Безпілотне повітряне судно для перевезення малогабаритних вантажів

Реферат: Безпілотне повітряне судно (БПС) для перевезень невеликих (малогабаритних) вантажів містить фюзеляж, крила, хвостове оперення, шасі, силову установку на базі поршневого двигуна внутрішнього згорання і повітряним гвинтом, причому крило має товстий профіль і оснащене механізацією у вигляді закрилка та флаперона, а хвостове оперення виконане Vподібним. Фюзеляж виконаний подовженим з внутрішнім розміщенням контейнера, який захищає вантаж. В окремому хвостовому відсіку розміщений парашут рятувального типу. Шасі містить дві основні опори з колесами та носову керовану опору з колесом, причому вказані колеса обладнані індивідуальними обтічниками. Система електроживлення містить два трифазних електрогенератори, які приводяться в рух від колінчастого вала двигуна, повітряний гвинт силової установки виконано трилопатевим. Зв'язок з БПС впродовж усього маршруту забезпечується за допомогою бортової супутникової системи. UA 119235 U (12) UA 119235 U UA 119235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до безпілотних повітряних суден (БПС) з двигунами внутрішнього згорання, що використовуються для тривалих польотів з метою оперативної доставки невеликих (малогабаритних) вантажів між населеними пунктами компаніями, які займаються поштовим сполученням та експрес-доставкою відправлень. На сьогодні БПС (БпЛА за військовим позначенням, ДСТУ В 7371:2013) здебільшого застосовуються для виконання робіт із спостереження, аерофотозйомки, відеозйомки тощо в інтересах військових. Незначна частина розробок присвячена перевезенням невеликих вантажів, зокрема піци, взуття тощо на незначні віддалі. Найчастіше з цією метою використовуються безпілотні багато-гвинтові вертольоти з електроприводом [1]. Проте вони мають обмежені технічні характеристики в частині швидкості, тривалості та співвідношення між корисним навантаженням та стартовою вагою. Оперативна комерційна доставка невеликих вантажів на великі відстані за допомогою БПС пов'язана з певними вимогами, зокрема застосуванням діючої сітки аеродромів (що не мають статусу аеропортів) і відповідно виконання зльотів/посадок по-літаковому, відносно високої крейсерської швидкості БПС на рівні 150-160 км/год., оснащення БПС відповідною системою дальнього зв'язку на маршруті, наявність на борту спеціального контейнера для невеликих (малогабаритних) вантажів, наявністю на борту рятувального парашута та іншими вимогами. Для цієї мети більше підходять БПС літакового типу, зокрема Mark 4,5 Aerosonde (USA), Mark 4,7 Aerosonde (USA) та Insiqht-Insitu (Boeing, USA) [2. - С. 175], які краще можуть виконувати зазначені функції Однак вони не мають шасі і не пристосовані до аеродромного старту, мають невисокі злітні характеристики із-за задньої силової установки, погано тримаються на маршруті із-за відсутності належних бокових площ фюзеляжу. Безпілотне повітряне судно Совra Rayteon UAV (USA) має шасі, генератор, тягнучу силову установку, але малий запас ходу, малопотужну силову установку, малий фюзеляж для контейнера для пошти і малу бокову площу фюзеляжу, що не дозволяє добре витримувати лінію заданого шляху на маршруті [2. - С. 176]. Відомий багатоваріантний безпілотний літальний апарат [3], що містить фюзеляж, крило з центропланом, хвостове оперення, силову установку з паливним баком, бортові системи і цільове навантаження. Фюзеляж безпілотного літального апарату і крило виконані набірними у вигляді окремих замінних модулів, фюзеляж має в носовому модулі оптико-електронну систему спостереження передньої півсфери, цільове навантаження розміщується в окремому змінному модулі, крило має змінні площини і центроплан, що забезпечує зміну стрілоподібності крила з поворотом площин щодо осі, що є одночасно каналом для заправної горловини паливного бака, що розміщується в центральному модулі, який забезпечує установку паливної ємності заданого об'єму. Недоліком даного технічного рішення є відсутність парашута, який