RU2827131C1 - Hybrid airborne aerial surveillance system - Google Patents
Hybrid airborne aerial surveillance system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2827131C1 RU2827131C1 RU2023121533A RU2023121533A RU2827131C1 RU 2827131 C1 RU2827131 C1 RU 2827131C1 RU 2023121533 A RU2023121533 A RU 2023121533A RU 2023121533 A RU2023121533 A RU 2023121533A RU 2827131 C1 RU2827131 C1 RU 2827131C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wind
- aerostat
- hybrid
- gas
- surveillance system
- Prior art date
Links
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), которое может найти применение для работы как в стационарном привязном режиме с автономным бортовым питанием в качестве дистанционного визуального наблюдения и трансляции радиосообщений на дальние расстояния, так и в режиме автономного баражирующего устройства в гибридном комплекте со стандартным мультикоптером.The present invention relates to unmanned aerial vehicles (UAVs) that can be used for operation both in a stationary tethered mode with autonomous on-board power supply for remote visual observation and long-distance radio transmission, and in the mode of an autonomous hovering device in a hybrid kit with a standard multicopter.
По классификации международной ассоциации по беспилотным летательным аппаратам UVS International предлагаемый БПЛА относится к тактическим высотным аппаратам с большой продолжительностью полетов.According to the classification of the international association for unmanned aerial vehicles UVS International, the proposed UAV belongs to tactical high-altitude vehicles with long flight duration.
Известна, например, «Конструкция аэрологического радиозонда» [1].For example, “Design of an aerological radiosonde” is well known [1].
Конструкция содержит корпус, датчики метеовеличин, блок радиотелеметрии с антенной системой и источник питания, причем корпус радиозонда имеет круглую форму, датчики закреплены с защитными козырьками и ветрозащитным экраном, а корпус выполнен из радиопрозрачного материала с фалом для крепления шара-пилота.The design contains a housing, meteorological sensors, a radio telemetry unit with an antenna system and a power source, with the radiosonde housing having a round shape, the sensors are secured with protective canopies and a windscreen, and the housing is made of radio-transparent material with a halyard for securing the pilot balloon.
Основным недостатком подобных аэрологических устройств (метеозондов) является ограниченный срок работы источников питания (батарей или аккумуляторов), что накладывает условия на время их нахождения на высоте и обеспеченность электроэнергией бортовой аппаратуры.The main disadvantage of such aerological devices (weather balloons) is the limited service life of power sources (batteries or accumulators), which imposes conditions on the time they remain at altitude and the supply of electricity to onboard equipment.
Известен так же «Беспилотный привязной авиационный комплекс» [2], который содержит силовой трос, станцию привязного питания, БПЛА с полезной нагрузкой и двигателем, связанным с соосно разнонаправленными винтами, аэродинамический стабилизатор.Also known is the “Unmanned Tethered Aircraft Complex” [2], which contains a power cable, a tethered power station, a UAV with a payload and an engine connected to coaxially oppositely directed propellers, and an aerodynamic stabilizer.
Недостатком данного устройства является не возможность его работы в автоматическом режиме, поскольку электропитание подается с наземного комплекса. Защита от бокового сноса конструкции под воздействием ветра и попытка сохранить вертикальное положение силового троса обеспечивается аэродинамическим стабилизатором, связанным с БПЛА жесткой связью, к которой крепится кольцо силового троса.The disadvantage of this device is the inability to operate in automatic mode, since power is supplied from the ground complex. Protection against lateral drift of the structure under the influence of wind and an attempt to maintain the vertical position of the power cable is provided by an aerodynamic stabilizer connected to the UAV by a rigid connection to which the ring of the power cable is attached.
Известен «Гибридный квадрокоптер» [3], содержащий герметичную оболочку, заполненную легким газом, гондолы с бортовой аппаратурой, аккумуляторную батарею, контейнеры с воздушно-винтовыми авиадвигатели переменной тяги, причем оболочка выполнена в виде двояковыпуклой линзы, опирающейся на телескопическую колонну с вложенными звеньями, свободно перемещающимися в ее корпусе, причем имеется два автоматических клапана подачи и стравливания легкого газа, а воздушно-винтовые авиадвигатели способны работать в реверсивном режиме.A “Hybrid quadcopter” is known [3], containing a sealed shell filled with light gas, nacelles with on-board equipment, a battery, containers with variable-thrust propeller aircraft engines, and the shell is made in the form of a biconvex lens resting on a telescopic column with embedded links that move freely in its body, and there are two automatic valves for supplying and releasing light gas, and the propeller aircraft engines are capable of operating in reverse mode.
Данное изобретение направлено на улучшение обтекаемости горизонтально-складчатой поверхности аппарата.This invention is aimed at improving the streamlining of the horizontally folded surface of the apparatus.
