Безпілотний літальний апарат

Реферат: Запропоновано безпілотний літальний апарат, що включає фюзеляж із крилами й аеродинамічними органами керування, виконаними за схемою: руль керування, стабілізатор, щонайменше один двигун із гвинтом і навантаженням. При цьому апарат виконаний за аеродинамічною схемою "літаюче крило" з фюзеляжем прямокутної форми в плані, виконаним за схемою "безхвостка" із гвинтом, який штовхає, а також крилом з малим подовженням трапецієподібної форми, оснащеним двома кільовими шайбами, а органи керування мають два елевони, що визначає місце центра мас літального апарата попереду аеродинамічного фокуса крила. UA 99171 C2 (12) UA 99171 C2 UA 99171 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до авіаційної техніки й може бути використаний при розробці мікро- й мінібезпілотних літальних апаратів, які виконані за безфюзеляжною аеродинамічною схемою "літаюче крило". "Літаюче крило" - різновид схеми "безхвостка" із скороченим фюзеляжем, роль якого грає крило, яке несе всі агрегати й корисне навантаження. На даний час відомо декілька модифікацій таких літаків. Особливості їхньої конструкції визначаються областю застосування. Існують такі вимоги, яким повинні задовольняти всі малорозмірні безпілотні літальні апарати /БПЛА/ і при умові дотриманні яких можна говорити про універсальність такої конструкції: - простота обслуговування; - малий час підготовки до запуску; - зручність транспортування й зберігання; - можливість транспортування до місця старту без розбирання; - зліт і посадка на непідготовлених площадках; - політ в умовах високої турбулентності; - мала вартість; - великий коефіцієнт використання; - обмеження максимальної злітної ваги для забезпечення старту "з рук". При цьому конструкція повинна передбачати такі умови експлуатації: - середня швидкість вітру; - необхідна роздільна здатність фотознімків; - масогабаритні розміри, що дозволяють перевозити його в різних видах транспорту. Виходячи з вищеперелічених вимог й умов, БПЛА повинен мати розміри в зібраному стані, які не перевищують 1200x450x250 мм, вагу не більше 1-2 кг, радіус польоту до 5 км, час знаходження в повітрі не менш ніж 20 хв. Висота польоту до 500 м, польотну швидкість 15- 20 м/сек. Але на даний час ні у літературі, ні у практиці нам не відомий літак, який задовольняв би таким вимогам, хоча в історії авіації за схемою "літаюче крило" було побудовано декілька літальних апаратів, призначених для високодеталізованого аерофотознімання. Альтернативою їм може служити зйомка з супутника й аерогеодезія з використанням великої авіаційної техніки. Але крім високої вартості такі зйомки мають ще ряд практичних недоліків: одержання знімків лише плану місцевості й неможливість зйомки під хмарами. З безпілотного літаючого апарата (БПЛА) можна одержувати знімки в будь-якому ракурсі. Усі відомі безпілотні літальні апарати (БПЛА) різних модифікацій призначені для проведення аерозйомок у військових цілях. Використання наявних військових БПЛА для аерозйомок, наприклад, сільськогосподарських угідь, по-перше - дорого й економічно не вигідно, по-друге технічно не завжди здійснено саме в силу свого специфічного призначення. Для народного господарства потрібна схема й експлуатаційні властивості, які задовольняють декілька інших вимог і створення такого літального апарата вкрай актуальне: для оцінки результатів стихійних лих, для спостереження за станом електромереж, нафтопроводів, рухом на залізних й шосейних дорогах, для екологічного, хімічного моніторингу й інженерної та геологічної розвідки, стану посівів. У зв'язку з тим, що літаки цього типу призначені для проведення й одержання високоякісних аерофотознімків, основною вимогою для них (крім зазначених вище) є забезпечення стабільності положення над поверхнею об'єкта, що знімається, і наявність високочутливого дистанційного керування його маневреністю. Відомий безпілотний літальний апарат планерного типу з дистанційним управлінням виробництва Росії "БРАТ", який за кількості загальних конструктивних ознак, вибраний як прототип. "БРАТ" виконаний за стандартною аеродинамічною схемою літакового типу й має габарити 2000x1000х400 мм. Він містить вільнонесуче крило з тонким профілем та великим подовженням, споряджене аеродинамічними органами керування, вертикальним оперенням. Аеродинамічні властивості фюзеляжу, забезпечують велику крейсерську швидкість, аеродинамічні органи керування виконані за традиційною схемою: кермо керування, стабілізатор, органи керування розташовані на крилах. Щонайменше один двигун з повітряним гвинтом, який установлено у передній частині фюзеляжу. Літак здатний нести корисне навантаження до 0,25 кг. Використана конструктивна схема має такі недоліки: для транспортування літальний апарат розбирається на кілька частин; збирання в польових умовах для підготовки до вильоту вимагає додаткового часу й відповідної кваліфікації обслуговуючого персоналу. Використання крила великого розмаху з тонким несучим профілем, довгого фюзеляжу з розвиненим оперенням має ряд недоліків, що особливо сильно проявляються при експлуатації 1 UA 99171 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 в польових умовах. У більшості випадків для посадки необхідно використовувати ґрунтові дороги, що йдуть уздовж полів сільськогосподарського призначення та мають ширину 2-4 м. Лісозахисні смуги, лінії електропередач, водоводи й посіви сільськогосподарських культур, розташовані уздовж доріг, ще більше ускладнюють ситуацію: посадка відбувається в умовах високої турбулентності, яка створюється лісозахисними смугами й бічним напрямом вітру. Високі моменти інерції БПЛА за компонуванням, яке використане, ускладнюють керування (радіуси поворотів й ковзання при виправленні виникаючих кренів перевищують розміри допустимого посадочного коридору) у цьому випадку можливе зіткнення з деревами, чагарниками й сільськогосподарськими культурами, що ростуть по краях доріг. Усунути в польових умовах пошкодження тонкого крила, отримані при зіткненні, складно. Це знижує коефіцієнт використання БПЛА. Ці недоліки визначені наступними конструктивними особливостями: фюзеляж виконаний з довгою хвостовою балкою й вертикальним хвостовим оперенням, крило у розрізі має прямокутну форму з великим подовженням, наслідком чого стають планерні характеристики крила (піднімальна сила). Велике подовження крила також призводить до зниження стійкості апарата в польоті й погіршення умов транспортування, що у свою чергу призводить до збільшення необхідної посадкової площадки й зменшення швидкості зниження. Підвищена крейсерська швидкість, що досягається за рахунок аеродинамічних властивостей фюзеляжу, не дозволяє одержати необхідне перекриття кадрів, при проведенні панорамної зйомки, що викликає додаткові вимоги до комплексу фотоапаратури. В основу винаходу поставлена задача удосконалення БПЛА за рахунок забезпечення стабільності й стійкості його положення в просторі, мобільності, високої чутливості дистанційного керування його маневреністю й одержання якісних панорамних аерофотознімків наземних, у т. ч. сільськогосподарських об'єктів, зниження масогабаритних характеристик, спрощення конструкції та експлуатації, при економічній доступності як при виготовленні, так і при застосуванні. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому БПЛА, що включає фюзеляж із крилами та аеродинамічними органами керування, які виконані за традиційною схемою: рулі керування, стабілізатор, щонайменше один двигун з гвинтом і корисним навантаженням, відповідно до винаходу літальний апарат виконано за аеродинамічною схемою "літаюче крило" з фюзеляжем прямокутної форми в розрізі, який виконано за схемою "безхвостка" з гвинтом, що штовхає, а також крилом трапецієподібної форми з малим подовженням і двома кільовими шайбами, а органи керування мають два елевони, що визначило місце центра мас літального апарата попереду аеродинамічного фокусу крила. На фіг. 1 представлено схему БПЛА, який