Устройство запуска беспилотных летательных аппаратов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ЗАПУСКА БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Томило Вячеслав Анатольевич Левкович Виктор Владимирович Томило Евгения Вячеславовна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство запуска беспилотных летательных аппаратов, содержащее направляющую, на которой смонтированы привод, тормоз, метательное устройство, выполненное в виде параллелограммного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами, а также тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющей, при этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой, которая через блок с помощью троса соединена с приводом, отличающееся тем, что опоры, соединяющие основания параллелограммного механизма,снабжены регуляторами длины, обеспечивающими изменение угла запуска в диапазоне 5-15.(56) 1. Патент 6851647 1, МПК 64 1/06, 2005. 2. Патент Российской Федерации 98396 1, МПК 64 1/06, 2010. 3. Патент Российской Федерации 2344971 1, МПК 64 1/06, 2009 (прототип). 4. Бюшгенс Г.С., Студнев Р.В. Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. - М. Машиностроение, 1979. -354 с. 92812013.06.30 Полезная модель относится к области авиации, более конкретно к катапультам для взлета преимущественно малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Существует достаточно большое количество типов устройств, которые могут быть применены для разгона и запуска БЛА самолетного типа с массой порядка 20 кг. Наиболее распространенным способом запуска является применение линейной катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой разгонным устройством вдоль направляющей 1. Также существуют устройства, в которых БЛА располагается на платформе, закрепленной на рычаге с вертикальной осью вращения 2. В этом случае разгон осуществляется при вращении платформы с БЛА вокруг вертикальной оси. К недостаткам вышеприведенных устройств следует отнести нерациональное использование набегающего воздушного потока. Угол запуска у вышеприведенных устройств регулируется с помощью изменения длины опор (стоек), наличие которых приводит к увеличению массогабаритных характеристик. Также повышение габаритов устройства запуска является демаскирующим фактором. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является катапульта для взлета летательного аппарата 3, содержащая направляющую, на которой смонтированы привод, тормоз, метательное устройство, выполненное в виде параллелограммного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами, а также тележку,снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющей, при этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой, которая через блок с помощью троса соединена с приводом. Для осуществления запуска БЛА с использованием вышеприведенного устройства необходимо перед пуском соединить летательный аппарат с помощью узла стыковки с метательным устройством катапульты и зафиксировать в стартовом положении тележку с метательным устройством и БЛА. После этого тележка освобождается и посредством воздействия привода разгоняется вдоль направляющей катапульты до скорости взлета летательного аппарата. Торможение осуществляется тормозом катапульты, при этом в начале этапа торможения летательный аппарат за счет энергии его движения по инерции подбрасывается вверх метательным устройством тележки, одновременно с этим разъединяется узел стыковки и летательный аппарат отделяется от метательного устройства. Недостатком указанного устройства является необходимость в использовании дополнительных элементов (стоек) для регулирования угла запуска БЛА, при этом угол может изменяться только посредством изменения длины стоек. Наличие стоек приводит к увеличению высоты (демаскирующий фактор) и массы устройства-прототипа. Также в устройстве-прототипе нерационально используется набегающий воздушный поток и существуют ограничения по запуску БЛА с массой, превышающей рекомендуемую. Задачей настоящей полезной модели является снижение массогабаритных характеристик, более рациональное использование набегающего воздушного потока и возможность запуска БЛА большей массы. Поставленная задача решается тем, что в устройстве запуска беспилотных летательных аппаратов, содержащем направляющую, на которой смонтированы привод, тормоз,метательное устройство, выполненное в виде параллелограммного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами, а также тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющей, при этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой, которая через блок с помощью троса соединена с приводом, опоры, соединяющие основания параллелограммного механизма, снабжены регуляторами длины, обеспечивающими изменение угла запуска в диапазоне 5-15. Сущность