[go: up one dir, main page]

RU2734680C1 - Quadcopter - Google Patents

Quadcopter Download PDF

Info

Publication number
RU2734680C1
RU2734680C1 RU2020106602A RU2020106602A RU2734680C1 RU 2734680 C1 RU2734680 C1 RU 2734680C1 RU 2020106602 A RU2020106602 A RU 2020106602A RU 2020106602 A RU2020106602 A RU 2020106602A RU 2734680 C1 RU2734680 C1 RU 2734680C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
panels
plates
intersection
triangular
panel
Prior art date
Application number
RU2020106602A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Корнилов
Вячеслав Юрьевич Тугаенко
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2020106602A priority Critical patent/RU2734680C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2734680C1 publication Critical patent/RU2734680C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • B64C27/08Helicopters with two or more rotors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to design of unmanned aerial vehicles of vertical take-off and landing. Quadcopter comprises a main panel made of material with high heat conductivity and consisting of two circular parallel plates with a cellular structure arranged between them, and two additional panels, identical in composition, shape and size of main panel. Body is formed by three perpendicularly intersecting said panels rigidly fixed along the line of their intersection, wherein the panels are inscribed in a sphere with a centre at the point of intersection of the central axes of the panels. Between the plates of the main panel there is a bearing frame in the form of a cross-shaped frame, from the ends of which external ends of beams with electric motors and screws come out. When three pairs of plates of panels cross, eight hollow trihedral volumes are formed. Photocells are installed on the outer surface of the plate, which forms the face of the triangular volume, through the electric insulating layer.EFFECT: combination of functions of a receiver-converter of electromagnetic energy of a laser beam into electric power and a passive marker of a search, tracking and guidance system, thermal connection of three panels making up the housing into a single heat network.3 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области беспилотных авиационных устройств, использующих технологию вертикального взлета и посадки, предназначенных для проведения научных исследований, доставки грузов, аэрофотографирования и видеонаблюдения с возможностью передачи информации, получаемой бортовыми датчиками, на станцию управления в режиме реального времени.The invention relates to the field of unmanned aircraft devices using the technology of vertical take-off and landing, intended for scientific research, cargo delivery, aerial photography and video surveillance with the possibility of transmitting information received by onboard sensors to a control station in real time.

В настоящее время широкое распространение получили беспилотные авиационные устройства вертикального взлета и посадки мультироторного типа. Наибольшее распространение получили модели с четырьмя несущими винтами - квадрокоптеры или дроны. Квадрокоптеры используются как в профессиональных целях - для съемки недвижимости с воздуха, аэросъемки земельного участка, художественной аэросъемки, так и в развлекательных [Описание дронов и их назначение, http://www.abros.ru/opisanie-dronov.html]. В зависимости от размеров и заложенных программ квадрокоптеры имеют разное назначение. Отсюда и различные варианты их применения. Наиболее крупные и серьезные модели используются в армии - они снабжены фиксированными крыльями и требуют коротких взлетно-посадочных полос.Есть агрегаты, которые применяют для географической съемки местности, борьбы с браконьерством и в метеорологических целях. Квадрокоптеры меньших размеров используют технологию вертикального взлета и посадки. А миниатюрные модели запускаются с ладони [16 УНИКАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ КВАДРОКОПТЕРОВ, https://www.moyo.ua/news/16_unikalnyh_sposobov_primeneniya_kvadrokopterov.html]. Профессиональные квадрокоптеры могут достигать взлетной массы от нескольких килограмм до десятков килограмм и размеров (без учета винтов) более 1-1,5 метра. Такие габариты и масса предъявляют повышенные требования к прочности конструкции квадрокоптера. Важнейшей задачей при проектировании такого рода аппаратов является разработка надежной и прочной конструкции, способной выдерживать переменные нагрузки, как рассмотрено, например, в статье [Ермаченков Д.И., Фазли Т.Г.К., Петренко Е.О. Разработка конструкции рамы квадрокоптера для удаленного мониторинга объектов // Интернет-журнал, «НАУКОВЕДЕНИЕ» ТОМ 8, №6 (2016). https://naukovedenie.ru/PDF/45TVN616.pdf]. На конструкцию квадрокоптера наложены некоторые ограничения. В частности, рама должна обладать достаточной прочностью при сравнительно небольшом весе.Currently, multi-rotor vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicles are widely used. The most widespread are models with four rotors - quadrocopters or drones. Quadrocopters are used both for professional purposes - for shooting real estate from the air, aerial photography of a land plot, artistic aerial photography, and in entertainment [Description of drones and their purpose, http://www.abros.ru/opisanie-dronov.html]. Quadrocopters have different purposes depending on the size and programs they have installed. Hence the various options for their use. The largest and most serious models are used in the army - they are equipped with fixed wings and require short airstrips. There are units that are used for geographical surveying of the area, anti-poaching and for meteorological purposes. Smaller quadcopters use vertical take-off and landing technology. And miniature models are launched from the palm of your hand [16 UNIQUE WAYS OF APPLICATION OF QUADROCOPTERS, https://www.moyo.ua/news/16_unikalnyh_sposobov_primeneniya_kvadrokopterov.html]. Professional quadrocopters can reach takeoff weight from several kilograms to tens of kilograms and sizes (excluding propellers) more than 1-1.5 meters. Such dimensions and weight place increased demands on the strength of the quadcopter structure. The most important task in the design of this kind of apparatus is the development of a reliable and durable structure capable of withstanding variable loads, as discussed, for example, in the article [Ermachenkov DI, Fazli TGK, Petrenko EO. Development of a quadrocopter frame design for remote monitoring of objects // Internet magazine, "Naukovedenie" VOL. 8, No. 6 (2016). https://naukovedenie.ru/PDF/45TVN616.pdf]. Some restrictions are imposed on the construction of the quadcopter. In particular, the frame must be of sufficient strength at a relatively low weight.

Вместе с тем, относительно небольшое время полета квадрокоптеров по причине ограниченной емкости аккумуляторной батареи, как правило не более одного часа, заставляет осуществлять запуск беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в непосредственной близости от района выполнения поставленной задачи [Складной квадрокоптер. Патент на изобретение №2665123, МПК: В64С 27/08 (2006.01). Опубликовано 28.08.2018, Бюл. №25].At the same time, the relatively short flight time of quadrocopters due to the limited capacity of the battery, as a rule, no more than one hour, forces unmanned aerial vehicles (UAVs) to be launched in the immediate vicinity of the task execution area [Folding quadrocopter. Patent for invention No. 2665123, IPC: В64С 27/08 (2006.01). Posted on 28.08.2018, Bul. No. 25].

Размер и емкость аккумуляторов является сейчас одним из наиболее проблемных факторов развития беспилотных авиационных устройств вертикального взлета и посадки. Аккумулятор - одна из важнейших частей квадрокоптера [Часть 3. Все об аккумуляторах для квадрокоптеров. http://www.customelectronics.ru/chast-3-vse-ob-akkumulyatorah-dlya-kvadrokopterov/], двигатели которого в зависимости от размера могут потреблять значительные токи. Одним из основных требований к аккумуляторам является высокая токоотдача. И наилучшими характеристиками с этой точки зрения обладают литий-полимерные аккумуляторы. При выборе аккумуляторов следует учитывать их емкость, количество ячеек и максимальный разрядный ток. Емкость (в амперах) напрямую влияет на продолжительность полета, но чем больше емкость, тем больше масса. Так же положительные факторы - LiPo-аккумуляторы обладают низким саморазрядом, отсутствие эффекта памяти, большой диапазон рабочих температур и малый перепад напряжения по мере разряда. К недостаткам можно отнести не самую высокую плотность заряда, малое количество рабочих циклов и пожароопасность.The size and capacity of batteries is now one of the most problematic factors in the development of unmanned aerial vehicles for vertical take-off and landing. The battery is one of the most important parts of a quadrocopter [Part 3. All about batteries for quadrocopters. http://www.customelectronics.ru/chast-3-vse-ob-akkumulyatorah-dlya-kvadrokopterov/], the motors of which, depending on their size, can consume significant currents. One of the main requirements for batteries is a high current output. And the best characteristics from this point of view are possessed by lithium-polymer batteries. When choosing batteries, consider their capacity, number of cells and maximum discharge current. The capacity (in amperes) directly affects the flight duration, but the larger the capacity, the greater the mass. There are also positive factors - LiPo-batteries have low self-discharge, no memory effect, a large operating temperature range and a small voltage drop during discharge. The disadvantages include not the highest charge density, a small number of operating cycles and fire hazard.

В настоящее время ведутся работы по повышению энергомассовых характеристик источников питания для БПЛА [Применение воздушно-алюминиевых химических источников тока на малоразмерных летательных аппаратах с воздушными винтами / Н.С. Окорокова, К.В. Пушкин, С.Д. Севрук и др. // Труды XLII академических чтений по космонавтике. Королевские чтения. Москва 23-26 января 2018 г. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018, с. 63] что позволит не менее, чем в 2 раза повысить энергомассовые характеристики и, не менее, чем в 2 раза увеличить время активного полета по сравнению с существующими аналогами, использующими исключительно литий-ионные (полимерные) батареи.Currently, work is underway to improve the energy and mass characteristics of power supplies for UAVs [The use of air-aluminum chemical power sources on small aircraft with propellers / NS. Okorokova, K.V. Pushkin, S.D. Sevruk et al. // Proceedings of XLII Academic Readings on Cosmonautics. Royal Readings. Moscow 23-26 January 2018 M .: MGTU im. N.E. Bauman, 2018, p. 63], which will allow at least 2 times to increase the energy and mass characteristics and at least 2 times to increase the active flight time in comparison with existing analogues using exclusively lithium-ion (polymer) batteries.

Рассматривается и другой путь электроснабжения летательных аппаратов с помощью беспроводной системы передачи энергии на основе лазерных установок с длиной волны от 0,5 до 10 мкм [Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы/ под научной редакцией В.П. Легостаева и В.А. Лопоты. - М.: РКК «Энергия», 2011. с. 531-543]. При этом электромагнитная энергия лазерного пучка может передаваться как с Земли, так и с космического или воздушного объекта [В.И. Кишко, В.Ф. Матюхин. Принципы построения адаптивных ретрансляторов для стратосферных систем передачи энергии // Автометрия. 2012. Т. 48, №2. с. 59-66.]. Лазерное излучение может быть эффективно преобразовано в электроэнергию с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе полупроводниковых гетероструктур, размещаемых на приемниках-преобразователях, выполненных в виде пространственных форм на основе цилиндров, многогранников и их комбинаций, лопастей, пространственно расположенных относительно корпуса летательного аппарата [Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей. М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 79]. Однако токосъем с таких приемников изменяется в зависимости от угла падения электромагнитных лучей, а значит и освещенности отдельных фрагментов, взаимного затенения частей конструкции приемника-преобразователя. В техническом решении [Космический приемник-преобразователь лазерного излучения. Патент на изобретение №2566370, МПК: G01J 5/58 (2006.01). Опубликовано 27.10.2015. Бюл. №30] рассмотрена конфигурация всенаправленного приемника-преобразователя электромагнитной энергии лазера, позволяющая направлять луч лазера на приемник-преобразователь практически с любого направления и практически снять зависимость выходной электрической мощности приемника-преобразователя от угла падения на него лазерного пучка. А в техническом решении [Всенаправленный приемник-преобразователь лазерного излучения. Патент на изобретение №2630190, МПК: H01L 31/04 (2014.01). Опубликовано 05.09.2017. Бюл. №25] применен в конструкции приемника-преобразователя пассивный маркер, выполненный в виде всенаправленного отражателя, для лазерной локации всенаправленного приемника-преобразователя, что облегчает работу системы поиска, слежения и наведения (ПСН) луча лазера на летательный аппарат.Another way of power supply of aircraft using a wireless power transmission system based on laser installations with a wavelength of 0.5 to 10 microns is also being considered [The moon is a step towards technologies for the development of the solar system / edited by V.P. Legostaev and V.A. Shovels. - M .: RSC Energia, 2011. p. 531-543]. In this case, the electromagnetic energy of the laser beam can be transmitted both from the Earth and from a space or air object [V.I. Kishko, V.F. Matyukhin. Principles of constructing adaptive repeaters for stratospheric energy transmission systems // Avtometriya. 2012. T. 48, No. 2. from. 59-66.]. Laser radiation can be efficiently converted into electricity using photoelectric converters (PECs) based on semiconductor heterostructures placed on transducer receivers made in the form of spatial forms based on cylinders, polyhedrons and their combinations, blades spatially located relative to the aircraft body [G ... Rauschenbach. Handbook for the design of solar panels. M .: Energoatomizdat, 1983, p. 79]. However, the current collection from such receivers varies depending on the angle of incidence of electromagnetic rays, and hence the illumination of individual fragments, the mutual shading of the parts of the receiver-converter structure. In the technical solution [Space receiver-converter of laser radiation. Invention patent No. 2566370, IPC: G01J 5/58 (2006.01). Published on October 27th, 2015. Bul. No. 30], the configuration of an omnidirectional receiver-converter of electromagnetic energy of a laser is considered, which allows directing the laser beam to the receiver-converter from practically any direction and practically removing the dependence of the output electric power of the receiver-converter on the angle of incidence of the laser beam on it. And in the technical solution [Omnidirectional receiver-converter of laser radiation. Patent for invention No. 2630190, IPC: H01L 31/04 (2014.01). Published on 09/05/2017. Bul. No. 25], a passive marker is used in the design of the receiver-transducer, made in the form of an omnidirectional reflector, for laser location of the omnidirectional receiver-transducer, which facilitates the work of the search, tracking and guidance system (PSN) of the laser beam on the aircraft.

