Беспилотный летательный аппарат

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Минский авиаремонтный завод(72) Авторы Чаховский Юрий Николаевич Луканин Геннадий Петрович Мацкевич Артур Николаевич(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Минский авиаремонтный завод(57) 1. Беспилотный летательный аппарат, содержащий свободнонесущее крыло, состоящее из центроплана и двух отъемных частей крыла, хвостовое оперение, состоящее из стабилизатора с рулями высоты, расположенного на двух балках, закрепленных на трапециевидной части центроплана, фюзеляж и один двигатель с толкающим воздушным винтом на отъемных частях крыла расположены элероны, флапероны и законцовки, а на центроплане - простые закрылки на фюзеляже установлены основные шасси с носовым колесом, отличающийся тем, что используется -образный стабилизатор. 2. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что взлет обеспечивается в перевернутом положении с катапульты, полет осуществляется в нормальном положении, управляемая посадка производится с помощью парашюта типа крыло в перевернутом положении. 62532010.06.30 3. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый элерон и флаперон установлены по всей задней кромке соответствующей отъемной части крыла. 4. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что толщина задней кромки каждого элерона и флаперона меньше или равна 4 от длины хорды этих рулей. 5. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что использован симметричный профиль крыла. 6. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что использованы законцовки отъемных частей крыла, края которых отогнуты вниз. 7. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что полезная нагрузка может быть размещена во внутренней полости фюзеляжа, а негабаритное оборудование при невозможности размещения в фюзеляже - во внешнем контейнере обтекаемой формы. 8. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что сечение задней части фюзеляжа выполнено в виде сочетания полуокружности и прямоугольника с округленными краями для размещения в центре тяжести летательного аппарата топливного бака большего объема, сечение передней части фюзеляжа выполнено в виде полуокружности,что создает эффект несущего фюзеляжа. 9. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что рули высоты установлены на -образном стабилизаторе. 10. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что флапероны выполняют роль простых закрылков. 11. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что центр масс аппарата расположен впереди аэродинамического фокуса крыла. 12. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что предусмотрена возможность изменения положения отъемных частей крыла из горизонтального положения в полетном состоянии в вертикальное - положение для транспортировки.(56) 1.2181333 С 2, 2002. 2.2065379 С 1, 1996. 3.2213024 С 1, 2003. Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам специального назначения, в частности к беспилотным летательным аппаратам, предназначенным для ведения воздушной разведки. Известен беспилотный летательный аппарат (БПЛА), содержащий свободнонесущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, вертикальное оперение,мотогондолу и двигатель, установленный в мотогондоле 1. Однако этот БПЛА предназначен для высоких скоростей полета, имеет сложные аэродинамические органы управления и механизацию несущих поверхностей. Известен БПЛА, содержащий свободнонесущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, вертикальное оперение, мотогондолу, по меньшей мере, один двигатель с воздушным винтом, установленный в мотогондоле, и полезную нагрузку 2. У известного БПЛА крыло выполнено сочлененным из несущих поверхностей, закрепленных в носовой и хвостовых частях фюзеляжа и образующих вокруг него замкнутый контур, имеющий форму выпуклого многоугольника. Хвостовое горизонтальное оперение выполнено сочлененным из несущих поверхностей, образующих форму замкнутого многоугольника. Двигатели установлены в средней части фюзеляжа на пилонах. Недостатками этой компоновки летательного аппарата являются низкая несущая способность крыла,плохая управляемость и трудность обеспечения продольной и путевой устойчивости, а 2 62532010.06.30 также неэффективное, вследствие повышенного лобового сопротивления, расположение двигателей. Конструкция этого БПЛА сложна и нетехнологична. Известен также БПЛА (прототип), содержащий, как и предложенный, свободнонесущее