потрібен в аварійній ситуації для рятування модуля з цільовим навантаженням. Крім цього недоліком є недостатній ККД силової установки із-за малопотужного двигуна та дволопатевого повітряного гвинта. Найближчим за технічними рішеннями до заявленої корисної моделі є безпілотний літальний апарат з підвищеною тривалістю польоту [4]. Безпілотний літальний апарат з тягнучим повітряним гвинтом та поршневим двигуном внутрішнього згорання має фюзеляж з окремим вертикальним та горизонтальним хвостовим оперенням, містить пряме немеханізоване крило з тонким аеродинамічним профілем малої відносної товщини. Крило має товстий профіль, у крила збільшене видовження і крило оснащене механізацією у вигляді закрилка та флаперону, у крилі застосовано закінцівки - крильця, що встановлені вверх і відхилені назад за потоком, між крилом та фюзеляжем виконані розвинуті жалюзі - переходи, а хвостове оперення безпілотного літального апарата виконане V-подібним. Основними недоліками вказаного безпілотного літального апарату є недостатній ККД силової установки через малу потужність двигуна та дволопатевого повітряного гвинта, відсутність колісного шасі для роботи на злітно-посадкових смугах (ЗПС), відсутність спеціального боксу (контейнера) для вантажу, відсутність засобів підзаряджання бортових батарей у польоті, а також обмежена до 80 км дальність телеметричного зв'язку через застосування однієї мобільної наземної станції керування. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити конструкцію безпілотного повітряного судна для підвищення його льотно-технічних характеристик, а саме таких: підвищення ККД силової установки, забезпечення БПС засобами зльоту/посадки на ЗПС з рівним твердим/трав'яним покриттям, контейнером для захисту невеликого (малогабаритного) вантажу, засобами підзаряджання бортових батарей у польоті та засобами неперервного телеметричного зв'язку з БПС впродовж всього маршруту. Поставлена задача вирішується тим, що запропоновано безпілотне повітряне судно (БПС) для перевезень невеликих (малогабаритних) вантажів, що містить фюзеляж, крила, хвостове 1 UA 119235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оперення, шасі, силову установку на базі поршневого двигуна внутрішнього згорання і повітряним гвинтом, причому крило має товстий профіль і оснащене механізацією у вигляді закрилка та флаперону, а хвостове оперення виконане V-подібним, в якому, згідно з корисною моделлю, фюзеляж виконаний подовженим з внутрішнім розміщенням контейнера, який захищає вантаж, в окремому хвостовому відсіку розміщений парашут рятувального типу, шасі містить дві основні опори з колесами та носову керовану опору з колесом, причому вказані колеса обладнані індивідуальними обтічниками, система електроживлення містить два трифазних електрогенератори, які приводяться в рух від колінчастого вала двигуна, повітряний гвинт силової установки виконано трилопатевим, а зв'язок з БПС впродовж усього маршруту забезпечується за допомогою бортової супутникової системи. Використання в запропонованому БПС ізольованого контейнера для вантажу (наприклад документів) забезпечує захист вантажу від навколишнього середовища та надає змогу доставки вантажу без пошкодження, а оснащення БПС парашутом рятувального типу унеможливлює втрату вантажу та самого БПС. Використання в системі електроживлення двох трифазних електрогенераторів, які приводяться в рух від колінчастого вала двигуна, забезпечує можливість підзарядження бортових батарей у польоті, що збільшує дальність польоту заявленої корисної моделі. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1. зображено безпілотне повітряне судно для перевезення невеликих (малогабаритних) вантажів (вид зверху), на Фіг. 2 безпілотне повітряне судно (вид спереду), а на Фіг. 3 - безпілотне повітряне судно (вид збоку). Безпілотне повітряне судно для перевезення невеликих (малогабаритних) вантажів (Фіг. 1-3) складається з крил 1, оснащених закрилками 2 та флаперонумів 3, які прикріплені до фюзеляжу 4. В свою чергу фюзеляж 4 опирається на триопорне шасі 5 з носовою керованою опорою 6. Колеса шасі обертаються на кулькових підшипниках. Для зниження шкідливого аеродинамічного опору передбачено індивідуальні обтічники 7 коліс. Фюзеляж 4 виконаний подовжено з внутрішнім розміщенням вантажного контейнера 8, який захищає вантаж, а у задній частині фюзеляжу 4 розташовано V-подібне хвостове оперення 9. У передній частині фюзеляжу розташована силова установка на базі поршневого двигуна внутрішнього згорання (не показано), який оснащений трилопатевим повітряним гвинтом 10. Силова установка містить поршневий одноциліндровий двигун (наприклад MVVS-50 IRS) з трилопатевими дерев'яним повітряним гвинтом постійного кроку. Двигун - бензиновий, карбюраторний, двотактний, повітряного охолодження. Двигун закріплений на штатній моторамі через чотири сайлент-блоки до силового шпангоута. Відсік двигуна у фюзеляжі відділений протипожежною перегородкою - шпангоутом. Запуск двигуна здійснюють від приставного електростартера. Паливо розміщується в фюзеляжі в двох баках, загальним об'ємом 8 л, з'єднаних паливопроводами. Паливна система оснащена протічним паливним фільтром. Заправляння паливних баків виконують за допомогою зовнішнього шестеренчастого електронасоса. На картері двигуна розташовано два електричних трифазних генератори 11, які приводяться в рух від колінчастого вала двигуна через дві незалежні пасові зубчасті передачі. Пристрій (модем) супутникового зв'язку 12 знаходиться на днищі фюзеляжу, а його антена 13 під переднім гаргротом. Контейнер 8, який захищає вантаж, поміщений у вантажному відсіку, що розташований посередині фюзеляжу безпілотного повітряного судна і закритий кришкою - гаргротом, що закріплена до фюзеляжу за допомогою гвинтів. Парашут 14 рятувального типу розташовано під заднім гаргротом у хвостовій частині фюзеляжу 4. Парашут використовують 12-ти стропний, з центральною стропою та гумовим амортизатором на підвісній частині. Витягування парашута відбувається заднім верхнім гаргротом, який скидається набігаючим потоком повітря. З метою усунення перетягування парашутом безпілотного повітряного судна по землі після виконання приземлення, підвісна система разом з парашутом автоматично відчіпляється від безпілотного повітряного судна. Система керування БПС складається з наземної станції керування і бортової системи керування, необхідних ефірних ліній контролю та зв'язку. Наприклад, може застосовуватися радіокомандно-телеметрична радіолінія 0,915ГГц. Бортова частина системи керування БПС забезпечує прийом керуючих сигналів, виконання команд всіма його органами керування, автоматичну стабілізацію його положення та підтримку навігаційних параметрів польоту, планування польоту за поворотними пунктами та збереження плану польоту, зміну плану польоту, автоматичне/напівавтоматичне виконання плану польоту, включення/відключення автопілота а також ручне/автоматичне включення системи "самоповертання на базу" та випуску парашуту. Керування БПС здійснюється в автоматичному, 2 UA 119235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 напівавтоматичному та ручному режимах. Основним режимом є автоматичний. Бортова частина системи керування БПС складається з необхідних датчиків, блоків отримання та обробки інформації, автопілота, прийомопередавачів ліній зв'язку та контролю, антенних пристроїв, а також сервоприводів рулів напрямку, руля висоти, флаперонів, закрилків, сервоприводу керування дроселем двигуна силової установки, сервоприводів керування випуском та відчеплення парашута. Електроживлення бортової системи керування БПС здійснюється від штатної бортової акумуляторної батареї та двох бортових електрогенераторів, що приводяться в рух від колінчастого вала двигуна. Розрахункова тривалість польоту БПС складає біля 7-ми годин з обсягом палива до 8 л. Максимальна стартова вага - 20 кг. Вага корисного навантаження (невеликого (малогабаритного) вантажу) до 4 кг, яке перевозиться в спеціальному вантажному контейнері. Дальність