Известны многочисленные примеры конструкций квадрокоптеров и принципов их работы.There are numerous examples of quadcopter designs and principles of their operation.

Так в материале [Как устроен дрон? https://iot.ru/gadzhety/kak-ustroen-dron] приведены базовые составляющие квадрокоптера, его внутреннее устройство и принципы функционирования. В общем виде в каждом дроне можно выделить следующие части: двигатели, регуляторы оборотов, пропеллеры, полетный контроллер, рама. В частности, основой квадрокоптера является рама, к которой прикрепляются все составляющие его элементы. Она должна быть ударопрочной, легкой и долговечной. Для изготовления рамы обычно используются полимеры или прочные, но легкие сплавы. Помимо этого, активно применяется карбон, стекловолокно и другие материалы, которые смогут обеспечить максимальную жесткость конструкции. В основном рама состоит из многих деталей (реже цельной), что позволяет добиться большей маневренности аппарата и легкости в управлении. Также в ней имеются отверстия, через которые прокладывается электропроводка. Она соединяет пролетный контроллер («мозг» дрона) со всеми остальными частями квадрокоптера. Еще одним важным элементом квадрокоптера является аккумуляторная батарея. От ее емкости (выраженной в миллиампер на час) зависит максимальная высота, на которую квадрокоптер может подняться, а также дальность и время полета.So in the material [How does a drone work? https://iot.ru/gadzhety/kak-ustroen-dron] shows the basic components of a quadrocopter, its internal structure and principles of operation. In general, each drone can be divided into the following parts: engines, governors, propellers, flight controller, frame. In particular, the base of a quadcopter is a frame to which all its constituent elements are attached. It should be shockproof, lightweight and durable. The frame is usually made of polymers or tough but lightweight alloys. In addition, carbon, fiberglass and other materials are actively used that can provide maximum structural rigidity. Basically, the frame consists of many parts (less often one-piece), which allows for greater maneuverability and ease of control. It also has holes through which electrical wiring is laid. It connects the flight controller (the "brain" of the drone) to all other parts of the drone. Another important element of the quadcopter is the rechargeable battery. Its capacity (expressed in milliamps per hour) determines the maximum height to which the quadcopter can rise, as well as the range and flight time.

В материале [Устройство дрона: обзор для новичков, https://blog.4vision.ru/novichkam/ustrojstvo-drona-obzor-dlja-novichkov.html] рассмотрена конструкция дрона на примере модели DJI Inspire 1, включающая, помимо несущего корпуса с силовой рамой, также: пропеллеры - стандартные и толкающие, изготовленные из пластика или композитных материалов; бесколлекторные двигатели, которые считаются более эффективными с точки зрения производительности и эксплуатации по сравнению с коллекторными двигателями; посадочное шасси, представляющее собой что-то вроде ножек, установленных под двигателями на концах "рук" рамы; электронный регулятор скорости (ESC), расположенный в "руках" ближе к двигателям и представляющий электрическую цепь, которая призвана контролировать скоростной режим квадрокоптера; полетный контроллер, выполняющий роль материнской платы или даже бортового компьютера, отвечает за передачу всех команд, которые пилот передает на борт квадрокоптера; приемник, отвечающий за прием радиосигналов, посылаемых квадрокоптеру через контроллер; передатчик, отвечающий за передачу радиосигналов от контроллера к квадрокоптеру для выдачи команд о направлении полета и других, связанных с этим параметров; аккумуляторная батарея, являющаяся одной из основных частей дрона, без которой невозможно запустить квадрокоптер и выполнить все поставленные полетные задачи.The article [Drone device: an overview for beginners, https://blog.4vision.ru/novichkam/ustrojstvo-drona-obzor-dlja-novichkov.html] discusses the drone design using the example of the DJI Inspire 1 model, power frame, also: propellers - standard and pushing, made of plastic or composite materials; Brushless motors, which are considered to be more efficient in terms of performance and operation than brushed motors; landing gear, which is something like legs mounted under the engines at the ends of the "arms" of the frame; an electronic speed control (ESC) located in the "hands" closer to the engines and representing an electrical circuit that is designed to control the speed of the quadcopter; the flight controller, which acts as a motherboard or even an on-board computer, is responsible for transmitting all the commands that the pilot sends to the aircraft; a receiver responsible for receiving radio signals sent to the quadrocopter through the controller; a transmitter responsible for transmitting radio signals from the controller to the quadrocopter to issue commands for the direction of flight and other related parameters; rechargeable battery, which is one of the main parts of the drone, without which it is impossible to launch the quadcopter and complete all assigned flight tasks.

В публикации [Как работает дрон - конструкция беспилотного аппарата. https://www.yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fzetsila.ru% 2F%25D0%25BA%25D0%25B0%25D0%25BA-] приведены характерная конструкция дрона и принципы его функционирования. Система беспилотного воздушного транспорта содержит две основы: механику беспилотного летательного аппарата и систему управления. Носовая часть дрона - это, как правило, область корпуса, где установлены датчики навигационной системы. Остальная корпусная часть предназначена для размещения механики, электроники, электрооборудования. Система полета любого дрона действует благодаря устройству, которое именуется как радар позиционирования и возвращения домой. Большинство современных беспилотников наделяются двумя глобальными навигационными спутниковыми системами (ГНСС). Традиционно в конструкциях современных дронов задействованы системы GPS и ГЛОНАСС. Когда дрон запускается пользователем, система машины выполняет поиск с последующим обнаружением спутников ГНСС. Радиолокационное оборудование дрона обнаруживает сигнал и транслирует результат на дисплее пульта дистанционного управления (ДУ). В частности, показывает низкий уровень заряда батареи питания дрона на пути возвращения «домой». Технология гироскопической стабилизации является одним из тех компонентов, который «жизненно» необходим беспилотным летательным аппаратам. Гироскоп предназначен для моментальной обработки нагрузок, возникающих от внешних сил, воздействующих на конструкцию дрона. Гироскоп обеспечивает вывод необходимой навигационной информации на пульт ДУ. Контроллер полета, присутствующий в конструкции дрона - по факту представляет собой обычный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением. Таким компьютером БПЛА автоматически управляются все системы с учетом сигналов, поступающих от пульта ДУ пользователя. Кроме того, в качестве базового управления используется код так называемой «прошивки» - микросхемы памяти, действующей в паре с микроконтроллером. Встроенная в систему дистанционного управления функция компаса обеспечивает дрону точные координаты местоположения в процессе полета. Калибровкой компаса устанавливается точка возврата «домой» - место, куда дрону необходимо возвращаться в случае потери сигнала управления. Одним из важных предметов оснащения дрона является вид от первого лица (FPV - First Person View). Устройство видеокамеры, смонтированной на беспилотном летательном аппарате и предназначенной для трансляции видео в реальном времени диспетчеру ДУ. Функция и оснащение FPV позволяет БПЛА совершать перелеты на значительных высотах и на дальние расстояния, ограниченные только зарядом батареи питания. Конструкции современных дронов имеют широкодиапазонный беспроводной передатчик FPV, который устанавливается в комплекте с антеннами. В зависимости от конфигурации, приемником видеосигналов может выступать не только пульт дистанционного управления, но также компьютер, планшет, смартфон. Модуль дистанционного управления БПЛА представляет собой устройство с функциями беспроводной связи. Как правило, для организации связи используется частотный диапазон 5,8 ГГц. В процессе изготовления дрона, система дистанционного управления предварительно настраивается на полную ассоциацию с летательным аппаратом. Теоретически дальность связи самых простых систем составляет до 700 м, тогда как профессиональные конструкции устойчиво принимают сигнал на расстоянии 7 км и более.In the publication [How a drone works - the design of an unmanned vehicle. https://www.yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fzetsila.ru% 2F% 25D0% 25BA% 25D0% 25B0% 25D0% 25BA-] shows a typical drone design and principles of its operation. An unmanned aerial vehicle system contains two pillars: the mechanics of the unmanned aerial vehicle and the control system. The nose of a drone is usually the area of the hull where the navigation system's sensors are installed. The rest of the body is designed to accommodate mechanics, electronics, electrical equipment. The flight system of any drone works thanks to a device called positioning and return home radar. Most modern drones are equipped with two global navigation satellite systems (GNSS). Traditionally, GPS and GLONASS systems are involved in the design of modern drones. When the drone is launched by the user, the machine's system searches and then locates GNSS satellites. The aircraft's radar equipment detects the signal and broadcasts the result on the display of the remote control (RC). In particular, it indicates a low level of the drone's battery on the way back home. Gyroscopic stabilization technology is one of those components that unmanned aerial vehicles "vital" need. The gyroscope is designed for instant processing of loads arising from external forces acting on the structure of the drone. The gyroscope provides the output of the necessary navigation information to the remote control. The flight controller, present in the design of the drone, is in fact a regular computer equipped with the appropriate software. All systems are automatically controlled by such a UAV computer, taking into account the signals received from the user's remote control. In addition, the code of the so-called "firmware" is used as a basic control - a memory microcircuit paired with a microcontroller. The built-in compass function of the remote control system provides the drone with accurate position coordinates during flight. Calibrating the compass sets the return home point - the place where the drone needs to return if the control signal is lost. One of the important items of drone equipment is the first person view (FPV - First Person View). The device of a video camera mounted on an unmanned aerial vehicle and designed to broadcast video in real time to the remote control dispatcher. The FPV function and equipment allows the UAV to fly at significant altitudes and over long distances, limited only by the battery charge. Modern drones are designed with a wide-range wireless FPV transmitter that comes with antennas. Depending on the configuration, the receiver of video signals can be not only a remote control, but also a computer, tablet, smartphone. The UAV remote control module is a device with wireless communication functions. Typically, the 5.8 GHz frequency band is used for communication. During the drone manufacturing process, the remote control system is pre-configured to fully associate with the aircraft. Theoretically, the communication range of the simplest systems is up to 700 m, while professional structures receive a signal stably at a distance of 7 km or more.

Известен складной квадрокоптер (Патент на изобретение №2665123, МПК: В64С 27/08 (2006.01). Опубликовано 28.08.2018, Бюл. №25), содержащий корпус квадратообразной формы, состоящий из двух параллельных пластин, между которыми втулками на осях установлены внутренние концы четырех лучей - держателей двигателей с винтами, внешние концы лучей с электромоторами и винтами размещены по углам квадрата вокруг корпуса, причем скрепления лучей с корпусом выполнены с возможностью сложения лучей для удобного хранения и транспортировки. Данное техническое решение наиболее близко по конструктивному воплощению с предлагаемым изобретением и принято за прототип.Known folding quadrocopter (Patent for invention No. 2665123, IPC: В64С 27/08 (2006.01). Published on 28.08.2018, bull. No. 25), containing a square-shaped body, consisting of two parallel plates, between which the bushings on the axes are installed internal ends four beams - holders of motors with screws, outer ends of beams with electric motors and screws are placed at the corners of a square around the body, and the beams are fastened to the body with the possibility of folding the beams for convenient storage and transportation. This technical solution is the closest in design to the proposed invention and is taken as a prototype.

Общим основным недостатком рассмотренных выше конструкций квадрокоптеров является небольшие время и дальность полета, зависящие от емкости аккумуляторов.The common main disadvantage of the above-mentioned quadcopter designs is a short flight time and range, depending on the battery capacity.

Так, все аккумуляторы квадрокоптеров являются относительно тяжелыми, поэтому конструкция для их крепления должна быть достаточно прочной (еще одна причина, почему рама должна выполняться из надежных и крепких материалов). По причине малой емкости и малых размеров аккумулятора, миниатюрные дроны пока могут держаться в воздухе не более 3-5 минут. Любительские модели способны находиться в воздухе порядка 12-15 минут. Длительность полета профессиональных дронов в автономном режиме - не более получаса [Как устроен дрон? https://iot.ru/gadzhety/kak-ustroen-dron].So, all quadcopter batteries are relatively heavy, so the structure for mounting them must be strong enough (another reason why the frame should be made of reliable and sturdy materials). Due to the low capacity and small size of the battery, miniature drones can stay in the air for no more than 3-5 minutes. Amateur models are able to stay in the air for about 12-15 minutes. The duration of the flight of professional drones in autonomous mode is no more than half an hour [How does a drone work? https://iot.ru/gadzhety/kak-ustroen-dron].

Задача изобретения - увеличить время, высоту и дальность активного полета квадрокоптера.The objective of the invention is to increase the time, altitude and range of active flight of a quadrocopter.

Техническим результатом изобретения является совмещение в конструкции квадрокоптера, кроме функций всенаправленного приемника-преобразователя электромагнитной энергии лазерного пучка в электроэнергию и пассивного маркера системы поиска, слежения и наведения (ПСН), так же функций силовой конструкции и тепловой, что позволяет выполнить конструктивную (силовую) и тепловую увязку трех взаимно перпендикулярных сотовых круговых панелей, составляющих его корпус, в единую тепловую сеть.The technical result of the invention is the combination in the design of the quadcopter, in addition to the functions of an omnidirectional receiver-converter of the electromagnetic energy of a laser beam into electricity and a passive marker of the search, tracking and guidance system (PSN), as well as the functions of a load-bearing structure and thermal, which makes it possible to perform a constructive (power) and thermal linking of three mutually perpendicular honeycomb circular panels that make up its body into a single heating network.