крыло, снабженное аэродинамическими органами управления, вертикальное оперение, мотогондолу, по меньшей мере, один двигатель с воздушным винтом, установленный в мотогондоле, и полезную нагрузку 3. Известная из 3 аэродинамическая компоновка БПЛА имеет два фюзеляжа, соединенные в хвостовой части крылом, а в носовой части соединенные передним горизонтальным оперением, вертикальное оперение и силовую установку. При этом фюзеляжи в хвостовой части связаны между собой центропланом крыла, причем кили установлены на каждом из фюзеляжей. Крыло выполнено треугольным с небольшой постоянной стреловидностью передней кромки и с большим удлинением (более 6). Силовая установка расположена на центроплане крыла между килями и состоит из двух двигателей, установленных в мотогондоле, закрепленной на пилоне. Однако для такой аэродинамической компоновки летательного аппарата характерным является ухудшение аэродинамических, маневренных и летно-технических характеристик. Это объясняется тем, что вертикальные оперения оказываются неэффективными, поскольку происходит затенение потока фюзеляжами при полете на больших углах атаки. Также происходит затенение потока, набегающего на крыло, расположенным впереди крыла горизонтальным оперением, что также ухудшает маневренные и взлетно-посадочные характеристики летательного аппарата. Наряду с этим для используемого крыла характерны перетекание пограничного слоя от его середины к концевым частям и возникновение концевых срывов потока даже на сравнительно небольших углах атаки. На больших углах атаки происходит увеличение срыва потока с крыла. Вследствие этого ухудшаются аэродинамические и маневренные характеристики, поскольку уменьшается аэродинамическое качество, ухудшаются несущие свойства, устойчивость и управляемость известного летательного аппарата, особенно на больших углах атаки. Кроме того, известная аэродинамическая компоновка имеет низкие несущие свойства из-за применения крыла с традиционной формой профиля, не оптимизированной для малых чисел Рейнольдса , характерных для полета малогабаритных летательных аппаратов (мини- и микроБПЛА). Это объясняется тем, что при обтекании потоком несущих поверхностей при малых числах , имеющих место при полете малогабаритных ЛА, для зависимости коэффициента подъемной силы Суа от угла атакихарактерна значительная неоднозначность (гистерезис) в околокритическом диапазоне. При увеличении угла атаки происходит увеличение значений Суа,а после отрыва потока с поверхности крыла наблюдается падение коэффициента подъемной силы, величина которого не восстанавливается вплоть до существенного уменьшения угла атаки . Для устранения этого нежелательного эффекта необходимо было разработать специальный профиль, отличающийся (кроме других конструктивных особенностей) отгибом носовой части вниз. Размещение силовой установки на пилоне (вне фюзеляжа) также ухудшает аэродинамические характеристики известного БПЛА, так как увеличивается лобовое сопротивление летательного аппарата в целом. Кроме того, известный БПЛА имеет сложную конструкцию и пространственную конфигурацию, а следовательно, и низкую технологичность при производстве. Задача предложенной полезной модели заключается в разработке конструкции БПЛА с возможностью взлета его с катапульты в перевернутом положении, полета в нормальном положении (целевая нагрузка расположена в носовой части БПЛА под фюзеляжем),управляемой посадки с помощью парашюта типа крыло в перевернутом положении. Это позволяет не повредить при взлете целевую нагрузку БПЛА, находящуюся во внешнем контейнере, в результате отказа систем, а также обеспечить сохранность целевой нагрузки при посадке БПЛА с помощью парашюта. При этом должна обеспечиваться такая аэродинамическая компоновка (т.е. выбор формы и взаимного расположения отдельных элементов 3 62532010.06.30 конструкции - крыла, фюзеляжа, оперения, двигателя и т.