В данном устройстве газонаполненная оболочка используется для создания аппарату нейтральной плавучести, а тяга воздушно-винтовых двигателей используется для перемещения всей конструкции в воздухе.In this device, a gas-filled shell is used to create neutral buoyancy for the apparatus, and the thrust of propeller engines is used to move the entire structure in the air.
Недостатком данного «Гибридного квадрокоптера» является ограниченное время полета. Для увеличения времени нахождения его в воздухе требуется аккумуляторная батарея большой емкости и расчетный запас авиационного топлива для авиадвигателей.The disadvantage of this "Hybrid Quadcopter" is its limited flight time. To increase its time in the air, a large-capacity battery and a calculated supply of aviation fuel for aircraft engines are required.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является «Аэромобильная система воздушного наблюдения» [4], содержащая мультикоптер и привязной аэростат из газонепроницаемого материала, который расположен в центральной части мультикоптера и зафиксирован стопорами в сложенном состоянии. Верхняя часть аэростата имеет жесткую полусферу с нанесенной солнечной батареей и травящим клапаном. Аэростат имеет баллон с клапаном, заполненный сжатым подъемным газом, платформу с видеокамерой кругового обзора, а на мультикоптере размещены блоки глобальной навигационной системы, системы связи и управления, аккумуляторная батарея. В нижней части мультикоптера для установки и возвращения аэростата расположена своя электролебедка, а ее трос используется в качестве антенны радиосвязи.The closest technical solution (prototype) is the "Aeromobile aerial surveillance system" [4], which contains a multicopter and a tethered aerostat made of gas-impermeable material, which is located in the central part of the multicopter and fixed with stoppers in the folded state. The upper part of the aerostat has a rigid hemisphere with a solar battery and a bleed valve. The aerostat has a cylinder with a valve filled with compressed lifting gas, a platform with a circular-view video camera, and the multicopter contains blocks of the global navigation system, communication and control systems, and a battery. In the lower part of the multicopter, there is an electric winch for installing and returning the aerostat, and its cable is used as a radio antenna.
Данное устройство используется для длительного воздушного наблюдения и соединяет в себе положительные черты как мультикоптера, так и аэростата. Мультикоптер доставляет аэростат в место назначения и выпускает из своей центральной части аэростат, который наполняется легким газом и может длительное время находится в воздухе. Затем газ стравливается и электролебедкой оболочка снова возвращается в центральную часть мультикоптера.This device is used for long-term aerial observation and combines the positive features of both a multicopter and an aerostat. The multicopter delivers the aerostat to the destination and releases the aerostat from its central part, which is filled with light gas and can remain in the air for a long time. Then the gas is released and the shell is returned to the central part of the multicopter by an electric winch.
Недостатком данного устройства является так же ограниченное время нахождения его в воздухе, так как запас емкости аккумуляторной батареи ограничен, а солнечные батареи, расположенные на ограниченной поверхности полусферы, не работают ночью и в условиях густой облачности, поэтому слабо влияют на подзарядку батарей.Another disadvantage of this device is its limited time in the air, since the battery capacity is limited, and the solar panels located on the limited surface of the hemisphere do not work at night and in dense cloud conditions, so they have little effect on recharging the batteries.
Кроме того, данное устройство чрезвычайно сложно для его практической реализации, потребляет значительную долю электроэнергии на работу собственной электролебедки и не может использоваться в качестве аэростата, работающего длительное время в автономном режиме с электропитанием только от аккумуляторов.In addition, this device is extremely difficult to implement in practice, consumes a significant share of electricity to operate its own electric winch and cannot be used as an aerostat operating for a long time in autonomous mode with power supply only from batteries.
Задачей предлагаемого изобретения является значительное увеличение времени нахождения в воздухе системы воздушного наблюдения в режиме длительного автономного полета и возврата ее на базу.The objective of the proposed invention is to significantly increase the time that an air surveillance system can remain in the air in a long-term autonomous flight mode and return to base.
Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является создание объекта с автономной на борту энергетической установкой путем расширения арсенала используемых технических средств, в частности: использование на аэростате электрогенератора, подключенного к ветроэнергетической установке (ВЭУ), обеспечивающей постоянную зарядку аккумуляторных батарей аэростата и силового блока, оснащенного тяговыми электродвигателями с воздушными винтами.The technical problem that the present invention solves is the creation of an object with an autonomous on-board power plant by expanding the arsenal of technical means used, in particular: the use of an electric generator on the aerostat connected to a wind power plant (WPP), which ensures constant charging of the aerostat's batteries and a power unit equipped with traction electric motors with propellers.