Технический результат достигается тем, что в квадрокоптер, включающем корпус, параллельные пластины, между которыми установлены внутренние концы четырех, несущих корпус, лучей, на внешних концах которых установлены электромоторы с винтами, размещенные вокруг корпуса, введены основная панель, выполненная из материала с высокой теплопроводностью и состоящая из двух круглых параллельных пластин с размещенной между ними сотовой конструкцией, и две дополнительные панели, идентичные по составу, форме и размеру основной панели при соблюдении следующего соотношенияThe technical result is achieved by the fact that in the quadcopter, including the body, parallel plates, between which the inner ends of four beams carrying the body are installed, at the outer ends of which there are installed electric motors with screws, placed around the body, the main panel made of material with high thermal conductivity is introduced and consisting of two circular parallel plates with a honeycomb structure placed between them, and two additional panels identical in composition, shape and size of the main panel, subject to the following ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где δ - толщина пластины;where δ is the thickness of the plate;

D - диаметр пластины;D is the diameter of the plate;

h - расстояние между внутренними поверхностями каждой пары упомянутых пластин,h is the distance between the inner surfaces of each pair of said plates,

при этом корпус образован тремя перпендикулярно пересекающимися упомянутыми панелями, жестко скрепленными по линии их пересечения и вписанными в сферу радиусом Rсф=0,5[D2+(h+2⋅δ)2]l/2 с центром, являющимся точкой пересечения центральных осей панелей, причем между пластинами основной панели размещен несущий каркас, в виде крестообразной рамы, получающийся в результате пересечения ее с дополнительными панелями, и образующий внутренние концы четырех, несущих корпус, лучей, причем из концов крестообразной рамы выходят упомянутые внешние концы лучей с электромоторами и винтами, при этом в результате взаимных пересечений трех пар пластин панелей образуются восемь полых трехгранных объемов, ограниченных каждый тремя перпендикулярными гранями трехгранного угла, с общей точкой - вершиной пересечения граней, где гранями являются пластины, а ребрами - линии пересечения пластин, и треугольником на сфере площадью SСФ, образуемым при пересечении упомянутых граней с поверхностью сферы, причем для каждой упомянутой панели на внешней поверхности пластины, образующей грань трехгранного объема через электроизолирующий слой установлены фотоэлементы для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения лазерного пучка, направленного на геометрический центр сферы, в электрическую энергию, причем длина L1 внутренних концов лучей удовлетворяет выражению L1≤D/2, а длина L2. внешних концов лучей должна удовлетворять выражению:

Figure 00000002
in this case, the body is formed by three perpendicularly intersecting mentioned panels, rigidly fastened along the line of their intersection and inscribed in a sphere of radius R sp = 0.5 [D 2 + (h + 2⋅δ) 2 ] l / 2 with the center being the point of intersection of the central the axes of the panels, and between the plates of the main panel there is a supporting frame in the form of a cruciform frame, resulting from its intersection with additional panels, and forming the inner ends of four beams carrying the body, and from the ends of the cruciform frame, the said outer ends of the beams with electric motors go out and screws, while as a result of mutual intersections of three pairs of panel plates, eight hollow triangular volumes are formed, each bounded by three perpendicular faces of a trihedral angle, with a common point - the vertex of the intersection of the faces, where the faces are the plates, and the edges are the intersection lines of the plates, and a triangle on the sphere area S SF formed at the intersection of the mentioned faces with the surface of the sphere, with m for each panel on the outer surface of the plate, forming the edge of the triangular volume through the electrically insulating layer, photocells are installed to directly convert the energy of the electromagnetic radiation of the laser beam directed to the geometric center of the sphere into electrical energy, and the length L 1 of the inner ends of the rays satisfies the expression L 1 ≤ D / 2, and the length L 2 . the outer ends of the rays must satisfy the expression:
Figure 00000002

где LB - длина винта;where L B is the length of the screw;

HB - высота винта над внешним концом луча.H B - screw height above the outer end of the beam.

Кроме того, в квадрокоптер введен полый или сплошной уголковый отражатель, установленный в зоне трехгранного угла каждого из восьми трехгранных объемов и выполненный в виде правильной треугольной пирамиды, где боковые грани являются отражающими и размещены на соответствующих гранях трехгранного объема, а основание площадью SУO является входной гранью упомянутого отражателя и каждый из них должен удовлетворять выражению SУO<<S, причем конструктивно разобщенные, но объединенные функционально во всенаправленный отражатель, установленный в центральной части трех взаимно пересекающихся панелей.In addition, a hollow or solid corner reflector is introduced into the quadcopter, installed in the zone of the triangular angle of each of the eight triangular volumes and made in the form of a regular triangular pyramid, where the lateral faces are reflective and are located on the corresponding faces of the triangular volume, and the base area S UO is the entrance face of the said reflector and each of them must satisfy the expression S УO << S , and structurally separated, but combined functionally into an omnidirectional reflector installed in the central part of three mutually intersecting panels.

А также в квадрокоптер введена цилиндрическая оболочка высотой hЦ, где hЦ=h, толщиной стенки Δ и с внешним диаметром d, установленная по торцевой поверхности каждой панели, кроме поверхностей взаимного пересечения основной панели с дополнительными панелями, причем Δ=δ и d=D, а ось цилиндрической оболочки совпадает с центральной осью соответствующей панели, где стенки цилиндрической оболочки жестко скреплены по линии их пересечения с соответствующими пластинами и выполнены из того же материала, что и пластины, а на внешней поверхности цилиндрической оболочки через электроизолирующий слой установлены фотоэлементы.And also a cylindrical shell with a height of h C , where h C = h, wall thickness Δ and with an outer diameter d, installed along the end surface of each panel, except for the surfaces of mutual intersection of the main panel with additional panels, is introduced into the quadcopter, where Δ = δ and d = D, and the axis of the cylindrical shell coincides with the central axis of the corresponding panel, where the walls of the cylindrical shell are rigidly fastened along the line of their intersection with the corresponding plates and are made of the same material as the plates, and photocells are installed on the outer surface of the cylindrical shell through an electrical insulating layer.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-10).The essence of the invention is illustrated by drawings (Fig. 1-10).

На фиг. 1 приведена конструктивная схема основной панели 8, выполненной из двух круглых параллельных пластин 2, между которыми размещена сотовая конструкция 9. Для лучшего показа четырех, несущих корпус 1, лучей 4 крестообразной рамы 16, установленных между пластинами 2, одна из пластин снята. Вся электронная «начинка» квадрокоптера, размещаемая в сотовой конструкции 9 между пластинами 2 основной панели 8 на фиг. 1 не показана. На фиг. 1 обозначено: D - диаметр основной панели 8.FIG. 1 shows a structural diagram of the main panel 8 made of two circular parallel plates 2, between which a honeycomb structure 9 is placed. To better show the four beams 4 of the cruciform frame 16 installed between the plates 2, carrying the body 1, one of the plates is removed. All the electronic "stuffing" of the quadcopter, placed in the honeycomb structure 9 between the plates 2 of the main panel 8 in FIG. 1 is not shown. FIG. 1 marked: D - the diameter of the main panel 8.

На фиг. 2 приведено сечение А-А основной панели 8 и двух, несущих корпус, лучей 4, каждый из которых содержит внутренний и внешний концы лучей. На фиг. 2 обозначено: L1 - длина внутренних концов 3 лучей 4; L2 - длина внешних концов 5 лучей 4.FIG. 2 shows a section A-A of the main panel 8 and two beams 4 carrying the body, each of which contains the inner and outer ends of the beams. FIG. 2 denoted: L 1 - the length of the inner ends 3 of the rays 4; L 2 - the length of the outer ends of 5 rays 4.

На фиг. 3 представлен выносной элемент Б фрагмента поперечного сечения основной панели 8 в районе размещения несущего каркаса 15. На фиг. 3 обозначено: δ - толщина пластины 2; h - расстояние между внутренними поверхностями пластин 2.FIG. 3 shows a detail B of a fragment of the cross-section of the main panel 8 in the area of the bearing frame 15. FIG. 3 indicated: δ - thickness of plate 2; h is the distance between the inner surfaces of the plates 2.

На фиг. 4 приведен общий вид квадрокоптера с тремя пересекающимися панелями 8, 10, 11 и размещенным в центральной его части всенаправленным отражателем 27. В основной панели 8 установлены внутренние концы 3 четырех, несущих корпус 1, лучей 4, а внешние концы 5 лучей 4 - держателей электромоторов 6 с винтами 7 размещены вокруг корпуса 1. На фиг. 4 обозначено: LB - длина винта 7, НВ - высота винта 7 над внешним концом 5 луча 4; Rсф - радиус сферы 12, огибающей панели 8, 10, 11.FIG. 4 shows a general view of a quadrocopter with three intersecting panels 8, 10, 11 and an omnidirectional reflector 27 located in its central part. In the main panel 8, the inner ends 3 of four, carrying the body 1, beams 4 are installed, and the outer ends 5 of beams 4 are holders of electric motors 6 with screws 7 are placed around the housing 1. In FIG. 4 indicated: L B - the length of the screw 7, H B - the height of the screw 7 above the outer end 5 of the beam 4; R sf - radius of the sphere 12, the envelope of the panel 8, 10, 11.

На фиг. 5 приведен общий вид взаимно пересекающихся пластин 2 панелей 8, 10, 11, образующих восемь полых трехгранных объемов 17. Штриховкой выделен один из полых трехгранных объемов 17, ограниченный тремя перпендикулярными гранями трехгранного угла, с общей точкой (вершиной) пересечения граней, где гранями являются пластины 2, а ребрами 19 - линии пересечения пластин 2, и треугольником на сфере 12. В зоне выделенного трехгранного объема 17 показан уголковый отражатель (полый 22 или сплошной 23), выполненный в виде правильной треугольной пирамидыFIG. 5 shows a general view of the mutually intersecting plates 2 of panels 8, 10, 11, forming eight hollow trihedral volumes 17. Hatching marks one of the hollow triangular volumes 17, bounded by three perpendicular faces of a trihedral angle, with a common point (vertex) of intersection of the faces, where the faces are plates 2, and ribs 19 - the lines of intersection of plates 2, and a triangle on the sphere 12. In the area of the selected triangular volume 17, a corner reflector (22 hollow or 23 solid) is shown, made in the form of a regular triangular pyramid

На фиг. 6 представлен общий вид полого уголкового отражателя 22, установленного в зоне трехгранного объема 17, выполненного в виде правильной треугольной пирамиды 24, где боковые грани 25 являются отражающими и размещены на соответствующих гранях трехгранного объема 17, а основание 26 является входной гранью уголкового отражателя 22, 23 (фрагменты пластин 2 панелей 8, 10, 11 показаны пунктирными линиями).FIG. 6 shows a general view of a hollow corner reflector 22 installed in the area of a triangular volume 17, made in the form of a regular triangular pyramid 24, where the side faces 25 are reflective and placed on the corresponding faces of the triangular volume 17, and the base 26 is the entrance face of the corner reflector 22, 23 (fragments of plates 2 of panels 8, 10, 11 are shown with dashed lines).

На фиг. 7 приведен общий вид сплошного уголкового отражателя 23, выполненного из оптического материала в виде правильной треугольной пирамиды 24 с тремя взаимно перпендикулярными боковыми отражающими гранями 25.FIG. 7 shows a general view of a solid corner reflector 23 made of optical material in the form of a regular triangular pyramid 24 with three mutually perpendicular lateral reflective faces 25.

На фиг. 8 приведена одна из панелей 8, 10, 11, включающая две параллельные пластины 2, между которыми размещена сотовая конструкция 9 (без «начинки»), а по торцевой поверхности панели 8, 10, 11 установлена цилиндрическая оболочка 28.FIG. 8 shows one of the panels 8, 10, 11, including two parallel plates 2, between which a honeycomb structure 9 (without "filling") is placed, and a cylindrical shell 28 is installed along the end surface of the panel 8, 10, 11.

В-В - сечение панели 8. На сечении В-В показаны выносные элементы Г и Д.В-В - section of panel 8. On section В-В are shown the remote elements G and D.

На фиг. 9 приведен выносной элемент Г фрагмента расположения фотоэлементов 29 на цилиндрической оболочке 28.FIG. 9 shows a remote element G of a fragment of the arrangement of photocells 29 on a cylindrical shell 28.

На фиг. 10 приведен выносной элемент Д фрагмента расположения фотоэлементов 29 на внешней поверхности пластин 2, образующих грани трехгранного объема 17.FIG. 10 shows a remote element D of a fragment of the arrangement of photocells 29 on the outer surface of the plates 2, forming the faces of the triangular volume 17.

На фиг. 1-10 приняты следующие обозначения:FIG. 1-10, the following designations are adopted:

1 - корпус;1 - case;

2 - пластина;2 - plate;

3 - внутренний конец луча 4;3 - inner end of beam 4;

4 - луч;4 - ray;

5 - внешний конец луча 4;5 - outer end of beam 4;

6 - электромотор;6 - electric motor;

7 - винт;7 - screw;

8 - основная панель;8 - main panel;

9 - сотовая конструкция;9 - honeycomb structure;

10, 11 - дополнительная панель;10, 11 - additional panel;

12 - сфера;12 - sphere;

13 - центр сферы 12;13 - the center of the sphere 12;

14 - центральная ось панели 8, 10, 11;14 - the central axis of the panel 8, 10, 11;

15 - несущий каркас основной панели 8;15 - supporting frame of the main panel 8;

16 - крестообразная рама основной панели 8;16 - cruciform frame of the main panel 8;

17 - трехгранный объем;17 - triangular volume;

18 - вершина; 19-ребро;18 - top; 19 rib;

20 - электроизолирующий слой;20 - electrical insulating layer;

21 - лазерный пучок;21 - laser beam;

22 - полый уголковый отражатель;22 - hollow corner reflector;

23 - сплошной уголковый отражатель;23 - solid corner reflector;

24 - пирамида уголкового отражателя 22, 23;24 - pyramid of corner reflector 22, 23;

25 - боковая грань уголкового отражателя 22, 23;25 - side face of the corner reflector 22, 23;

26 - основание пирамиды 24, входная грань уголкового отражателя 22, 23;26 - the base of the pyramid 24, the entrance face of the corner reflector 22, 23;

27 - всенаправленный отражатель;27 - omnidirectional reflector;

28 - цилиндрическая оболочка;28 - cylindrical shell;

29 - фотоэлемент;29 - photocell;

30 - межэлементные соединения фотоэлементов 29;30 - intercell connections of photocells 29;

31 - полупроводниковая структура фотоэлемента 29;31 - semiconductor structure of photocell 29;

32 - защитное покрытие фотоэлемента 29;32 - protective coating of the photocell 29;

33 - лицевые контакты фотоэлемента 29;33 - face contacts of the photocell 29;

34 - тыльные контакты фотоэлемента 29;34 - rear contacts of photocell 29;

35 - зондирующий пучок.35 - probe beam.