д.) БПЛА, которая повысит аэродинамические и функциональные (летно-технические) характеристики летательного аппарата. Указанный технический результат достигается тем, что обеспечивается возможность взлета БПЛА с катапульты в перевернутом положении (для сохранения целевой нагрузки при аварийных ситуациях на этапе взлета), его полета в нормальном положении (целевая нагрузка расположена в носовой части БПЛА под фюзеляжем), а также управляемой посадки с помощью парашюта типа крыло в перевернутом положении. Кроме того, БПЛА выполнен по нормальной аэродинамической схеме с прямым крылом и наплывом в корневой части, имеет модульную конструкцию, содержит фюзеляж, хвостовое оперение в виде-образного стабилизатора, обеспечивающего уменьшение общего аэродинамического сопротивления БПЛА за счет отсутствия вертикального оперения, крыло со складывающимся отъемными частями и центропланом, двигатель с воздушным винтом, установленный на фюзеляже, согласно изобретению. Крыло имеет элероны, флапероны и простые закрылки. Хвостовое оперение выполнено по двухбалочной схеме с -образным стабилизатором. В хвостовой части фюзеляжа установлен бензиновый поршневой двигатель с толкающим винтом. Конструкция планера БПЛА выполнена из композитных материалов. Полезная нагрузка размещена в фюзеляже или во внешнем контейнере и состоит из аппаратуры наблюдения, приемопередающего блока, приемопередающей антенны, системы автоматического управления, пилотажно-навигационной системы и системы электрообеспечения. На фиг. 1 показан вид сверху БПЛА фиг. 2 - вид спереди БПЛА фиг. 3 - вид сбоку БПЛА фиг. 4 - продольное сечение фюзеляжа БПЛА фиг. 5 - сечение А-А фюзеляжа БПЛА фиг. 6 - сечение В-В фюзеляжа БПЛА. БПЛА содержит свободнонесущее крыло (1), состоящее из центроплана (2) и двух отъемных частей крыла (3), хвостовое оперение, состоящее из -образного стабилизатора(4) с рулями высоты (5), расположенного на двух балках (6), закрепленных на трапециевидной части центроплана (2), фюзеляж (7) и один двигатель (8) с толкающим воздушным винтом (9). На отъемных частях крыла (3) расположены элероны (10), флапероны (11) и законцовки (12), а на центроплане (2) - простые закрылки (13). В БПЛА используется -образный стабилизатор для уменьшения общего аэродинамического сопротивления БПЛА за счет отсутствия вертикального оперения. В БПЛА обеспечивается возможность взлета БПЛА с катапульты в перевернутом положении, полета в нормальном положении - целевая нагрузка расположена в носовой части под фюзеляжем, управляемой посадки с помощью парашюта типа крыло в перевернутом положении для сохранения полезной целевой нагрузки, находящейся во внешнем контейнере, в исправном состоянии. В БПЛА каждый элерон и флаперон установлены по всей задней кромке соответствующей отъемной части крыла для улучшения маневренности БПЛА. Толщина задней кромки каждого элерона и флаперона меньше или равна 4 длины хорды этих рулей для улучшения их эффективности. В БПЛА использован симметричный профиль крыла, поскольку центр масс летательного аппарата расположен впереди аэродинамического фокуса крыла и не изменяется при любых углах атаки крыла для обеспечения продольной устойчивости. В БПЛА использованы законцовки отъемных частей крыла, края которых отогнуты вниз, для уменьшения индуктивного сопротивления за счет уменьшения перетекания воздушного потока с нижней части крыла на верхнюю. Полезная нагрузка может быть размещена во внутренней полости фюзеляжа, а негабаритное оборудование при невозможности размещения в фюзеляже - во внешнем контейнере обтекаемой формы для уменьшения лобового сопротивления. 4 62532010.06.30 Сечение задней части фюзеляжа выполнено в виде сочетания полуокружности и прямоугольника с округленными краями для размещения в центре тяжести летательного аппарата топливного бака большего объема для увеличения дальности полета при неизменной центровке БПЛА вследствие расхода топлива при полете, сечение передней части фюзеляжа выполнено в виде полуокружности, что создает эффект несущего фюзеляжа увеличивается подъемная сила БПЛА за счет формы сечения фюзеляжа. Элероны, флапероны, рули высоты установлены на -образном стабилизаторе, причем элероны и флапероны используются для обеспечения поперечной управляемости и балансировки летательного аппарата при отклонении элеронов и флаперонов одновременно в противоположные стороны происходит управление БПЛА относительно его продольной оси (для создания крена) при отклонении рулей высоты вверх или вниз происходит управление летательным аппаратом относительно его продольной оси путевая управляемость и балансировка достигаются отклонением рулей высоты в одном направлении относительно продольной оси фюзеляжа. Для обеспечения высоких аэродинамических качеств БПЛА на малых скоростях (при взлете и посадке) флапероны могут выполнять роль простых закрылков, причем изменения нейтральных положений элеронов и флаперонов относительно хорды профиля крыла в полете БПЛА позволяют изменять несущие способности крыла, что необходимо на малых скоростях и при экономичных режимах полета летательного аппарата. Центр масс аппарата расположен впереди аэродинамического фокуса крыла, и увеличение угла атаки, например, вследствие порыва ветра вызовет увеличение подъемной силы, что приведет к возникновению на летательном аппарате относительно центра масс дополнительного момента, вызывающего пикирование и уменьшение угла атаки, т.