Технический результат заключается в том, что в гибридной аэромобильной системе воздушного наблюдения, состоящей из мультикоптера и привязного к нему аэростата в виде жесткой полусферы из газонепроницаемого материала с нанесенной солнечной батареей и травящим клапаном, содержащим платформу, на которой размещены баллон с клапаном, заполненный сжатым подъемным газом, видеокамера кругового обзора, блоки глобальной навигационной системы, системы связи и управления, аккумуляторная батарея, дополнительно аэростат содержит на платформе ветроэнергетическую установку (ВЭУ) из двух ветроколес с противоположной круткой лопастей, подключенных к электрогенератору для вращения его в контрроторном режиме, электрогенератор ВЭУ и солнечные батареи, размещенные на боковых стабилизаторах ВЭУ, подключенные через преобразователи к аккумуляторной батарее аэростата, причем в качестве мультикоптера применен силовой блок, корпус которого через пустотелую для кабелей жесткую штангу с подшипниковой опорой закреплен на платформе аэростата, корпус силового блока содержит так же электромагнитную муфту электропривода штанги, два силовых электродвигателя с воздушными винтами, вращающихся в противоположных направлениях, аккумуляторную батарею, подключенную к аккумуляторной батарее аэростата, и другую необходимую аппаратуру, связанную кабелями между аэростатом и силовым блоком через пустотелую штангу.The technical result consists in the fact that in a hybrid aeromobile aerial surveillance system consisting of a multicopter and a balloon tethered to it in the form of a rigid hemisphere made of gas-impermeable material with a solar battery and a bleed valve applied, containing a platform on which a cylinder with a valve filled with compressed lifting gas, a circular viewing video camera, global navigation system units, communication and control systems, a storage battery are placed, in addition, the balloon contains on the platform a wind power plant (WPP) of two wind wheels with oppositely twisting blades connected to an electric generator for rotating it in a counter-rotor mode, an electric generator of the WPP and solar batteries placed on the side stabilizers of the WPP, connected through converters to the storage battery of the balloon, wherein a power unit is used as a multicopter, the body of which is fixed to the balloon platform through a hollow rigid rod with a bearing support for cables, the body of the power unit contains also an electromagnetic clutch for the electric drive of the boom, two power electric motors with propellers rotating in opposite directions, a storage battery connected to the storage battery of the balloon, and other necessary equipment connected by cables between the balloon and the power unit through a hollow boom.
Технический результат заключается так же в том, что в гибридной аэромобильной системе воздушного наблюдения боковые стабилизаторы ВЭУ выполнены в форме конфузора, а жесткая полусфера из газонепроницаемого материала имеет профиль самолетного крыла.The technical result also consists in the fact that in the hybrid aeromobile air surveillance system the lateral stabilizers of the wind turbine are made in the form of a confuser, and the rigid hemisphere made of gas-impermeable material has the profile of an aircraft wing.
Технический результат заключается так же в том, что в гибридной аэромобильной системе воздушного наблюдения корпус силового блока открыт с обоих боков для свободного доступа воздуха на воздушные винты тяговых электродвигателей, а спереди корпус закрыт каплевидной по профилю крышкой для изолирования корпуса от внешнего давления набегающих потоков воздуха.The technical result also consists in the fact that in the hybrid aeromobile air surveillance system the body of the power unit is open on both sides for free access of air to the propellers of the traction electric motors, and the body is closed at the front with a teardrop-shaped cover to isolate the body from the external pressure of the oncoming air flows.