Квадрокоптер включает корпус 1, параллельные пластины 2, между которыми установлены внутренние концы 3 четырех, несущих корпус 1, лучей 4, на внешних концах 5 которых установлены электромоторы 6 с винтами 7, размещенные вокруг корпуса 1. В него введены основная панель 8, выполненная из материала с высокой теплопроводностью и состоящая из двух круглых параллельных пластин 2 с размещенной между ними сотовой конструкцией 9, и две дополнительные панели 10, 11, идентичные по составу, форме и размеру основной панели 8, при соблюдении соотношения (1). При этом корпус 1 образован тремя перпендикулярно пересекающимися упомянутыми панелями 8, 10, 11, жестко скрепленными по линии их пересечения, причем панели 8, 10, 11 вписаны в сферу 12 радиусом Rсф=0,5[D2+(h+2⋅δ)2]1/2 с центром 13, являющимся точкой пересечения центральных осей 14 панелей 8, 10, 11, причем между пластинами 2 основной панели 8 размещен несущий каркас 15, в виде крестообразной рамы 16, получающийся в результате пересечения ее с дополнительными панелями 10, 11, и образующий внутренние концы 3 четырех, несущих корпус 1, лучей 4, причем из концов крестообразной рамы 16 выходят упомянутые внешние концы 5 лучей 4 с электромоторами 6 и винтами 7. При этом в результате взаимных пересечений трех пар пластин 2 панелей 8, 10, 11 образуются восемь полых трехгранных объемов 17, ограниченных каждый тремя перпендикулярными гранями трехгранного угла, с общей точкой - вершиной 18 пересечения граней, где гранями являются пластины 2, а ребрами 19 - линии пересечения пластин 2, и треугольником на сфере 12 площадью S, образуемым при пересечении упомянутых граней с поверхностью сферы 12, причем для каждой упомянутой панели 8, 10, 11 на внешней поверхности пластины 2, образующей грань трехгранного объема 17 через электроизолирующий слой 20 установлены фотоэлементы 29 для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения лазерного пучка 21, направленного на геометрический центр 13 сферы 12, в электрическую энергию, причем длина L1 внутренних концов 3 лучей 4 удовлетворяет выражению L1≤D/2, а длина L2 внешних концов 5 лучей 4 должна удовлетворять выражению (2). В зоне трехгранного угла каждого из восьми трехгранных объемов 17 установлен полый 22 или сплошной 23 уголковый отражатель, выполненный в виде правильной треугольной пирамиды 24, где боковые грани 25 являются отражающими и размещены на соответствующих гранях трехгранного объема 17, а основание 26 площадью SУО является входной гранью 26 упомянутого отражателя 22, 23 и каждый из них должен удовлетворять выражению SУО<<S, причем конструктивно разобщенные, но объединенные функционально во всенаправленный отражатель 27, установленный в центральной части трех взаимно пересекающихся панелей 8, 10, 11. По торцевой поверхности каждой панели 8, 10, 11, кроме поверхностей взаимного пересечения основной панели 8 с дополнительными панелями 10, 11, установлена цилиндрическая оболочка 28 высотой hЦ, где hЦ=h, толщиной стенки Δ, причем Δ=δ, и с внешним диаметром d, причем d=D, а ось цилиндрической оболочки 28 совпадает с центральной осью 14 соответствующей панели, где стенки цилиндрической оболочки 28 жестко скреплены по линии их пересечения с соответствующими пластинами 2 и выполнены из того же материала, что и пластины 2 а на внешней поверхности цилиндрической оболочки 28 через электроизолирующий слой 20 установлены вышеупомянутые фотоэлементы 29. Межэлементные соединения 30 обеспечивают электрические соединения отдельных фотоэлементов 29, где происходит прямое преобразование энергии лазерного пучка 21 в полупроводниковой структуре 31, с защитным покрытием 32, в фотоэлектрический ток, который снимается с помощью лицевого контакта 33 и тыльного контакта 34. Причем в конструкции корпуса 1 для лазерной локации установлен пассивный маркер, выполненный в виде всенаправленного отражателя 27, на который падает зондирующий пучок 35.The quadcopter includes a body 1, parallel plates 2, between which are installed the inner ends 3 of four carrying the body 1, beams 4, at the outer ends 5 of which there are installed electric motors 6 with screws 7, placed around the body 1. The main panel 8 made of material with high thermal conductivity and consisting of two circular parallel plates 2 with a honeycomb structure 9 placed between them, and two additional panels 10, 11, identical in composition, shape and size of the main panel 8, subject to relation (1). In this case, the body 1 is formed by three perpendicularly intersecting mentioned panels 8, 10, 11, rigidly fastened along the line of their intersection, and panels 8, 10, 11 are inscribed in a sphere 12 with a radius of R sp = 0.5 [D 2 + (h + 2⋅ δ) 2 ] 1/2 with a center 13, which is the point of intersection of the central axes 14 of panels 8, 10, 11, and between the plates 2 of the main panel 8 there is a supporting frame 15 in the form of a cruciform frame 16, resulting from its intersection with additional panels 10, 11, and forming the inner ends 3 of the four beams 4 carrying the body 1, and from the ends of the cruciform frame 16 the mentioned outer ends 5 of the beams 4 with the electric motors 6 and screws 7. In this case, as a result of the mutual intersections of three pairs of plates 2 of the panels 8 , 10, 11, eight hollow triangular volumes 17 are formed, each bounded by three perpendicular faces of a trihedral angle, with a common point - the vertex 18 of the intersection of the faces, where the faces are plates 2, and the edges 19 are the lines of intersection of plates 2, and so a rectangle on a sphere 12 with an area S CF formed at the intersection of the said faces with the surface of the sphere 12, and for each said panel 8, 10, 11 on the outer surface of the plate 2, forming the face of the triangular volume 17 through the electrical insulating layer 20, photocells 29 are installed for direct energy conversion electromagnetic radiation of the laser beam 21 directed to the geometric center 13 of the sphere 12 into electric energy, and the length L 1 of the inner ends 3 of the rays 4 satisfies the expression L 1 ≤D / 2, and the length L 2 of the outer ends 5 of the rays 4 must satisfy the expression (2 ). In the area of the triangular corner of each of the eight triangular volumes 17, a hollow 22 or solid 23 corner reflector is installed, made in the form of a regular triangular pyramid 24, where the side faces 25 are reflective and are located on the corresponding faces of the triangular volume 17, and the base 26 with an area S UO is the entrance face 26 of the said reflector 22, 23 and each of them must satisfy the expression S UO << S CF , and structurally separated, but functionally combined into an omnidirectional reflector 27 installed in the central part of three mutually intersecting panels 8, 10, 11. Along the end surface each panel 8, 10, 11, in addition to the surfaces of mutual intersection of the main panel 8 with additional panels 10, 11, a cylindrical shell 28 with a height h C , where h C = h, wall thickness Δ, with Δ = δ, and with an outer diameter d , where d = D, and the axis of the cylindrical shell 28 coincides with the central axis 14 of the corresponding panel, where the walls of the cylindrical the shells 28 are rigidly fastened along the line of their intersection with the corresponding plates 2 and are made of the same material as the plates 2 and on the outer surface of the cylindrical shell 28 through the electrical insulating layer 20, the above-mentioned photocells 29 are installed. Intercell connections 30 provide electrical connections of individual photocells 29, where there is a direct conversion of the energy of the laser beam 21 in the semiconductor structure 31, with a protective coating 32, into a photoelectric current, which is removed using the face contact 33 and the back contact 34. Moreover, a passive marker made in the form of an omnidirectional reflector is installed in the structure of the housing 1 for laser ranging 27, on which the probe beam 35 falls.

Таким образом, корпус 1 квадрокоптера выполнен в виде всенаправленного приемника-преобразователя, представляющего собой панели 8, 10, 11 с установленными, как указано выше, фотоэлементами 29.Thus, the body 1 of the quadcopter is made in the form of an omnidirectional receiver-converter, which is panels 8, 10, 11 with photocells 29 installed, as indicated above.

Квадрокоптер работает следующим образом.The quadcopter works as follows.

Положим электромагнитное излучение от системы генерации лазерного излучения (СГЛИ) (на фигурах не показан), размещенной на наземной, воздушной или космической станции управления (на фигурах не показана), системой формирования и наведения (СФИН) (на фигурах не показана), формируется в лазерный пучок 21 с заданными параметрами и с помощью системы поиска, слежения и наведения (ПСН) (на фигурах не показана), направляется на корпус 1 квадрокоптера, выполненного в виде всенаправленного приемника-преобразователя из трех перпендикулярно пересекающихся панелей 8, 10, 11 (фиг. 4). Системой ПСН направляют ось лазерного пучка 21 в центр 13, являющийся точкой пересечения центральных осей 14 панелей 8, 10, 11, вписанных в сферу 12 радиусом Rсф=0,5[D2+(h+2⋅δ)2]1/2 (фиг. 4), причем направляют лазерный пучок 21 на корпус 1 не зависимо от его положения.Let us put electromagnetic radiation from a laser radiation generation system (LSS) (not shown in the figures), located at a ground, air or space control station (not shown in the figures), by a formation and guidance system (SFIN) (not shown in the figures), is formed in the laser beam 21 with the specified parameters and using the search, tracking and guidance system (PSN) (not shown in the figures), is directed to the body 1 of the quadcopter, made in the form of an omnidirectional receiver-converter of three perpendicularly intersecting panels 8, 10, 11 (Fig. . 4). The PSN system directs the axis of the laser beam 21 to the center 13, which is the point of intersection of the central axes 14 of the panels 8, 10, 11, inscribed in the sphere 12 with radius R sp = 0.5 [D 2 + (h + 2⋅δ) 2 ] 1 / 2 (Fig. 4), and the laser beam 21 is directed to the housing 1, regardless of its position.

Для пассивного квадрокоптера реализуется первоначальный поиск сигнала от установленного на всенаправленном приемнике-преобразователе ответного оптического устройства, выполненного в виде всенаправленного 1 отражателя 27 на основе полых уголковых отражателей 22 или сплошных уголковых отражателей 23. А именно, часть электромагнитной энергии лазерного пучка 21, называемого зондирующим пучком 35, падает на а всенаправленный отражатель 27 и меняет направление своего ч распространения на противоположное. Таким образом, энергия отраженного; пучка в виде сигнала попадает в приемное устройство системы ПСН станции управления, что позволяет длительное время с высокой точностью поддерживать режим слежения и наведения в контуре с замкнутой обратной связью системы ПСН.For a passive quadcopter, an initial search for a signal from a response optical device installed on an omnidirectional receiver-transducer is implemented, made in the form of an omnidirectional 1 reflector 27 based on hollow corner reflectors 22 or solid corner reflectors 23. Namely, a part of the electromagnetic energy of the laser beam 21, called the probe beam 35, falls on an omnidirectional reflector 27 and reverses the direction of its propagation. Thus, the energy is reflected; of the beam in the form of a signal enters the receiver of the PSN system of the control station, which allows for a long time with high accuracy to maintain the tracking and guidance mode in the closed-loop loop of the PSN system.