заявляється, де 1 - корпус апарата, 2 - крила, 3 елевони, 4 - кильові шайби, 5 - регулятор швидкості, 6 - приймач радіосигналів, 7 акумуляторна батарея, 8 - фотоапарат, 9 - система стабілізації, 10 - електродвигун, 11 - гвинт. На фіг. 2 представлено загальний вид БПЛА. Апарат працює у такий спосіб: - запуск БПЛА проводиться з витягнутої руки різким ускорениям вперед з працюючим на 2/3 швидкості двигуном строго проти вітру. При цьому тримати БПЛА необхідно знизу за корпус апарата (1) в районі центру ваги, саме там де встановлено фотоапарат (8); - з огляду на те, що БПЛА призначено для зйомки земної поверхні, після в зльоту здійснюється набір висоти від 100 до 500 м (залежно від виду зйомки та необхідності деталізації знімку); - при цьому керування БПЛА здійснюється за допомогою органів управління - елевонами (3). Після інтенсивного набору висоти (кут атаки крила від 15 до 25 градусів) літальний апарат (ЛА) направляється до зони зйомки за керуванням або пілотом (ручне керування), або автоматично (за керуванням автопілотом). Після виходу до зони зйомки ЛА починає її обліт. Протягом всього польоту фотоапарат проводить серії знімків (до 5 кадрів на секунду), що дозволяє проводити перекриття знімків для їх подальшої обробки. Плановість зйомки досягається за рахунок використання системи стабілізації, яка дозволяє ЛА триматися у горизонтальній площині, запобігаючи обертанню та пікетуванню апарата. Після зйомки апарат повертається до точки старту для проведення посадки; - посадка також проводиться строго проти вітру з працюючим на 1/2-1/3 швидкості двигуні. Відмітні ознаки перебувають у причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом, що досягається й полягають в наступному. Виготовлення фюзеляжу у вигляді "коробки" прямокутного перерізу без хвостової балки й хвостового оперення дозволяє збільшити надійність при експлуатації, збільшити ремонтопридатність й знизити вартість виготовлення. Таке виконання фюзеляжу дозволяє 2 UA 99171 C2 5 10 15 збільшити лобовий опір, тобто зменшити крейсерську швидкість, що дає можливість виконувати аерофотознімання за заданими параметрами і на малій швидкості. Одне з істотних вимог до транспортування БПЛА вирішується за рахунок виконання крила трапецієподібної форми з малим подовженням. Крім того, це дозволяє забезпечити більшу швидкість зниження й спрощує вимоги до майданчика посадки. А наявність кільових шайб забезпечує путьову стійкість, що стабілізує положення фотоапарата в горизонтальній площині для виконання якісної зйомки. Органи керування у вигляді двох елевонів виконані з можливістю зміни положення в різних площинах, що розширює їх функції як засобів керування й збільшує технологічність апарата. Зазначений технічний результат забезпечує відповідність літального апарата, що заявляється, всім вимогам до літаків цього класу, викладеним вище. Наслідком цього факту є його економічні переваги. У процесі вивчення патентної й технічної літератури автори не виявили пристроїв з таким сполучення істотних ознак і відповідним технічним результатом. Промислова придатність апарата, що заявляється, підтверджена виготовленим автором й застосованим на практиці екземпляром літального апарата з характеристиками, викладеними у вимогах до них. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Безпілотний літальний апарат, що включає фюзеляж із крилами й аеродинамічними органами керування, виконаними за схемою: руль керування, стабілізатор, щонайменше один двигун із гвинтом і навантаженням, який відрізняється тим, що виконаний за аеродинамічною схемою "літаюче крило" з фюзеляжем прямокутної форми в плані, виконаним за схемою "безхвостка" із гвинтом, який штовхає, а також крилом з малим подовженням трапецієподібної форми, оснащеним двома кільовими шайбами, а органи керування мають два елевони, що визначає місце центра мас літального апарата попереду аеродинамічного фокуса крила. 3 UA 99171 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4