На чертежах представлена «Гибридная аэромобильная система воздушного наблюдения», где на Фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе аэростата с силовым блоком, а на Фиг. 2 изображен вид А-А на Фиг. 1 со стороны торцовой части силового блока. Аэростат системы воздушного наблюдения содержит платформу 1, на которой размещена ВЭУ из двух ветроколес 2 и 3, лопасти которых имеют противоположную крутку, а их оси подключены соответственно к ротору и к статору электрогенератора 4, закрепленного на подшипниках в обойме 5, ВЭУ оснащена боковыми стабилизаторами 6 ветра, выполняющих роль хвостового оперения, платформа с помощью уравновешивающих тяг 7 закреплена сверху к жесткой полусфере 8 из газонепроницаемого материала, имеющей профиль самолетного крыла, снизу платформы прикреплена через подшипниковую опору 9 к пустотелой жесткой штанге 10, другой конец которой соединен с корпусом силового блока 11, а солнечные гибкие (пленочные) панели 12 размещены на жесткой полусфере, на боковых стабилизаторах ВЭУ и на корпусе силового блока, травящий клапан 13 - на полусфере, на платформе - баллон с клапаном, заполненный сжатым легким газом, видеокамера 14 кругового обзора - снизу платформы, различное радиоэлектронное оборудование 15, бортовой компьютер и др. равномерно распределены по платформе, причем корпус силового блока содержит электромагнитную муфту 16 электропривода штанги, закрепленную снизу платформы, а ее управляющая подвижная часть, например, по типу привода шагового двигателя, соединена со штангой корпуса силового блока, два силовых тяговых электродвигателя 17 с толкающими воздушными винтами 18, вращающихся в противоположных направлениях, видеокамеру и дополнительную необходимую аппаратуру, в том числе: блоки глобальной навигационной системы, системы связи и управления, аккумуляторная батарея с преобразователями напряжения и др.The drawings show the "Hybrid Aeromobile Air Surveillance System", where Fig. 1 shows a side view in section of the aerostat with a power unit, and Fig. 2 shows view A-A in Fig. 1 from the end part of the power unit. The aerostat of the aerial observation system comprises a platform 1 on which a wind turbine consisting of two wind wheels 2 and 3 is placed, the blades of which have opposite twist, and their axes are connected respectively to the rotor and to the stator of the electric generator 4, fixed on bearings in a cage 5, the wind turbine is equipped with side wind stabilizers 6, which act as a tail unit, the platform is fixed at the top by means of balancing rods 7 to a rigid hemisphere 8 made of gas-impermeable material, having an aircraft wing profile, at the bottom of the platform it is attached through a bearing support 9 to a hollow rigid rod 10, the other end of which is connected to the body of the power unit 11, and solar flexible (film) panels 12 are placed on the rigid hemisphere, on the side stabilizers of the wind turbine and on the body of the power unit, a bleed valve 13 is on the hemisphere, on the platform there is a cylinder with a valve filled with compressed light gas, a video camera 14 for all-round viewing - from below the platform, various radio-electronic equipment 15, an on-board computer, etc. are evenly distributed over the platform, and the housing of the power unit contains an electromagnetic clutch 16 of the rod electric drive, secured from below the platform, and its control movable part, for example, like a stepper motor drive, is connected to the rod of the power unit housing, two power traction electric motors 17 with pushing propellers 18 rotating in opposite directions, a video camera and additional necessary equipment, including: global navigation system units, communication and control systems, a battery with voltage converters, etc.
Обмен управляющими командами между аэростатом и силовым блоком осуществляется по кабелям 19, проходящими между ними в отверстии 20 пустотелой штанги. Корпус силового блока открыт с обоих боков для свободного доступа воздуха на воздушные винты (показано на чертеже пунктирной стрелкой), а спереди закрыт каплевидной по профилю крышкой 21. Для стабилизации положения аэростата и силового блока в вертикальной плоскости и исключения перекручивания кабелей возможно использование противозакручивающего устройства по типу используемых в ветроэнергетических установках (не показано на чертеже).The exchange of control commands between the aerostat and the power unit is carried out via cables 19, passing between them in the opening 20 of the hollow rod. The body of the power unit is open on both sides for free access of air to the propellers (shown in the drawing by a dotted arrow), and is closed at the front by a teardrop-shaped cover 21. To stabilize the position of the aerostat and the power unit in the vertical plane and to prevent twisting of the cables, it is possible to use an anti-twist device of the type used in wind power plants (not shown in the drawing).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. БПЛА доставляется в район наблюдения. После установки БПЛА на оборудованное место оператор выдает команду по аналогии с прототипом на дистанционное включение клапана на баллоне с легким газом для подачи последнего в жесткую полусферу 8. Заполненная легким газом жесткая полусфера 8 поднимает БПЛА на заданную высоту для длительного видеонаблюдения или радиотрансляции на значительные смежные территории.The proposed device operates as follows. The UAV is delivered to the observation area. After the UAV is installed in the equipped place, the operator issues a command, similar to the prototype, to remotely turn on the valve on the cylinder with light gas to supply the latter to the rigid hemisphere 8. The rigid hemisphere 8 filled with light gas lifts the UAV to a specified height for long-term video surveillance or radio transmission to significant adjacent territories.