Монохроматическое электромагнитное излучение лазерного пучка 21, падает на грани полых трехгранных объемов 17, образованных в результате взаимных пересечений пластин 2 панелей 8, 10, 11, ограниченных каждый тремя перпендикулярными гранями трехгранного угла, с общей точкой (вершиной) 18 пересечения граней, где гранями являются пластины 2, а ребрами 19 - линии пересечения пластин 2, и треугольником на сфере 12 площадью SСФ, образуемым при пересечении упомянутых граней с поверхностью сферы 12 (фиг. 5, 1-3). На этих гранях через электроизолирующий слой 20 установлены фотоэлектрические преобразователи на основе полупроводниковых фотоэлементов 29 (фиг. 10). Одновременно монохроматическое электромагнитное излучение лазерного пучка 21, падает на цилиндрические оболочки 28, которые установлены по торцевой поверхности каждой панели 8, 10, 11 (фиг. 8, 5), кроме поверхностей взаимного пересечения основной панели 8 с дополнительными панелями 10, 11, и выполненные высотой hЦ, где hЦ=h, толщиной стенки Δ, где Δ=δ, и с внешним диаметром d, где d=D, причем ось цилиндрической оболочки 28 совпадает с центральной осью 14 соответствующей круговой панели, где стенки цилиндрической оболочки 35 жестко скреплены по линии их пересечения с соответствующими пластинами 2, что придает дополнительную прочность конструкции корпуса 1, и выполнены из того же материала, что и пластины 2, где, также как на гранях трехгранных объемов 17, на внешней поверхности цилиндрической оболочки 28 через электроизолирующий слой 20 установлены фотоэлектрические преобразователи на основе полупроводниковых фотоэлементов 29 (фиг. 9). Далее электромагнитное излучение, падающее на упомянутые выше фотоэлектрические преобразователи, проходит через прозрачное защитное покрытие 32 в фотоактивную область полупроводниковой структуры 31 фотоэлементов 29 (фиг. 9, 10) с межэлементными соединениями 30. Происходит процесс активного поглощения фотонов с максимальным коэффициентом поглощения электромагнитного излучения, благодаря соответствующему подбору полупроводникового материала фотоэлементов 29 для данной длины волны λ, монохроматического излучения лазера, как рассмотрено, например в техническом решении [Патент РФ №2487438, МПК: H01L 31/042 (2006.01), опубл. 10.07.2013, Бюл. №19] или в [Патент РФ №2593821, МПК: H01L 31/04 (2014.01), опубл. 10.08.2016, Бюл. №22]. Таким образом в фотоэлементах 29 происходит прямое преобразование энергии электромагнитного излучения, основанное на фотовольтаическом эффекте, в фотоэлектрический ток, который снимается с помощью лицевого контакта 33 и тыльного контакта 34. Межэлементные соединения 30 обеспечивают электрические соединения отдельных фотоэлементов 29 в параллельные и последовательные цепи для получения требуемых параметров постоянного тока, генерируемого всенаправленным приемником-преобразователем, являющимся источником электропитания квадрокоптера. И далее, через устройство преобразования (на фигурах не показано), как, например, приведено в [Устройство дрона: обзор для новичков. https://blog.4vision.ru/novichkam/ustrojstvo-drona-obzor-dlja-novichkov.html], с помощью электронного регулятора скорости (ESC) (на фигурах не показан), призванного контролировать скоростной режим беспилотника, преобразуется постоянный ток источника питания в переменный ток, который нужен электромоторам 6, приводящим в движение винты 7.Monochromatic electromagnetic radiation of the laser beam 21 falls on the edges of hollow triangular volumes 17 formed as a result of mutual intersections of plates 2 of panels 8, 10, 11, each bounded by three perpendicular faces of a triangular angle, with a common point (vertex) 18 of intersection of faces, where the faces are plates 2, and the edges 19 - the lines of intersection of the plates 2, and a triangle on the sphere 12 with area S SF , formed at the intersection of the said faces with the surface of the sphere 12 (Fig. 5, 1-3). On these edges, through the electrical insulating layer 20, photoelectric converters based on semiconductor photocells 29 are installed (Fig. 10). Simultaneously, the monochromatic electromagnetic radiation of the laser beam 21 falls on the cylindrical shells 28, which are installed on the end surface of each panel 8, 10, 11 (Fig. 8, 5), except for the surfaces of mutual intersection of the main panel 8 with additional panels 10, 11, and made height h C , where h C = h, wall thickness Δ, where Δ = δ, and with an outer diameter d, where d = D, and the axis of the cylindrical shell 28 coincides with the central axis 14 of the corresponding circular panel, where the walls of the cylindrical shell 35 are rigid fastened along the line of their intersection with the corresponding plates 2, which gives additional strength to the structure of the body 1, and are made of the same material as the plates 2, where, as well as on the edges of the triangular volumes 17, on the outer surface of the cylindrical shell 28 through the electrically insulating layer 20 installed photoelectric converters based on semiconductor photocells 29 (Fig. 9). Further, the electromagnetic radiation incident on the above-mentioned photoelectric converters passes through the transparent protective coating 32 into the photoactive region of the semiconductor structure 31 of the photocells 29 (Figs. 9, 10) with intercell connections 30. The process of active absorption of photons with a maximum absorption coefficient of electromagnetic radiation takes place due to appropriate selection of the semiconductor material of photocells 29 for a given wavelength λ, monochromatic laser radiation, as discussed, for example, in the technical solution [RF Patent No. 2487438, IPC: H01L 31/042 (2006.01), publ. 10.07.2013, Bul. No. 19] or [RF Patent No. 2593821, IPC: H01L 31/04 (2014.01), publ. 08/10/2016, Bul. No. 22]. Thus, in the photocells 29 there is a direct conversion of the energy of electromagnetic radiation, based on the photovoltaic effect, into a photovoltaic current, which is removed by means of the face contact 33 and the back contact 34. Intercell connections 30 provide electrical connections of individual photocells 29 in parallel and series circuits to obtain the required parameters of direct current generated by an omnidirectional receiver-converter, which is the power supply of the quadcopter. And then, through a conversion device (not shown in the figures), as, for example, shown in [Drone device: an overview for beginners. https://blog.4vision.ru/novichkam/ustrojstvo-drona-obzor-dlja-novichkov.html], using an electronic speed controller (ESC) (not shown in the figures), designed to control the speed of the drone, the direct current of the source is converted power supply in alternating current, which is needed by the electric motors 6, which drive the screws 7.

В активном полете конструкция квадрокоптера, выполненная в виде основной панели 8 (фиг. 1-3) и двух перпендикулярно пересекающих ее дополнительных панелей 10, 11, жестко скрепленных по линии их пересечения, с диаметром D и включающих каждая две параллельные пластины 2, толщиной δ и с расстоянием h между их внутренними я поверхностями, удовлетворяющих выражению (1), испытывает нагрузки возникающие от внешних сил. В основном эти нагрузки испытывает несущий каркас 15 основной панели 8, выполненный в виде крестообразной рамы 16, получающийся в результате пересечения ее с дополнительными панелями 10, 11 и образующий внутренние концы 3 четырех, несущих корпус 1, лучей 4, причем из концов крестообразной рамы 16 выходят внешние концы 5 лучей 4 с электромоторами 6 и винтами 7, размещенные вокруг корпуса 1. Причем длина L1 внутренних концов 3 лучей 4 удовлетворяет выражению L1≤D/2, а длина L2 внешних концов 7 лучей 4 должна удовлетворять выражению (2).In active flight, the quadcopter structure, made in the form of the main panel 8 (Figs. 1-3) and two additional panels 10, 11 crossing it perpendicularly, rigidly fastened along the line of their intersection, with a diameter D and each including two parallel plates 2, thickness δ and with a distance h between their inner surfaces and surfaces satisfying expression (1), it experiences loads arising from external forces. Basically, these loads are experienced by the supporting frame 15 of the main panel 8, made in the form of a cruciform frame 16, resulting from its intersection with additional panels 10, 11 and forming the inner ends 3 of four beams 4 carrying the body 1, and from the ends of the cruciform frame 16 the outer ends 5 of beams 4 come out with electric motors 6 and screws 7, placed around the body 1. Moreover, the length L 1 of the inner ends of 3 beams 4 satisfies the expression L 1 ≤D / 2, and the length L 2 of the outer ends 7 of beams 4 must satisfy the expression (2 ).

Часть нагрузки, воздействующей на основную панель 8, передается на пластины 2 двух дополнительных панелей 10, 11, выполняющих функцию ребер жесткости, и таким образом, разгружая несущий каркас 15, выполненный в виде крестообразной рамы 16.Part of the load acting on the main panel 8 is transferred to the plates 2 of the two additional panels 10, 11, acting as stiffeners, and thus, unloading the supporting frame 15, made in the form of a cruciform frame 16.

В процессе летной эксплуатации квадрокоптера, одновременно с преобразованием электромагнитной энергии лазерного пучка 21 в электроэнергию, идет также процесс теплообмена в конструктивных элементах всенаправленного приемника-преобразователя, образующего корпус 1 из трех перпендикулярно пересекающихся панелей 8, 10, 11.During the flight operation of the quadrocopter, simultaneously with the conversion of the electromagnetic energy of the laser beam 21 into electricity, there is also the process of heat exchange in the structural elements of the omnidirectional receiver-converter, which forms the body 1 of three perpendicularly intersecting panels 8, 10, 11.

Одна часть энергии лазерного пучка 21, не преобразованная в электроэнергию во всенаправленном приемнике-преобразователе, теплоотдачей с лицевой поверхности фотоэлементов 29, уходит в окружающее корпус 1 квадрокоптера воздушное пространство.One part of the energy of the laser beam 21, not converted into electricity in the omnidirectional receiver-converter, by heat transfer from the front surface of the photocells 29, goes into the air space surrounding the body 1 of the quadcopter.

Другая часть не преобразованной энергии, по причине неполного использования падающего на фотоэлементы 29 потока электромагнитного излучения лазерного пучка 21 в полупроводниковой структуре 31, в виде тепловой энергии через тыльный контакт 34 и электроизолирующий слой 20 поступает на внешнюю поверхность пластины 2 и далее на параллельную ей пластину, благодаря высокой теплопроводности пластин 2 и размещенной между ними сотовой конструкции 9. Благодаря жестким конструктивным связям между панелями 8, 10, 11, а также между ними и цилиндрической оболочкой 28, при высокой теплопроводности этих конструктивных элементов не преобразованное тепло эффективно рассеивается по поверхностям пластин 2 каждой панели 8, 10, 11. Таким образом, обеспечивается передача теплоты на затененные поверхности корпуса 1 от поверхностей, на которые падает электромагнитная энергия лазерного пучка 21. В результате обеспечивается более равномерное распределение температуры по пластинам 2, что способствует более эффективному теплообмену с окружающей средой. С другой стороны, более равные температурные условия работы фотоэлементов 29 повышают надежность работы всенаправленного приемника-преобразователя в целом. Кроме того, равномерное распределение температуры в тонкостенных элементах, из которых состоит конструкция корпуса 1 квадрокоптера, снижает локальные термические напряжения обусловленные падением на отдельные элементы конструкции концентрированной электромагнитной энергии лазерного пучка 21, что повышает работоспособность квадрокоптера как летательного аппарата.Another part of the unconverted energy, due to the incomplete use of the flux of electromagnetic radiation of the laser beam 21 falling on the photocells 29 in the semiconductor structure 31, in the form of thermal energy through the back contact 34 and the electrically insulating layer 20 enters the outer surface of the plate 2 and then to the parallel plate, due to the high thermal conductivity of the plates 2 and the honeycomb structure 9 located between them. Due to the rigid structural connections between the panels 8, 10, 11, as well as between them and the cylindrical shell 28, with the high thermal conductivity of these structural elements, the unconverted heat is effectively dissipated over the surfaces of the plates 2 of each panels 8, 10, 11. Thus, heat is transferred to the shaded surfaces of the housing 1 from the surfaces on which the electromagnetic energy of the laser beam 21 falls. As a result, a more uniform temperature distribution over the plates 2 is provided, which contributes to a more effect eve heat exchange with the environment. On the other hand, more equal temperature conditions of operation of photocells 29 increase the reliability of operation of the omnidirectional receiver-converter as a whole. In addition, the uniform temperature distribution in the thin-walled elements that make up the structure of the quadcopter body 1 reduces local thermal stresses caused by the fall of the concentrated electromagnetic energy of the laser beam 21 on individual structural elements, which increases the efficiency of the quadrocopter as an aircraft.

Одновременно, как отмечалось выше, часть электромагнитной энергии лазерного пучка 21 используется в качестве зондирующего пучка 35 лазерной локационной системы (ЛЛС). Электромагнитная энергия зондирующего пучка 35 падает на полые уголковые отражатели 22 или сплошные уголковые отражатели 23, установленные в зоне трехгранного угла каждого из восьми трехгранных объемов 17 и выполненные в виде правильной треугольной пирамиды 24, где боковые грани 25 являются отражающими и размещены на соответствующих гранях трехгранного угла трехгранного объема 17, а основание 26 площадью SУО является входной гранью 26 уголковых отражателей 22, 23 и каждый из них должен удовлетворять выражению SУО<<S. Причем конструктивно разобщенные, но объединенные функционально во всенаправленный отражатель 27, установленный в центральной части трех взаимно пересекающихся панелей 8, 10, 11. Причем, в зависимости от взаимного расположения панелей 8, 10, 11 относительно направления зондирующего пучка 35 будет меняться видимая для зондирующего пучка 35 площадь лобовой поверхности всенаправленного отражателя 27. Как видно из фиг. 4 и 5, в зависимости от направления оси зондирующего пучка 35, относительно положения пересекающихся панелей 8, 10, 11, возможно освещение от одного до четырех входных граней 26 всенаправленного отражателя 27. Так, например, при совпадении оси зондирующего пучка 35 с биссектрисой трехгранного угла трехгранного объема 17, освещаться будет только входная грань 26 одного уголкового отражателя - полого уголкового отражатели 22 или сплошного уголкового отражателя 23, а при совпадении оси зондирующего пучка 35 с центральной осью 14 (фиг. 4) одной из панелей 8, 10, 11 будут освещаться четыре входные грани 26 для четырех уголковых отражателей - полых уголковых отражателей 22 или сплошных уголковых отражателей 23. При этом возможны, с учетом затенения входных граней 26 панелями 8, 10, 11, промежуточные ситуации.At the same time, as noted above, a part of the electromagnetic energy of the laser beam 21 is used as the probe beam 35 of the laser locating system (LLS). The electromagnetic energy of the probing beam 35 falls on the hollow corner reflectors 22 or solid corner reflectors 23 installed in the area of the triangular angle of each of the eight triangular volumes 17 and made in the form of a regular triangular pyramid 24, where the lateral faces 25 are reflective and placed on the corresponding faces of the triangular angle trihedral volume 17, and the base area 26 S RO is input facet 26 of corner reflectors 22, 23 and each of them has to satisfy the expression S RO << S CF. Moreover, they are structurally separated, but functionally combined into an omnidirectional reflector 27, installed in the central part of three mutually intersecting panels 8, 10, 11. Moreover, depending on the relative position of panels 8, 10, 11 relative to the direction of the probing beam 35, the visible for the probing beam will change 35 is the frontal surface area of the omnidirectional reflector 27. As seen in FIG. 4 and 5, depending on the direction of the axis of the probing beam 35, relative to the position of the intersecting panels 8, 10, 11, illumination from one to four entrance faces 26 of the omnidirectional reflector 27 is possible. For example, when the axis of the probing beam 35 coincides with the bisector of the triangular angle triangular volume 17, only the entrance edge 26 of one corner reflector will be illuminated - hollow corner reflectors 22 or solid corner reflectors 23, and when the axis of the probing beam 35 coincides with the central axis 14 (Fig. 4), one of the panels 8, 10, 11 will be illuminated four entrance edges 26 for four corner reflectors - hollow corner reflectors 22 or solid corner reflectors 23. In this case, taking into account the shading of the entrance edges 26 by panels 8, 10, 11, intermediate situations are possible.

