті. Практичні випробування запропонованої корисної моделі. Випробування прототипу запропонованого безпілотного літака показали, що він має малі транспортні габарити, розмішується в "транспортному контейнері 1,5×0,5×0,5 м має достатню стійкість та керованість на швидкостях від 30 до 60 км/год. та висотах польоту 0-200 м, забезпечує необхідну вантажопідйомність. Випробування запропонованої корисної моделі проводиться за наступних метеорологічних умов: швидкість вітру 2-5 м/с, температурі повітря 10 °C. Апарат був піднятий в повітря пілотом-оператором з землі по каналу радіокерування, затим літальний апарат перейшов на політ в автоматичному режимі і виконав впродовж 30 хв. політ за зазначеною програмою, виявляючи на усіх режимах польоту достатні пілотажні властивості. Час зборки апарата до польоту склав 20 хв. Час згортання до готовності до транспортування склав 5 хв. Запропонована схема безпілотного літального апарата на сонячній енергії дозволяє отримати малогабаритну конструкцію високою масовою ефективністю, низькими аеродинамічними втратами та достатньою площею крил для розміщення сонячних елементів, енергії яких буде забезпечувати тривалий політ безпілотного літака. 30 Джерела інформації: 1. Патент US № 7762495 "Solar powered aerial vehicle", МПК В64С 1/00 опубл. 27.07.2010. 2. Патент UA № 101378 "Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії", МПК В64С 39/08, опубл. 10.09.2015. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Безпілотний літальний апарат на сонячній енергії, що містить фюзеляж та електричну силову установку, крила з сонячними елементами, рознесеними по довжині та висоті, та систему керування, який відрізняється тим, що переднє крило розміщене вище заднього; фюзеляж зручної обтічної Z-подібної в профіль форми, що з'єднує переднє та заднє крило; вертикальне оперення розміщене в хвостовій частині фюзеляжу над заднім крилом; систему керування по крену та по тангажу встановлено на передньому крилі; систему керування по курсу розміщено на вертикальному оперенні; силову установку розміщено попереду переднього крила в носовій частині фюзеляжу, сонячні елементи розміщено на верхній поверхні обох крил. 2. Безпілотний літальний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що на кінцях крила встановлені кінцеві аеродинамічні поверхні, вертикальне оперення відсутнє. 2 UA 120078 U 3 UA 120078 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4