Профиль самолетного крыла полусферы под действием ветра увеличивает подъемную силу полусферы 8. Время нахождения на высоте БПЛА не ограничено, так как его батарея обеспечивается постоянным подзарядом от электрогенератора 4 ветроустановки, работающего в контрроторном включении. Для этого ось ротора генератора 4 соединена с ветроколесом 3, а ось статора генератора с ветроколесом 2, имеющего противоположную крутку лопастей. Это позволяет без использования мультипликатора вдвое увеличить обороты электрогенератора 4, закрепленного в обойме 5 на подшипниках, и уравновесить конструкцию относительно его вертикального положения, уменьшить влияние бокового сноса конструкции, так как при наличии одного ветроколеса, конструкция имела бы большие угловые перемещения. Сквозной прямолинейный поток воздуха, создаваемый последовательно включенными ветроколесами, создает дополнительную устойчивость в пространстве.The profile of the hemisphere aircraft wing increases the lifting force of the hemisphere 8 under the action of the wind. The time of stay at the altitude of the UAV is not limited, since its battery is provided with a constant recharge from the electric generator 4 of the wind turbine, operating in the counter-rotor connection. For this, the axis of the rotor of the generator 4 is connected to the wind wheel 3, and the axis of the stator of the generator with the wind wheel 2, which has the opposite twist of the blades. This allows, without using a multiplier, to double the speed of the electric generator 4, fixed in the cage 5 on bearings, and to balance the structure relative to its vertical position, to reduce the effect of lateral drift of the structure, since in the presence of one wind wheel, the structure would have large angular movements. The through rectilinear air flow created by the successively connected wind wheels creates additional stability in space.
Поток ветра V , всегда присутствующий на больших высотах, направляется на ветроколеса 3 и 2 (Фиг. 1) с помощью стабилизаторов 6, закрепленных на боковых рычагах площадки 1. Четыре уравновешивающие тяги 7, одними концами закрепленные на концах площадки и боковых рычагах, а другими концами присоединенные к креплению жесткой полусферы 8, позволяют исключить качание конструкции и стабилизировать ее горизонтальное положение. Направление на поток V ветра постоянно фиксируется стабилизаторами 6, выполняющих роль хвостового оперения ВЭУ. Поток ветра, отработав на ветроколесе 3, обходит узлы конструкции аэростата и попадает на ветроколесо 2, которое находится в тени аппарата и получает меньшую ветровую мощность, поэтому предусматривается для увеличения ветрового пока выполнение стабилизаторов не параллельно, а под углом по типу захватывающих ветер конфузоров, либо для уравновешивания конструкции предполагается увеличение диаметра ветроколеса 2.The wind flow V, which is always present at high altitudes, is directed to wind wheels 3 and 2 (Fig. 1) with the help of stabilizers 6, fixed on the side levers of platform 1. Four balancing rods 7, with one end fixed on the ends of the platform and the side levers, and with the other ends connected to the fastening of the rigid hemisphere 8, make it possible to eliminate the swinging of the structure and stabilize its horizontal position. The direction of the wind flow V is constantly fixed by stabilizers 6, which act as the tail unit of the wind turbine. The wind flow, having worked on wind wheel 3, bypasses the nodes of the balloon structure and hits wind wheel 2, which is in the shadow of the apparatus and receives less wind power, therefore, in order to increase the wind, it is envisaged to make the stabilizers not parallel, but at an angle like wind-capturing confusers, or to balance the structure, it is supposed to increase the diameter of wind wheel 2.
На площадке 1 расположена различная радиоэлектронная аппаратура 15, получающая питание от аккумулятора, который постоянно подзаряжается через преобразователи напряжения от генератора 4 ветроустановки.On site 1, various electronic equipment 15 is located, receiving power from a battery, which is constantly recharged through voltage converters from the wind turbine generator 4.
В состав аппаратуры 15 в зависимости от назначения применяются радиопередающие устройства для трансляции цифровых и аналоговых сигналов, системы связи и управления , в том числе клапанами стравливания и подачи газа, преобразователи напряжения от электрогенератора и солнечных панелей и т.д. (не показано на чертеже), а видеокамера 14 может крепиться как снизу платформы 1, так и снизу корпуса силового блока 11, например, с помощью кардана.Depending on the purpose, the equipment 15 includes radio transmitting devices for transmitting digital and analog signals, communication and control systems, including gas bleed and supply valves, voltage converters from an electric generator and solar panels, etc. (not shown in the drawing), and the video camera 14 can be mounted either below the platform 1 or below the body of the power unit 11, for example, using a cardan.
В режиме свободного полета оператором или по программе регулируется объем легкого газа в жесткой полусфере 8 таким образом, чтобы его подъемная сила уравновешивала или незначительно превышала суммарный вес аппарата с присоединенным силовым блоком 11 и БПЛА обладал бы нейтральной или положительной плавучестью при неработающих электродвигателях 17. Это объясняется тем, что при движении БПЛА с работающими электродвигателями дополнительную тягу будет создавать жесткая полусфера 8, имеющая профиль самолетного крыла. Батарея питания силового блока подключена к генератору 4 ветроустановки в аэростате и обеспечивает его непрерывный режим работы неопределенно длительное время, которое может определяться только ресурсом работы аппаратуры или ветроэнергетической установки.In the free flight mode, the operator or the program regulates the volume of light gas in the rigid hemisphere 8 so that its lifting force balances or slightly exceeds the total weight of the apparatus with the attached power unit 11 and the UAV has neutral or positive buoyancy with the electric motors 17 not working. This is explained by the fact that when the UAV moves with the electric motors working, the rigid hemisphere 8, which has an aircraft wing profile, will create additional thrust. The power supply battery of the power unit is connected to the generator 4 of the wind turbine in the aerostat and ensures its continuous operation for an indefinitely long time, which can only be determined by the service life of the equipment or wind turbine.