заявляемого технического решения заключается в возникновении дополнительной подъемной силы за счет увеличения угла атаки. При запуске БЛА подъемная сила 2 92812013.06.30 прямо пропорциональна разнице давлений под крылом 1 и над крылом 2. В устройствепрототипе разница давлений достигается только за счет формы крыла БЛА, в заявляемом техническом решенииверхнее основание метательного устройства располагается под углом к нижнему основанию, что приводит к увеличению давления 1 под крылом и появлению разреженной области над крылом (давление 2 уменьшается). Снижение массогабаритных характеристик достигается за счет отказа от использования стоек либо существенного их уменьшения. По литературным данным 4 подъемная сила может быть выражена формулой 2 кр ,2 где- коэффициент подъемной силы- плотность воздуха- скорость движения кр - площадь крыла. Безразмерный коэффициент подъемной силы, зависящий в общем случае от формы тела, его ориентации в среде и чисел Рейнольдсаи, может быть определен согласно теореме Жуковского 2(0),где- коэффициент, зависящий от формы профиля крыла- угол атаки 0 - угол нулевой подъемной силы. Угол варьируется в диапазоне 5-15. При запуске БЛА с углом менее 5 возникает малая подъемная сила. При запуске с углом, превышающим 15, возникает вероятность срыва набегающего воздушного потока. Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 приведен общий вид устройства запуска БЛА, где 1 - направляющая, 2 привод, 3 - тормозной механизм, 4 - метательное устройство в виде параллелограммного механизма, 5 - верхнее основание с узлом стыковки, 6 - нижнее основание, совмещенное с тележкой, 7 - опоры, 8 - трос. На фиг. 2 приведено метательное устройство, выполненное в виде параллелограммного механизма, где 9 - регулировочный винт. На фиг. 3 приведены ориентация крыла БЛА в воздушном потоке при запуске с устройства-прототипа (фиг. 3 а) и ориентация крыла БЛА в воздушном потоке при запуске с заявляемого устройства (фиг. 3 б). Как видно из чертежей, заявляемое устройство состоит из направляющей 1, на которой смонтированы привод 2, тормоз 3, метательное устройство 4, выполненное в виде параллелограммного механизма, имеющего верхнее основание 5, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание 6, шарнирно соединенные между собой опорами, а также тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющей. При этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой, которая через блок с помощью троса 8 соединена с приводом 2. Опоры 7, соединяющие основания параллелограммного механизма, снабжены регуляторами их длины. Заявляемое устройство работает следующим образом. Летательный аппарат с помощью узла стыковки соединяется с верхним основанием 5 метательного устройства 4, далее нижнее основание, совмещенное с тележкой 6, фиксируется в стартовом положении, при этом верхнее основание 5 расположено под заданным углом к направляющей 1, изменяемым с помощью регулирования длины передней опоры. После этого тележка 6 освобождается и разгоняется вдоль направляющей 1 катапульты при помощи привода 2 до скорости взлета летательного аппарата, при этом угол наклона верхней площадки сохраняется. Увеличение угла атаки приводит к повышению давления аэродинамического по 3 92812013.06.30 тока под крылом и появлению разреженной области над крылом БЛА, что влечет за собой рост подъемной силы. Торможение тележки 6 осуществляется тормозом 3 катапульты,при этом в начале этапа торможения верхняя площадка с летательным аппаратом за счет энергии движения по инерции переходит в положение, когда задняя опора расположена под углом 90 к направляющей 1, а верхнее основание 5 под заданным ранее углом, в этот момент происходит отделение БЛА от верхнего основания 5. Было изготовлено заявляемое устройство для запуска легких БЛА с приводом, идентичным прототипу, и проведены сравнительные испытания с устройством-прототипом с использованием макета БЛА. Причем масса заявляемого устройства меньше массы прототипа на 15 , а высота не превышает 500 мм от уровня земли, когда высота устройствапрототипа составляет не менее 1,5 м от уровня земли и варьируется в зависимости от угла запуска. Масса макета БЛА изменяется с помощью добавления полезной нагрузки. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице. Результаты сравнительных испытаний Максимальная масса Примечание макета БЛА, кг низкая подъемная сила, обусловленная недос 24 таточной разностью давлений над и под крылом макета БЛА 26 28 30 срыв набегающего воздушного потока 22 Таким образом, использование заявляемого технического решения позволяет снизить массогабаритные характеристики и производить запуск БЛА большей массы за счет более рационального использования набегающего воздушного потока. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4