В случае выполнения всенаправленного отражателя 27 из восьми полых уголковых отражателей 22 (фиг. 6), фотоны зондирующего пучка 35 проходят через входную грань 26, в общем случае от одного до четырех полых уголковых отражателей 22, и падают на отражающие боковые грани 25 пирамиды 24, выполненные зеркальными. Зеркальное отражение от каждого из трех отражающих боковых граней 25 приводит к перевороту, соответствующей составляющей вектора скорости фотона в направлении строго противоположном первоначальному, т.е. в направлении приемного устройства системы ПСН.In the case of an omnidirectional reflector 27 of eight hollow corner reflectors 22 (Fig. 6), the photons of the probe beam 35 pass through the entrance face 26, generally from one to four hollow corner reflectors 22, and fall on the reflecting side faces 25 of the pyramid 24, made mirrored. Specular reflection from each of the three reflecting side faces 25 leads to a flip corresponding to the component of the photon velocity vector in the direction strictly opposite to the initial one, i.e. in the direction of the receiver of the PSN system.

В случае всенаправленного отражателя 27, состоящего из восьми сплошных уголковых отражателей 23 (фиг. 7), выполненных из оптического материала, фотоны зондирующего пучка 35 падают на входную грань 26 (в общем случае на входные грани 26 от одного до четырех сплошных уголковых отражателей 23), как правило, с нанесенной на ее поверхность пленкой антиотражающего покрытия (на фигурах не показана), где они преломляются (первое преломление) и переходят из оптически менее плотной среды (воздух) в оптически более плотную (антиотражающее покрытие). Далее, на границе двух сред (антиотражающее покрытие оптический материал) лазерный луч зондирующего пучка 35 испытывает второе преломление и далее электромагнитные волны проходят оптический материал и падают на отражающие боковые грани 25, что приводит к перевороту соответствующей составляющей вектора скорости фотона в направлении строго противоположном первоначальному. Далее лазерный луч, претерпевая в обратном направлении два преломления, как рассмотрено выше, выходит из сплошного уголкового отражателя 23 под тем же углом, под которым он ранее падал на входную грань 26, в направлении приемного устройства системы ПСН.In the case of an omnidirectional reflector 27, consisting of eight solid corner reflectors 23 (Fig. 7) made of optical material, photons of the probing beam 35 fall on the entrance face 26 (in the general case, on the entrance faces 26 from one to four solid corner reflectors 23) , as a rule, with an antireflection coating film applied to its surface (not shown in the figures), where they refract (first refraction) and pass from an optically less dense medium (air) to an optically denser one (antireflection coating). Further, at the boundary of two media (antireflection coating optical material), the laser beam of the probe beam 35 undergoes a second refraction, and then electromagnetic waves pass through the optical material and fall on the reflecting side faces 25, which leads to a flip of the corresponding component of the photon velocity vector in the direction strictly opposite to the initial one. Further, the laser beam, undergoing two refractions in the opposite direction, as discussed above, leaves the solid corner reflector 23 at the same angle at which it previously fell on the entrance face 26, in the direction of the receiver of the PSN system.

Приведем расчетный пример проектирования квадрокоптера.Let's give a calculated example of a quadcopter design.

Корпус 1 квадрокоптера формируем в виде основной панели 8, состоящей из двух круглых параллельных пластин 2 диаметром D и толщиной 5 с размещенной между ними сотовой конструкцией 9, и двух дополнительных панелей 10, 11, идентичных по составу, форме и размеру основной панели 8. Три перпендикулярно пересекающиеся упомянутые панели 8, 10, 11, жестко скрепленные по линии их пересечения, вписаны в сферу 12 с центром 13, являющимся точкой пересечения центральных осей 14 панелей 8, 10, 11. Взаимно пересекающиеся панели 8, 10, 11, с цилиндрическими оболочками 28, образуют корпус 1 в виде всенаправленного приемника-преобразователя лазерного излучения в электроэнергию и где на приемных поверхностях корпуса 1 установлены фотоэлементы 29.The body 1 of the quadcopter is formed in the form of a main panel 8, consisting of two circular parallel plates 2 with a diameter D and a thickness of 5 with a honeycomb structure 9 placed between them, and two additional panels 10, 11, identical in composition, shape and size to the main panel 8. Three the perpendicularly intersecting said panels 8, 10, 11, rigidly fastened along the line of their intersection, are inscribed in a sphere 12 with center 13, which is the point of intersection of the central axes 14 of panels 8, 10, 11. Mutually intersecting panels 8, 10, 11, with cylindrical shells 28, form a housing 1 in the form of an omnidirectional receiver-converter of laser radiation into electricity, and where photocells 29 are installed on the receiving surfaces of the housing 1.

Для данного примера примем круговой лазерный пучок 21, т.е. пространственное распределение мощности лазерного пучка 21 имеет круговую симметрию. Ось лазерного пучка 21 направляют в центр 13 сферы 12. При этом испускаются когерентные электромагнитные волны оптического диапазона, положим длиной λ=0,8 мкм [Физический энциклопедический словарь. Москва, «Советская энциклопедия», 1983. С. 338]. Примем, что лазерный пучок 21 падает на корпус 1, т.е. на приемные поверхности приемника-преобразователя, непрерывно со средней плотностью мощности Е=18⋅103 Вт/м2, отнесенной к поперечному сечению лазерного пучка 21 диаметром, примерно равным диаметру D панелей 8, 10, 11. В первом приближении примем зависимость относительной выходной электрической мощности (Р/Р0), снимаемой с приемника-преобразователя, от направления оси лазерного пучка 21, падающего на приемник-преобразователь, аналогичной зависимости Р/Р0 для солнечной батареи шарообразной формы, как наиболее близкой но геометрии, и приведенной в [Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 79], где Р/Р0=0,9-1,0. Здесь Р0 - максимальная выходная электрическая мощность снимаемая с всенаправленного приемника-преобразователя. Используя для Р уравнение из [Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей. М: Энергоатомиздат, 1983. С. 73], запишем в общем виде для выходной электрической мощности всенаправленного приемника-преобразователя соотношениеFor this example, we will take a circular laser beam 21, i.e. the spatial distribution of the power of the laser beam 21 has circular symmetry. The axis of the laser beam 21 is directed to the center 13 of the sphere 12. In this case, coherent electromagnetic waves of the optical range are emitted, we put the length λ = 0.8 μm [Physical encyclopedic dictionary. Moscow, "Soviet Encyclopedia", 1983. S. 338]. Let us assume that the laser beam 21 falls on the housing 1, i.e. on the receiving surface of the receiver-converter, continuously with an average power density E = 18⋅10 3 W / m 2 , referred to the cross section of the laser beam 21 with a diameter approximately equal to the diameter D of panels 8, 10, 11. In the first approximation, we take the dependence of the relative output electrical power (P / P 0 ) taken from the receiver-converter, from the direction of the axis of the laser beam 21 incident on the receiver-converter, similar to the P / P 0 dependence for a spherical solar battery, as the closest geometry, and given in [ G. Rauschenbach. Handbook for the design of solar panels. M .: Energoatomizdat, 1983. S. 79], where P / P 0 = 0.9-1.0. Here P 0 is the maximum output electrical power taken from the omnidirectional receiver-converter. Using the equation from [G. Rauschenbach. Handbook for the design of solar panels. M: Energoatomizdat, 1983. S. 73], we write in general form for the output electric power of the omnidirectional receiver-converter the ratio

Figure 00000003
Figure 00000003

где Е - средняя плотность мощности лазерного пучка 21 падающего на приемник-преобразователь, Вт/м2;where E is the average power density of the laser beam 21 incident on the receiver-converter, W / m 2 ;

η - КПД преобразования приемника-преобразователя, отн. ед.;η - conversion efficiency of the receiver-converter, rel. units;

F - суммарный фактор, учитывающий возможную деградацию ее параметров и особенности приемника-преобразователя, в том числе снижение полезной площади панели 8, 10, 11 за счет использования всенаправленного отражателя 27 используемого системой ПСН;F is a total factor that takes into account the possible degradation of its parameters and the characteristics of the receiver-converter, including a decrease in the useful area of the panel 8, 10, 11 due to the use of an omnidirectional reflector 27 used by the PSN system;

i - номер панели 8, 10, 11;i - panel number 8, 10, 11;

(SПП)i - площадь приемной поверхности i-ой панели 8, 10, 11, на которую падает лазерный пучок 21;(S PP ) i - the area of the receiving surface of the i-th panel 8, 10, 11, on which the laser beam 21 falls;

Гi - угол между осью лазерного пучка 21 и нормалью к плоскости i-ой панели 8, 10, 11.Г i is the angle between the axis of the laser beam 21 and the normal to the plane of the i-th panel 8, 10, 11.

В рассматриваемом приемнике-преобразователе площадь приемной поверхности Snn образуют грани (или части граней) трехгранного объема 17 и части площади цилиндрической оболочки 28 панели 8, 10, 11, поскольку лазерный пучок 21 падает, как правило, на часть площади пластин 2 трехгранного объема 17, а другая часть этой пластины 2 загорожена (затенена) соседними панелями 8, 10,11 и поэтому остается в тени.In the receiver-converter under consideration, the receiving surface area Snn is formed by the faces (or parts of the faces) of the triangular volume 17 and part of the area of the cylindrical shell 28 of the panel 8, 10, 11, since the laser beam 21 falls, as a rule, on a part of the area of the plates 2 of the triangular volume 17, and the other part of this plate 2 is obscured (shaded) by adjacent panels 8, 10, 11 and therefore remains in the shadow.

Базовыми материалами для производства фотоэлементов 29 с внутренним фотоэффектом [В.С. Авдуевский, Г.Р. Успенский. Космическая индустрия. Москва. Машиностроение, 1989 г. С. 138] являются полупроводниковые структуры 31 на основе соединений элементов III и V (АIIIВV), II и VI групп (AIIBVI) или на основе полупроводников IV группы периодической системы элементов. Для расчетного примера в качестве фотоэлементов 29, покрывающих через электроизолирующий слой 20 внешние поверхности цилиндрической оболочки 28 и пластины 2, образующие грани трехгранных объемов 17, панелей 8, 10, 11, используем тонкопленочные однопереходные фотоэлектрические элементы (ФЭП) на основе AlGaAs/GaAs [Ж.И. Алферов, В.М. Андреев, В.Д. Румянцев. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 8, с. 937-948], разработанные в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН и позволяющие сохранить высокий КПД при уменьшении толщины структуры ФЭП до величины менее 10 мкм [В.И. Кишко, В. Ф. Матюхин. Принципы построения адаптивных ретрансляторов для стратосферных систем передачи энергии // Автометрия. 2012. .Т. 48, №2. с. 59-66.]. Выбранный в качестве полупроводниковой структуры 31 материал на основе GaAs имеет наивысший показатель поглощения, для выбранной в расчетном примере длины волны лазера λ=0,8 мкм, в сравнении с другими полупроводниками [В.А. Грилихес, П.П. Орлов, Л.Б. Попов. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984, с. 93]. Защитное покрытие 32 фотоэлементов 29 предположим выполнено из ZnS, как предложено, например, в техническом решении [Фотоэлемент приемника-преобразователя лазерного излучения. Патент на изобретение №2593821, МПК: H01L 31/04 (2014.01). Опубликовано 10.08.2016. Бюл. №22]. Для каждой панели 8, 10, 11 через электроизолирующий слой 20 устанавливаем фотоэлементы 29 с полосковыми лицевыми контактами 33 и сплошными тыльными контактами 34, выполненными из материала на основе Au, и коммутируем их в последовательно-параллельные цепи. В расчетном примере примем КПД фотоэлементов 29 с внутренним фотоэффектом η=0,5, а суммарный фактор, учитывающий потери в коммутации и дополнительную тепловую нагрузку на всенаправленный приемник-преобразователь, испытываемую корпусом 1 от солнечного излучения, в первом приближении примем F=0,9. Считаем, что максимум снимаемой с всенаправленного приемника-преобразователя выходной электрической мощности (Р0) соответствует направлению оси лазерного пучка совпадающей с центральной осью 14 какой-либо панели 8, 10, 11. Примем в данном примере величину максимальной выходной электрической мощности всенаправленного приемника-преобразователя Р0=4⋅103 Вт. Решая уравнение (3) относительно SПП получаем площадь приемной плоскости, в данном случае она практически совпадает с площадью панели (S), с одной ее стороны, т.е.Basic materials for the production of photocells 29 with an internal photoelectric effect [V.S. Avduevsky, G.R. Uspensky. Space industry. Moscow. Mechanical engineering, 1989, S. 138] are semiconductor structures 31 based on compounds of elements III and V (A III B V ), II and VI groups (A II B VI ) or based on semiconductors of group IV of the periodic table of elements. For a computational example, as photocells 29, covering through the electrical insulating layer 20 the outer surfaces of the cylindrical shell 28 and plate 2, forming the faces of the triangular volumes 17, panels 8, 10, 11, we use thin-film single-junction photovoltaic cells (PVCs) based on AlGaAs / GaAs [Zh .AND. Alferov, V.M. Andreev, V.D. Rumyantsev. Trends and prospects for the development of solar photoenergy // Physics and technology of semiconductors, 2004, volume 38, no. 8, p. 937-948], developed at the Physico-Technical Institute. A.F. Ioffe RAS and allowing to maintain high efficiency while reducing the thickness of the PVC structure to less than 10 microns [V.I. Kishko, V.F. Matyukhin. Principles of constructing adaptive repeaters for stratospheric energy transmission systems // Avtometriya. 2012. T. 48, no. 2. from. 59-66.]. The GaAs-based material selected as the semiconductor structure 31 has the highest absorption rate for the laser wavelength λ = 0.8 μm selected in the calculation example, in comparison with other semiconductors [V.A. Griliches, P.P. Orlov, L.B. Popov. Solar energy and space travel. Moscow: Nauka, 1984, p. 93]. The protective coating 32 of the photocells 29 is assumed to be made of ZnS, as suggested, for example, in the technical solution [Photocell of the laser receiver-converter. Invention patent No. 2593821, IPC: H01L 31/04 (2014.01). Published on August 10th, 2016. Bul. No. 22]. For each panel 8, 10, 11, through the electrical insulating layer 20, we install photocells 29 with strip front contacts 33 and solid rear contacts 34 made of Au-based material and switch them into series-parallel circuits. In the computational example, we take the efficiency of photocells 29 with an internal photoelectric effect η = 0.5, and the total factor, taking into account switching losses and additional thermal load on the omnidirectional receiver-converter, tested by housing 1 from solar radiation, in the first approximation we take F = 0.9 ... We assume that the maximum output electrical power (P 0 ) taken from the omnidirectional receiver-converter corresponds to the direction of the laser beam axis coinciding with the central axis 14 of any panel 8, 10, 11. In this example, we will take the value of the maximum output electric power of the omnidirectional receiver-converter P 0 = 4⋅10 3 W. Solving equation (3) with respect to S PP, we obtain the area of the receiving plane, in this case it practically coincides with the area of the panel (S), on one side, i.e.