Далее, при включенных электродвигателях 17 за счет тяги толкающих воздушных винтов 18 БПЛА по заданной программе в автоматическом режиме по координатам глобальной навигационной системы GPS/ГЛОНАС или по команде оператора с центрального командного пульта перемещается в пространстве в заданный район наблюдения.Further, with the electric motors 17 turned on, due to the thrust of the pushing propellers 18, the UAV, according to a given program, automatically moves in space to a given observation area using the coordinates of the global navigation system GPS/GLONASS or at the command of the operator from the central command console.
Передняя часть 21 корпуса силового блока 11 имеет каплевидный профиль, поэтому встречный поток воздуха обходит корпус сверху и снизу, не оказывая сильного тормозящего действия, а воздух, входящий в боковые стороны (показано пунктиром) с силой выталкивается винтами 18. Мощность генераторов 17 , а значит скорость движения БПЛА в горизонтальном направлении определяется дистанционно оператором или по заданной программе, заложенной в бортовом компьютере.The front part 21 of the housing of the power unit 11 has a teardrop-shaped profile, therefore the oncoming air flow bypasses the housing from above and below, without exerting a strong braking effect, and the air entering the sides (shown by the dotted line) is forcefully pushed out by the propellers 18. The power of the generators 17, and therefore the speed of the UAV in the horizontal direction, is determined remotely by the operator or according to a given program embedded in the on-board computer.
Вращение винтов 18 в противоположных направлениях создает два вращающихся в противоположных направлениях взаимодействующих воздушных потоков, а за счет их близкого параллельного размещения возникает эффект «гидравлического зацепления», увеличивающий их суммарную мощность. По данным [6] из книги: Волшаник В.В., Орехов Г.В. Низконапорные гидравлические двигатели. Монография. - М. 2009, 392 с., на с. 179 указывается: «… мощность каждого из таких роторов, работающих в «гидравлическом зацеплении», увеличивается на 45 процентов». Несомненно, что прибавочная мощность для воздушных потоков будет меньше, но данный эффект имеет право быть.Rotation of screws 18 in opposite directions creates two counter-rotating interacting air flows, and due to their close parallel placement, the effect of "hydraulic engagement" arises, increasing their total power. According to data [6] from the book: Volshanik V.V., Orekhov G.V. Low-pressure hydraulic engines. Monograph. - M. 2009, 392 p., on p. 179 it is indicated: "... the power of each of these rotors, operating in "hydraulic engagement", increases by 45 percent." Undoubtedly, the additional power for air flows will be less, but this effect has a right to exist.
На Фиг. 1 изображено положение БПЛА, когда его узлы: аэростат и силовой блок направлены на встречу ветра при работающей ВЭУ. В зависимости от ветровой обстановки боковые стабилизаторы 6 всегда будут поворачивать аэростат на направление ветра, создавая условия для постоянной работы ВЭУ и выработки ею электроэнергии. При выборе направления движения по команде оператора или по заданной программе подаются управляющие сигналы на муфту 16 электропривода штанги 10, поворачивающую корпус 11 в нужном направлении. При работающих электродвигателях 17 движение БПЛА будет осуществляться при этом в заданном направлении. Таким образом, можно сформировать любую траекторию полета в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, включая стратосферные полеты.Fig. 1 shows the position of the UAV when its units: the aerostat and the power unit are directed towards the wind with the wind turbine operating. Depending on the wind situation, the side stabilizers 6 will always turn the aerostat towards the wind direction, creating conditions for the continuous operation of the wind turbine and its generation of electric power. When selecting the direction of movement, at the command of the operator or according to a given program, control signals are sent to the clutch 16 of the electric drive of the rod 10, turning the body 11 in the desired direction. With the electric motors 17 operating, the movement of the UAV will be carried out in the given direction. Thus, it is possible to form any flight trajectory in the horizontal and vertical planes, including stratospheric flights.