е. происходит восстановление заданного направления полета. Для обеспечения возможности транспортировки БПЛА в конструкции узлов крепления отъемных частей крыла к центроплану предусмотрена возможность изменять положения отъемных частей крыла из горизонтального положения в полетном состоянии в вертикальное - положение для транспортировки, что позволяет уменьшить габариты БПЛА для размещения в транспортном контейнере автомобиля. Беспилотный летательный аппарат функционирует следующим образом. Производится развертывание наземного пункта дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом. Проводится предполетная подготовка БПЛА. Сначала отъемные части крыла переводятся из вертикального (транспортного) положения в горизонтальное (полетное). Запуск двигателя при старте осуществляется механиком по команде оператора. Взлет БПЛА происходит с использованием катапульты. Полет БПЛА может происходить в соответствии с полетным заданием как по заданной программе, так и по радиокомандам, передаваемым оператором с наземного пункта дистанционного управления. Наземный пункт дистанционного управления вырабатывает команды, передаваемые по радиоканалу на бортовое радиоэлектронное оборудование, установленное на БПЛА. Эти команды управляют полетом летательного аппарата с помощью пилотажно-навигационной системы, а также, например, в реальном масштабе времени дистанционным обзором местности и передачей видео- и телеметрической информации через приемопередающую антенну и приемопередающий блок на наземный пункт дистанционного управления. После выполнения полетного задания по команде оператора происходит посадка БПЛА с использованием парашюта. Конструкция БПЛА позволяет осуществлять взлет с катапульты в перевернутом положении, полет в нормальном положении (целевая нагрузка расположена в носовой части БПЛА под фюзеляжем), управляемую посадку с помощью парашюта типа крыло в перевернутом положении. Аэродинамическая компоновка БПЛА повышает аэродинамические и функциональные (летно-технические) характеристики летательного аппарата. В БПЛА используется -образный стабилизатор (4). Обеспечивается возможность взлета БПЛА с катапульты в перевернутом положении, полета в нормальном положении 5(целевая нагрузка расположена в носовой части БПЛА под фюзеляжем), управляемой посадки с помощью парашюта типа крыло в перевернутом положении. Каждый элерон(10) и флаперон (11) установлены по всей задней кромке соответствующей отъемной части крыла (3). Толщина задней кромки каждого элерона (10) и флаперона (11) меньше или равна 4 длины хорды этих рулей. В БПЛА использован симметричный профиль крыла и законцовки отъемных частей крыла, края которых отогнуты вниз. Полезная нагрузка может быть размещена во внутренней полости фюзеляжа (7), а негабаритное оборудование при невозможности размещения в фюзеляже - во внешнем контейнере обтекаемой формы. Сечение задней части фюзеляжа (7) выполнено в виде сочетания полуокружности и прямоугольника с округленными краями для размещения в центре тяжести летательного аппарата топливного бака большего объема, сечение передней части фюзеляжа (7) выполнено в виде полуокружности, что создает эффект несущего фюзеляжа. Управление БПЛА осуществляется с помощью элеронов (10), флаперонов (11), рулей высоты (5),установленных на -образном стабилизаторе (4) при отклонении элеронов (10) и флаперонов (11) одновременно в противоположные стороны происходит управление БПЛА относительно его продольной оси при отклонении рулей высоты (5) вверх или вниз происходит управление летательным аппаратом относительно его продольной оси путевая управляемость и балансировка достигаются отклонением рулей высоты (5) в одном направлении относительно продольной оси фюзеляжа (7). Флапероны (11) выполняют роль простых закрылков. Центр масс БПЛА расположен впереди аэродинамического фокуса крыла. Для обеспечения возможности транспортировки БПЛА в конструкции узлов крепления отъемных частей крыла к центроплану предусмотрена возможность изменять положение отъемных частей крыла из горизонтального (полетное состояние) в вертикальное (положение для транспортировки). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6