польоту на крейсерській швидкості складає 150 км/год. складає до 900 км. Запропонована корисна модель пояснюється одним з прикладів її використання для перевезення малогабаритних вантажів. Перед запуском БПС встановлюється вантаж у відповідний спеціальний відсік. Вантажний відсік розташований посередині фюзеляжу БПС і закритий кришкою - гаргротом, що закріплена до фюзеляжу за допомогою 6-ти гвинтів. За допомогою м'яких ручок рукою виймається спеціальний вантажний контейнер з ніші фюзеляжу; при наявності пломби контейнер розпломбовується шляхом видалення пломб із отворів спеціальних кронштейнів. Після зняття кришки з корпусу виймається корисний вантаж та на його місце встановлюється новий. У випадку, коли вантаж малий та існує загроза його переміщення поперек чи вздовж контейнера, потрібно його зафіксувати за допомогою дистанційних прокладок з пінопласту. Перед запуском БПС розміщується на початку злітно-посадкової смуги у напрямку проти вітру. Вмикається живлення пульта ручного керування, живлення БПС. Перевіряється з'єднання з бортом за допомогою телеметричного радіоканалу. Проводиться передзлітне калібрування інерціальної вимірювальної системи і датчика повітряної швидкості. Формується маршрут польоту БПС та завантажується маршрут польоту з ПК в автопілот БПС. Для злету отримується дозвіл. Після набирання висоти 100-120м, БПС має перейти до проходження першої контрольної точки. У процесі зльоту БПС на моніторі ПК оператором контролюються виконання основних параметрів, такі як: повітряна швидкість; кут тангажу; кут крену; наявність сигналу від системи GPS; наявність телеметричного зв'язку; наявність корисного відеосигналу (монітор). БПС здійснюється пробне коло для налаштування та перевірки усіх систем. Після успішного виконання БПС переводиться у режим з включенням автоматичного польоту. Основний тип посадки БПС - на штатне колісне шасі. Захід на посадку і власне посадка виконується в автоматичному режимі. Контроль навігаційних кутів, курсу та повітряної швидкості при цьому виконується виключно автопілотом, відповідно до попередньо заданих параметрів і плану маршруту. Запропоноване безпілотне повітряне судно має високі льотно-технічні характеристики та може бути використане для оперативної доставки невеликих (малогабаритних) вантажів між населеними пунктами. Виготовлення БПС може бути виконано з використанням відомих технологій. Джерела інформації: 1. Интернетресурс http://www.m24.ru/articles/70444.// В столице протестируют коптеры для доставки пиццы и почты. th 2. 2012 RPAS Yearbook-UAS: The Global Perspektive-10 Edition-June 2012 Bluenburgh & COwww. uvs-info.com. - Р. 167, 175, 176. 3. Патент на винахід RU № 2323850, МПК B64C 7/00, B64C 3/40, опубл. 1005.2008. Багатоваріантний безпілотний літальний апарат. 4. Патент UA № 103120, МПК B64C 39/02, опубл. 10.12.2015. Безпілотний літальний апарат з підвищеною тривалістю польоту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Безпілотне повітряне судно (БПС) для перевезень невеликих (малогабаритних) вантажів, що містить фюзеляж, крила, хвостове оперення, шасі, силову установку на базі поршневого двигуна внутрішнього згорання з повітряним гвинтом, причому крило має товстий профіль і оснащене механізацією у вигляді закрилка та флаперона, а хвостове оперення виконане Vподібним, яке відрізняється тим, що фюзеляж виконаний подовженим з внутрішнім 3 UA 119235 U 5 розміщенням контейнера, який захищає вантаж, в окремому хвостовому відсіку розміщений парашут рятувального типу, шасі містить дві основні опори з колесами та носову керовану опору з колесом, причому вказані колеса обладнані індивідуальними обтічниками, система електроживлення містить два трифазних електрогенератори, які приводяться в рух від колінчастого вала двигуна, повітряний гвинт силової установки виконано трилопатевим, а зв'язок з БПС впродовж усього маршруту забезпечується за допомогою бортової супутникової системи. 4 UA 119235 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 5