Пропеллерные БПЛА имеют ограниченную высоту подъема из-за разряженного воздуха. Предложенное устройство устраняет данный недостаток. Для этого, по команде оператора с центрального пульта включается клапан, подающий в жесткую полусферу 8 газ из баллона со сжатым газом, находящимся на платформе 1. Увеличившаяся грузоподъемность полусферы 8 поднимает всю конструкцию вместе с закрепленным силовым блоком 11 на необходимую высоту, а работающие электродвигатели 17с воздушными винтами 18 будут перемещать БПЛА в горизонтальной плоскости на необходимые расстояния.Propeller UAVs have a limited lift height due to rarefied air. The proposed device eliminates this drawback. To do this, at the command of the operator from the central control panel, a valve is turned on, supplying gas from a cylinder with compressed gas located on the platform 1 to the rigid hemisphere 8. The increased lifting capacity of the hemisphere 8 lifts the entire structure together with the fixed power unit 11 to the required height, and the operating electric motors 17 with propellers 18 will move the UAV in the horizontal plane to the required distances.
Воздух в верхних слоях атмосферы имеет слоевую структуру ветров, дующих в разных направлениях. Получая с датчиков информацию о силе и направлению движения ветров, оператор с помощью подачи или стравливания газа в жесткой полусфере 8 аэростата, перемещает БПЛА по высоте, выбирая для силового блока 11 наиболее благоприятный для БПЛА режим перемещения в горизонтальной плоскости.The air in the upper layers of the atmosphere has a layered structure of winds blowing in different directions. Receiving information from sensors about the strength and direction of wind movement, the operator moves the UAV by height by feeding or releasing gas in the rigid hemisphere 8 of the aerostat, choosing for the power unit 11 the most favorable mode of movement for the UAV in the horizontal plane.
При внезапном увеличении ветрового потока в зоне наблюдения жесткая полусфера 8, имеющая профиль самолетного крыла, совершает вертикальный маневр и поднимает БПЛА на определенную высоту, уменьшая тем самым раскачивание аппарата и давая возможность оператору уменьшить последствия бокового сноса от ветра.When the wind flow in the observation zone suddenly increases, the rigid hemisphere 8, which has an aircraft wing profile, performs a vertical maneuver and raises the UAV to a certain height, thereby reducing the swinging of the apparatus and allowing the operator to reduce the effects of lateral drift from the wind.
Наличие на борту в составе аппаратуры 15 автопилота с датчиками положения и навигационным приемником, позволяет контролировать стабильность зависания БПЛА в заданной точке пространства по высоте и по направлению.The presence of an autopilot with position sensors and a navigation receiver on board the equipment allows monitoring the stability of the UAV hovering at a given point in space in terms of altitude and direction.
По окончанию задач наблюдения за противником, оператор, перемещая по вертикали БПЛА, определяет направление попутных ветров, либо выводит его в зону минимальных ветров для возвращения аппарата с помощью силового блока 11 назад на базу оператора.Upon completion of the enemy surveillance tasks, the operator, moving the UAV vertically, determines the direction of tailwinds, or takes it to the zone of minimal winds to return the device back to the operator's base using power unit 11.
Наиболее известные мультикоптеры [5]с автономным бортовым питанием, например, патент US10315528 В1 имеют ограниченное время нахождения в воздухе, заключающееся в компромиссе между массой аккумуляторов или массой топлива для авиадвигателей. Большинство этих аппаратов имеют полетное время, измеряемое часами.The most well-known multicopters [5] with autonomous on-board power supply, for example, patent US10315528 B1 have a limited time in the air, which is a compromise between the mass of batteries or the mass of fuel for aircraft engines. Most of these devices have a flight time measured in hours.
Использование предлагаемого БПЛА позволяет не только организовать трансляцию радиопередач для противника на значительные расстояния, используя свой автономный бортовой электрогенератор для питания аппаратуры, но и организовать скрытую систему наблюдения, практически, на неограниченном расстоянии на чужой территории, а также возврат БПЛА на свою базу.The use of the proposed UAV allows not only to organize the broadcasting of radio transmissions to the enemy over significant distances, using its autonomous on-board electric generator to power the equipment, but also to organize a hidden surveillance system, practically at an unlimited distance on foreign territory, as well as the return of the UAV to its base.
Время нахождения в воздухе предлагаемой гибридной аэромобильной системы, практически, не ограничено, а ее надежность будет определяться временем работоспособности ветроэнергетического генератора и используемой электронной аппаратуры.The time that the proposed hybrid aeromobile system can remain in the air is practically unlimited, and its reliability will be determined by the operating time of the wind power generator and the electronic equipment used.
Источники информацииSources of information
1.Богов В.Т. Конструкция аэрологического радиозонда. Патент РФ № 2265261. МПК H01Q 1/08.1. Bogov V.T. Design of an aerological radiosonde. Russian Federation Patent No. 2265261. IPC H01Q 1/08.