SПП = Р0/(Е⋅cosГ⋅η F) = 4⋅103/(18⋅103⋅cos 0⋅0,5⋅0,9)=0,5 м2.S PP = P 0 / (E⋅cosG⋅η F) = 4⋅10 3 / (18⋅10 3 ⋅cos 0⋅0.5⋅0.9) = 0.5 m 2 .

Откуда определим размеры приемника-преобразователя, т.е. диаметр пластин 2 панелей 8, 10, 11 D = 2⋅(S/π)0,5 = 2⋅(0,5/π)0 5 ≈ 0,8 м = 800 мм. Каждая панель 8, 10, 11 включает по две параллельные пластины 2, толщиной 5 (принимаем 8=1 мм) и с расстоянием h (принимаем h=80 мм) между их внутренними поверхностями, что удовлетворяет условию δ<<h<<D. Таким образом, корпус 1 квадрокоптера выполняем как можно более легким из тонкостенных оболочек, что характерно для летательных аппаратов. Причем пластины 2 и сотовую конструкцию 9 (фиг. 8) выполняют из материала с высокой теплопроводностью, в качестве которого выбираем алюминий или сплавы на его основе, поскольку этот металл обладает достаточной прочностью, низкой удельной массой и высокой теплопроводностью [Физические величины. Справочник под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. с. 52-56, 99, 340], что очень важно при проектировании всенаправленного приемника-преобразователя энергии лазерного пучка 21 в электроэнергию для квадрокоптера. Выполняем каждую панель 8, 10, 11 в виде сотовой конструкции 9 из алюминиевой фольги толщиной δф=0,1 мм (фиг. 1, 8). Причем панели 8, 10, 11 размещают так, чтобы они были вписаны в сферу 12 радиусом Rсф = 0,5[D2+(h+2⋅δ)2]1,/2 = 0,5[64⋅104+(80+2⋅0,1)2]1,/2 = 4,02⋅102 мм с центром 13, являющимся точкой пересечения центральных осей 14 панелей 8, 10, 11. Всю электронную «начинку» (на фигуре не показана) квадрокоптера размещаем в сотовой конструкции 9 между пластинами 2 основной панели 8. Между пластинами 2 основной панели 8 также размещаем несущий каркас 15 в виде крестообразной рамы 16, получающийся в результате пересечения ее с дополнительными панелями 10, 11, и образующий внутренние концы 3 четырех несущих корпус 1 лучей 4, причем из концов крестообразной рамы 16 выходят внешние концы 5 лучей 4 с электромоторами 6 и винтами 7, размещенные вокруг корпуса 1, как приведено на фиг. 1-4. Причем длина L1 внутренних концов 3 лучей 4 принимаем равной L1=400 мм, что удовлетворяет выражению L1≤D/2. Принимаем длину винта 7 LB=300 мм, высоту винта 7 над внешним концом 5 луча 4 HB=150 мм, а длину внешних концов 5 лучей 4 принимаем L2=150 мм, что удовлетворяет выражению (2), т.е.From where we determine the dimensions of the receiver-converter, i.e. diameter of plates of 2 panels 8, 10, 11 D = 2⋅ (S / π) 0.5 = 2⋅ (0.5 / π) 0 5 ≈ 0.8 m = 800 mm. Each panel 8, 10, 11 includes two parallel plates 2, 5 thick (we take 8 = 1 mm) and with a distance h (we take h = 80 mm) between their inner surfaces, which satisfies the condition δ << h << D. Thus, the body 1 of the quadcopter is made as lightweight as possible from thin-walled shells, which is typical for aircraft. Moreover, the plates 2 and the honeycomb structure 9 (Fig. 8) are made of a material with high thermal conductivity, for which we choose aluminum or alloys based on it, since this metal has sufficient strength, low specific gravity and high thermal conductivity [Physical quantities. Handbook ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. M .: Energoatomizdat, 1991. p. 52-56, 99, 340], which is very important when designing an omnidirectional receiver-converter of the energy of the laser beam 21 into electric power for a quadcopter. We execute each panel 8, 10, 11 in the form of a honeycomb structure 9 of aluminum foil with a thickness of δ f = 0.1 mm (Fig. 1, 8). Moreover, panels 8, 10, 11 are placed so that they are inscribed in a sphere 12 with a radius of R sp = 0.5 [D 2 + (h + 2⋅δ) 2 ] 1, / 2 = 0.5 [64⋅10 4 + (80 + 2⋅0.1) 2 ] 1, / 2 = 4.02⋅10 2 mm with center 13, which is the point of intersection of the central axes 14 of panels 8, 10, 11. The entire electronic "filling" (in the figure not shown) the quadcopter is placed in the honeycomb structure 9 between the plates 2 of the main panel 8. Between the plates 2 of the main panel 8, we also place the supporting frame 15 in the form of a cruciform frame 16, resulting from its intersection with additional panels 10, 11, and forming the inner ends 3 of four carrying the body 1 beams 4, and from the ends of the cruciform frame 16 emerge the outer ends 5 of the beams 4 with electric motors 6 and screws 7, placed around the body 1, as shown in Fig. 1-4. Moreover, the length L 1 of the inner ends 3 of the rays 4 is taken equal to L 1 = 400 mm, which satisfies the expression L 1 ≤D / 2. We take the length of the screw 7 L B = 300 mm, the height of the screw 7 above the outer end 5 of the beam 4 H B = 150 mm, and the length of the outer ends of the 5 beams 4 we take L 2 = 150 mm, which satisfies expression (2), i.e.

L2>LB/2-D/2+{0,25⋅D2-[HB-(h/2+δ)]2}1/2 = 300/2-800/2+{0,25⋅64⋅104-[150-(80/2+1)]2}1/2 =130 мм.L 2 > L B / 2-D / 2 + {0.25⋅D 2 - [H B - (h / 2 + δ)] 2 } 1/2 = 300 / 2-800 / 2 + {0.25 ⋅64⋅10 4 - [150- (80/2 + 1)] 2 } 1/2 = 130 mm.

В зоне трехгранного угла каждого из восьми трехгранных объемов 17 устанавливают полый уголковый отражатель 22 или сплошной уголковый отражатель 23, выполненные в виде правильной треугольной пирамиды 24, где боковые грани 25 являются отражающими и размещены на соответствующих гранях трехгранного объема 17. Примем величину бокового ребра b пирамиды 24 равной b=30 мм, откуда определим площадь SУО основания 26 пирамиды 24, являющегося входной гранью 26 полого уголкового отражателя 22 или сплошного уголкового отражателя 23, по формуле [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд. переработанное. Под редакцией Г. Гроше и В. Циглера. Совместное издание. Издательство «Тойбнер» Лейпциг, Москва «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. с. 217]. Откуда SУО=b2⋅sin60°/2 = 302⋅sin60°/2 = 3,9⋅102 мм2 = 3,9⋅10-4 м2. Для сравнения определим площадь SСФ треугольника на сфере 12 одного из восьми полых трехгранных объемов 17, зная площадь сферы 12 S и площади сферической поверхности трех шаровых слоев ∑SСЛ, образованных при пересечении пластин 2 панелей 8, 10, 11 со сферой 12, по зависимостям, приведенным в [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд. переработанное. Под редакцией Г. Гроше и В. Циглера. Совместное издание. Издательство «Тойбнер» Лейпциг, Москва «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. с. 224], по формулеIn the area of the triangular corner of each of the eight triangular volumes 17, a hollow corner reflector 22 or a solid corner reflector 23 is installed, made in the form of a regular triangular pyramid 24, where the lateral faces 25 are reflective and are placed on the corresponding faces of the triangular volume 17. Let us take the value of the side edge b of the pyramid 24 equal to b = 30 mm, whence we determine the area S UO of the base 26 of the pyramid 24, which is the entrance face 26 of the hollow corner reflector 22 or the solid corner reflector 23, according to the formula [IN Bronstein, KA Semendyaev. A guide to mathematics for engineers and students of technical colleges. Ed. recycled. Edited by G. Grosche and W. Ziegler. Joint publication. Publishing House "Teubner" Leipzig, Moscow "Science", Ch. ed. physical-mat. lit., 1981. p. 217]. Whence S UO = b 2 ⋅sin60 ° / 2 = 30 2 ⋅sin60 ° / 2 = 3.9⋅10 2 mm 2 = 3.9⋅10 -4 m 2 . For comparison, let us determine the area S SF of the triangle on the sphere 12 of one of the eight hollow triangular volumes 17, knowing the area of the sphere 12 S and the area of the spherical surface of the three spherical layers ∑S SL formed at the intersection of the plates 2 of panels 8, 10, 11 with the sphere 12, according to dependencies given in [IN Bronstein, KA Semendyaev. A guide to mathematics for engineers and students of technical colleges. Ed. recycled. Edited by G. Grosche and W. Ziegler. Joint publication. Publishing House "Teubner" Leipzig, Moscow "Science", Ch. ed. physical-mat. lit., 1981. p. 224], according to the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, сравнивая полученные значения площадей SУО и SСФ, видно, что площадь входной грани 26 полого уголкового отражателя 22 или сплошного уголкового отражателя 23 составляет 0,134% от площади SСФ треугольника на сфере 12 полого трехгранного объема 17, что удовлетворяет требуемому условию SУО<<S.Thus, comparing the obtained values of the areas S UO and S SF , it can be seen that the area of the input face 26 of the hollow corner reflector 22 or the solid corner reflector 23 is 0.134% of the area S SF of the triangle on the sphere 12 of the hollow triangular volume 17, which satisfies the required condition S UO << S SF .

Положим, что ось зондирующего пучка 35 совпадает с биссектрисой трехгранного угла трехгранного объема 17, т.е. освещаться будет только входная грань 26 одного уголкового отражателя - полого уголкового отражатели 22 или сплошного уголкового отражателя 23. Откуда, в первом приближении, определим мощность зондирующего пучка 35, падающего на всенаправленный отражатель 27, по выражению W = Е⋅SУО = 18⋅103⋅3,9⋅10-4 = 7 Вт. Для данного примера выполняем всенаправленный отражатель 27 состоящим из восьми полых уголковых отражателей 22. Причем боковые грани 25 выполняем зеркальными с отражающим покрытием из серебра, что вызвано в первую очередь максимально высоким спектральным коэффициентом отражения пленок серебра ρλ. Для принятой в примере длины волны λ=0,8 мкм коэффициент отражения пленки серебра, которую используем в качестве покрытия ρλ=0,964 [Физические величины. Справочник под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Москва: Энергоатомиздат, 1991. С. 783].Let us assume that the axis of the probing beam 35 coincides with the bisector of the trihedral angle of the triangular volume 17, i.e. only the entrance face 26 of one corner reflector will be illuminated - a hollow corner reflector 22 or a solid corner reflector 23. From where, in the first approximation, we determine the power of the probing beam 35 incident on the omnidirectional reflector 27, according to the expression W = Е⋅S УО = 18⋅10 3 ⋅3.9⋅10 -4 = 7 W. For this example, we make an omnidirectional reflector 27 consisting of eight hollow corner reflectors 22. Moreover, the lateral faces 25 are mirrored with a reflective silver coating, which is primarily caused by the highest spectral reflectance ρ λ of silver films. For the wavelength λ = 0.8 μm adopted in the example, the reflection coefficient of the silver film, which we use as a coating, ρ λ = 0.964 [Physical quantities. Handbook ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. Moscow: Energoatomizdat, 1991. S. 783].