2. Левчук М.С., Левчук С.А., Воскресенский С.В. Беспилотный привязной авиационный комплекс. Патент РФ № 2683133. МПК B64C 39/03; G05D 1/02.2. Levchuk M.S., Levchuk S.A., Voskresensky S.V. Unmanned tethered aircraft complex. Russian Federation Patent No. 2683133. IPC B64C 39/03; G05D 1/02.
3. Губанов А. В. Гибридный квадрокоптер. Патент РФ № 2702462. МПК B64C 27/08; B64B 1/34.3. Gubanov A. V. Hybrid quadcopter. Russian Federation Patent No. 2702462. IPC B64C 27/08; B64B 1/34.
4. Козлов В.Н., Дащенко А.Ю. и др. Аэромобильная система воздушного наблюдения. Патент РФ № 2782479. МПК № B64C 39/02; B64B 1/62.4. Kozlov V.N., Dashchenko A.Yu. et al. Aeromobile aerial surveillance system. Russian Federation Patent No. 2782479. IPC No. B64C 39/02; B64B 1/62.
5. Патент US 10315528 B1, заявка 2020/0278700 А1.5. Patent US 10315528 B1, application 2020/0278700 A1.
6. Волшаник В.В., Орехов Г.В. Низконапорные гидравлические двигатели. Монография - М. 2009г., 392с., с. 179.6. Volshanik V.V., Orekhov G.V. Low-pressure hydraulic motors. Monograph - M. 2009, 392 pages, p. 179.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2827131C1 true RU2827131C1 (en) | 2024-09-23 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104608908A (en) * | 2013-11-03 | 2015-05-13 | 青岛飞宇航空科技有限公司 | Manufacturing technology for fire balloon capable of controlling wind power |
RU2612492C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-03-09 | Александр Владимирович Губанов | Terrestrial aeronautical wind turbine generator |
RU2659147C1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Александр Александрович Перфилов | Aeronautical vehicle |
CN108284937A (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 湖南航天远望科技有限公司 | One kind being tethered at floating balloon platform |
RU2662101C1 (en) * | 2017-12-11 | 2018-07-23 | Александр Владимирович Губанов | Wind powered balloon |
RU2688115C1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Tethered aerostat |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104608908A (en) * | 2013-11-03 | 2015-05-13 | 青岛飞宇航空科技有限公司 | Manufacturing technology for fire balloon capable of controlling wind power |
RU2612492C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-03-09 | Александр Владимирович Губанов | Terrestrial aeronautical wind turbine generator |
RU2659147C1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Александр Александрович Перфилов | Aeronautical vehicle |
CN108284937A (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 湖南航天远望科技有限公司 | One kind being tethered at floating balloon platform |
RU2662101C1 (en) * | 2017-12-11 | 2018-07-23 | Александр Владимирович Губанов | Wind powered balloon |
RU2688115C1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Tethered aerostat |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7341223B2 (en) | Hybrid unmanned vehicle for high altitude operations | |
US9169014B2 (en) | Unmanned aerial vehicle and method of launching | |
US9045234B2 (en) | Method for airborne kinetic energy conversion | |
US10040561B2 (en) | Airborne kinetic energy conversion system | |
US10173769B2 (en) | High-altitude drone | |
KR101332551B1 (en) | Vertical take off and landing aircraft powered by solar energy | |
CN104139845B (en) | Unmanned aerostat system | |
RU2567496C1 (en) | Multirotor vtol drone | |
KR20170104901A (en) | The drone assembly which can control payload by the number of sub drone module and the master control unit or method for sub drone module | |
US11518515B1 (en) | Auto rotating canister | |
Noth et al. | SKY-SAILOR Design of an autonomous solar powered martian airplane | |
US20210276705A1 (en) | Methods and apparatus for vertical short takeoff and landing and operational control | |
RU2827131C1 (en) | Hybrid airborne aerial surveillance system | |
Kim | Korea stratospheric airship program and current results | |
CN113110135A (en) | Information collector and cooperative monitoring system based on floating platform | |
Carlson et al. | The gannet solar–vtol: An amphibious migratory uav for long–term autonomous missions | |
RU2652373C1 (en) | Aerostat | |
RU2506204C1 (en) | Method of locating high-altitude platform and high-altitude platform | |
RU2782479C1 (en) | Aeromobile air surveillance system | |
RU2815129C1 (en) | Krishtop hybrid aircraft (ha) and method of functioning of ha (versions) | |
RU2652322C1 (en) | Aerostat | |
US20180346118A1 (en) | Airborne kinetic energy conversion system | |
RU2769036C1 (en) | Unmanned aerial vehicle with electric power generation | |
RU2800213C1 (en) | Reconnaissance aircraft | |
Tayyab et al. | Design of a blimp based unmanned aerial vehicle for surveillance |