Вывод соотношения (2) вытекает из рассмотрения геометрии элементов квадрокоптера, приведенных на фиг. 1, 2, 4, достаточно очевиден и определяется недопущением в полете касания винтами 7 панелей 8, 10, 11.The derivation of relation (2) follows from consideration of the geometry of the quadrocopter elements shown in Fig. 1, 2, 4, is quite obvious and is determined by the inadmissibility of the screws 7 touching panels 8, 10, 11 in flight.

В дополнение отметим положительные моменты в предлагаемой конструкции квадрокоптера:In addition, we note the positive aspects of the proposed quadcopter design:

- универсальность конструкции - корпус состоит из трех одинаковых по конструкции панелей, выполненных из материала с высокой теплопроводностью и состоящих каждая из двух круглых параллельных пластин с размещенной между ними сотовой конструкцией;- design versatility - the body consists of three panels of the same design, made of material with high thermal conductivity and each consisting of two circular parallel plates with a honeycomb structure placed between them;

- дополнительные панели фактически выполняют несколько функций: развивают поверхность размещения ФЭП, образуют всенаправленный приемник-преобразователь, обеспечивают жесткость основной панели и четырех, несущих корпус, лучей;- additional panels actually perform several functions: they develop the surface for placing the FEP, form an omnidirectional receiver-converter, provide the rigidity of the main panel and four beams carrying the body;

- использованы торцевые поверхности панелей, введя в конструкцию цилиндрические оболочки, на которые дополнительно размещены ФЭП и которые придают всей конструкции квадрокоптера дополнительную жесткость;- the end surfaces of the panels were used, introducing into the design cylindrical shells, on which the FEPs are additionally placed and which give the entire structure of the quadcopter additional rigidity;

- в отличие от летательных аппаратов, использующих в конструкции солнечные преобразователи, предлагаемая конструкция может летать как в дневное, так и в ночное время;- unlike aircraft that use solar converters in their design, the proposed design can fly both during the day and at night;

- высокотеплопроводная сотовая конструкция панелей позволяет эффективно перераспределять тепло между пластинами каждой панели, что приводит к выравниванию температуры корпуса квадрокоптера;- the highly heat-conductive honeycomb design of the panels allows you to effectively redistribute heat between the plates of each panel, which leads to the equalization of the temperature of the quadcopter body;

- конструкция выполнена на основе тонкостенных оболочек, это позволяет получать минимальные удельные массы конструкции, что является необходимым условием летательных аппаратов, работающих в воздушном пространстве;- the structure is made on the basis of thin-walled shells, this allows obtaining the minimum specific mass of the structure, which is a necessary condition for aircraft operating in airspace;

- эффективно использовать предлагаемую конструкцию квадрокоптера, где не требуют высоких скоростей полета, но требуют больших времен зависания над объектом исследования.- effectively use the proposed design of a quadcopter, where they do not require high flight speeds, but require long hovering times over the object of study.

Claims (6)

1. Квадрокоптер, включающий корпус, параллельные пластины, между которыми установлены внутренние концы четырех несущих корпус лучей, на внешних концах которых установлены электромоторы с винтами, размещенные вокруг корпуса, отличающийся тем, что в него введены основная панель, выполненная из материала с высокой теплопроводностью и состоящая из двух круглых параллельных пластин с размещенной между ними сотовой конструкцией, и две дополнительные панели, идентичные по составу, форме и размеру основной панели, при соблюдении следующего соотношения δ<<h<<D, где δ - толщина пластины; D - диаметр пластины; h - расстояние между внутренними поверхностями каждой пары упомянутых пластин, при этом корпус образован тремя перпендикулярно пересекающимися упомянутыми панелями, жестко скрепленными по линии их пересечения, причем панели вписаны в сферу радиусом R=0,5[D2+(h+2⋅δ)2]1/2 с центром, являющимся точкой пересечения центральных осей панелей, причем между пластинами основной панели размещен несущий каркас в виде крестообразной рамы, получающийся в результате пересечения ее с дополнительными панелями и образующий внутренние концы четырех несущих корпус лучей, причем из концов крестообразной рамы выходят упомянутые внешние концы лучей с электромоторами и винтами, при этом в результате взаимных пересечений трех пар пластин панелей образуются восемь полых трехгранных объемов, ограниченных каждый тремя перпендикулярными гранями трехгранного угла, с общей точкой - вершиной пересечения граней, где гранями являются пластины, а ребрами - линии пересечения пластин, и треугольником на сфере площадью SСФ, образуемым при пересечении упомянутых граней с поверхностью сферы, причем для каждой упомянутой панели на внешней поверхности пластины, образующей грань трехгранного объема, через электроизолирующий слой установлены фотоэлементы для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения лазерного пучка, направленного на геометрический центр сферы, в электрическую энергию, причем длина L1 внутренних концов лучей удовлетворяет выражению L1≤D/2, а длина L2 внешних концов лучей должна удовлетворять выражению:1. A quadrocopter, including a body, parallel plates, between which the inner ends of four beams carrying the body are installed, at the outer ends of which there are installed electric motors with screws, placed around the body, characterized in that the main panel made of a material with high thermal conductivity is introduced into it and consisting of two round parallel plates with a honeycomb structure placed between them, and two additional panels, identical in composition, shape and size of the main panel, subject to the following ratio δ << h << D, where δ is the thickness of the plate; D is the diameter of the plate; h is the distance between the inner surfaces of each pair of said plates, while the body is formed by three perpendicularly intersecting said panels, rigidly fastened along the line of their intersection, and the panels are inscribed in a sphere of radius R cf = 0.5 [D 2 + (h + 2⋅δ ) 2 ] 1/2 with the center, which is the point of intersection of the central axes of the panels, and between the plates of the main panel there is a supporting frame in the form of a cruciform frame, resulting from its intersection with additional panels and forming the inner ends of four beams carrying the body, and from the ends of the cruciform the above-mentioned outer ends of the beams come out with electric motors and screws, while as a result of mutual intersections of three pairs of panel plates, eight hollow triangular volumes are formed, each bounded by three perpendicular faces of a trihedral angle, with a common point - the vertex of the intersection of the faces, where the faces are the plates, and the edges - the lines of intersection of the plates, and a triangle on the sphere is flat spade S SF , formed at the intersection of the said edges with the surface of the sphere, and for each of the said panel on the outer surface of the plate, forming the edge of the triangular volume, through an electrically insulating layer, photocells are installed to directly convert the energy of electromagnetic radiation of a laser beam directed to the geometric center of the sphere into an electric one energy, and the length L 1 of the inner ends of the beams satisfies the expression L 1 ≤D / 2, and the length L 2 of the outer ends of the beams must satisfy the expression: L2>LB/2-D/2+{0,25 D2-[НB-(h/2+δ)]2}1/2,L 2 > L B / 2-D / 2 + {0.25 D 2 - [H B - (h / 2 + δ)] 2 } 1/2 , где LB - длина винта;where L B is the length of the screw; НB - высота винта над внешним концом луча.Н B is the screw height above the outer end of the beam. 2. Квадрокоптер по п. 1, отличающийся тем, что в него введен полый или сплошной уголковый отражатель, установленный в зоне трехгранного угла каждого из восьми трехгранных объемов и выполненный в виде правильной треугольной пирамиды, где боковые грани являются отражающими и размещены на соответствующих гранях трехгранного объема, а основание площадью SYO является входной гранью упомянутого отражателя и каждый из них должен удовлетворять выражению SУО<<S, причем конструктивно разобщенные, но объединенные функционально во всенаправленный отражатель, установленный в центральной части трех взаимно пересекающихся панелей.2. The quadcopter according to claim 1, characterized in that a hollow or solid corner reflector is introduced into it, installed in the zone of the triangular angle of each of the eight triangular volumes and made in the form of a regular triangular pyramid, where the lateral faces are reflective and are placed on the corresponding faces of the triangular volume, and the base with area S YO is the entrance face of the said reflector and each of them must satisfy the expression S UO << S , and structurally separated, but combined functionally into an omnidirectional reflector installed in the central part of three mutually intersecting panels. 3. Квадрокоптер по п. 1, отличающийся тем, что в него введена цилиндрическая оболочка высотой hЦ, где hЦ=h, толщиной стенки Δ и с внешним диаметром d, установленная по торцевой поверхности каждой панели, кроме поверхностей взаимного пересечения основной панели с дополнительными панелями, причем Δ=δ и d=D, а ось цилиндрической оболочки совпадает с центральной осью соответствующей панели, где стенки цилиндрической оболочки жестко скреплены по линии их пересечения с соответствующими пластинами и выполнены из того же материала, что и пластины, а на внешней поверхности цилиндрической оболочки через электроизолирующий слой установлены фотоэлементы.3. The quadrocopter according to claim 1, characterized in that a cylindrical shell of height h C is introduced into it, where h C = h, wall thickness Δ and with an outer diameter d, installed on the end surface of each panel, except for the surfaces of mutual intersection of the main panel with additional panels, with Δ = δ and d = D, and the axis of the cylindrical shell coincides with the central axis of the corresponding panel, where the walls of the cylindrical shell are rigidly fastened along the line of their intersection with the corresponding plates and are made of the same material as the plates, and on the outer the surface of the cylindrical shell through an electrically insulating layer, photocells are installed.
RU2020106602A 2020-02-11 2020-02-11 Quadcopter RU2734680C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106602A RU2734680C1 (en) 2020-02-11 2020-02-11 Quadcopter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106602A RU2734680C1 (en) 2020-02-11 2020-02-11 Quadcopter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734680C1 true RU2734680C1 (en) 2020-10-21

Family

ID=72948927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020106602A RU2734680C1 (en) 2020-02-11 2020-02-11 Quadcopter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734680C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU228089U1 (en) * 2024-02-08 2024-08-15 Общество с ограниченной ответственностью КБ "АТАМАНОВА" (ООО КБ "АТАМАНОВА") Frame for small-sized sports and entertainment drone of copter type

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2644438A2 (en) * 2012-03-29 2013-10-02 The Boeing Company Vehicle base station
EP2233393B1 (en) * 2009-03-23 2016-01-06 Gregor Schnoell Locking system
RU2630190C1 (en) * 2016-03-01 2017-09-05 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Laser light omnidirectional receiver-transducer (2 versions)
RU2665123C2 (en) * 2017-01-23 2018-08-28 Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАЗ" Folding quadcopter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2233393B1 (en) * 2009-03-23 2016-01-06 Gregor Schnoell Locking system
EP2644438A2 (en) * 2012-03-29 2013-10-02 The Boeing Company Vehicle base station
RU2630190C1 (en) * 2016-03-01 2017-09-05 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Laser light omnidirectional receiver-transducer (2 versions)
RU2665123C2 (en) * 2017-01-23 2018-08-28 Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАЗ" Folding quadcopter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU228089U1 (en) * 2024-02-08 2024-08-15 Общество с ограниченной ответственностью КБ "АТАМАНОВА" (ООО КБ "АТАМАНОВА") Frame for small-sized sports and entertainment drone of copter type
RU231823U1 (en) * 2024-11-08 2025-02-12 Общество с ограниченной ответственностью "МВС-Аэро" Racing quadcopter frame

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10924178B2 (en) Geostationary high altitude platform
US5503350A (en) Microwave-powered aircraft
Huang et al. Energy-optimal path planning for solar-powered UAV with tracking moving ground target
ES2807425T3 (en) High altitude aircraft wing geometry
Langelaan et al. Green flight challenge: aircraft design and flight planning for extreme fuel efficiency
Turk et al. A conceptual design of a solar powered UAV and assessment for continental climate flight conditions
Alam et al. High altitude airship: A review of thermal analyses and design approaches
Marta et al. Long endurance electric UAV for civilian surveillance missions
RU2734680C1 (en) Quadcopter
Jones et al. Aqua-Quad-solar powered, long endurance, hybrid mobile vehicle for persistent surface and underwater reconnaissance, part I-platform design
Karpovich et al. Rocket-based versus solar wing-tail Martian UAVs: design, analysis, and trade studies
Baraniello et al. Conceptual Design of a Stratospheric Hybrid Platform for Earth Observation and Telecommunications
Wickenheiser et al. Conceptual design considerations for microwave-and solar-powered fuel-less aircraft
Eubank et al. Unattended operation of an autonomous seaplane for persistent surface and airborne ocean monitoring
Himer et al. General parametric of two micro-concentrator photovoltaic systems for drone application
Tsolis Theoretical and experimental study of micro air vehicle powered by RF Signal at 10 GHz
Liu Sustainable Autonomous Solar UAV with Distributed Propulsion System
Komerath et al. An architecture using lighter-than-air platforms for retail power beaming and communications
Mateja et al. Energy Autonomy Simulation Model of Solar Powered UAV. Energies 2023, 16, 479
US11594143B1 (en) System and method for determining distance in navigation of an electric aircraft
Yang Study of the Power Required for Flight of the Aqua-Quad (Solar-Powered Quad-Rotor Unmanned Aerial System)
Marta et al. Drones Safe Flight: On Addressing Operational Safety For Low Cost Small Drones
Ozawa et al. Study of electric aircraft recharged by Beamed Microwave Power
Watters et al. Conceptual Design of a Shape-Changing Airship for Persistent Stratospheric Operations
Nguyen Design considerations for high-altitude, long-endurance, microwave-powered aircraft