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, двухкилевое вертикальное оперение,состоящее из двух килей с рулями направления, расположенное на двух балках, закрепленных на трапециевидной части центроплана, Т-образного стабилизатора с рулями высоты, установленного на верхних частях килей, 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 площадь горизонтального оперения составляет не менее 25 от площади крыла. 62542010.06.30 2. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вертикальное оперение состоит из разнесенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата двух килей, закрепленных к соответствующей консоли трапециевидной части центроплана, с рулями направления, каждый из которых установлен на конце балки. 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 с возможностью сохранения неизменным аэродинамического фокуса крыла при изменениях угла атаки. 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 размещается 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 элероны, флапероны, рули направления установлены на вертикальных килях, а рули высоты установлены на стабилизаторе. 10. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что флапероны могут выполнять 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 в конструкции узлов крепления отъемных частей крыла к центроплану предусмотрена возможность изменения положения отъемных частей крыла из горизонтального положения в полетном состоянии в вертикальное - положение для транспортировки. 13. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в передней части обтекателей узлов навески отъемных частей крыла предусмотрена возможность установки систем видеонаблюдения или систем приемо-передающих антенн. 14. Беспилотный летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что используется управляемое носовое колесо.(56) 1.2181333 С 2, 20.04.2002. 2.2065379 С 1, 20.08.1996. 3.2213024 С 1, 27.09.2003. 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. 2 62542010.06.30 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. Недостатком этой компоновки летательного аппарата является низкая несущая способность крыла,плохая управляемость и трудность обеспечения продольной и путевой устойчивости, а 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 патента 2213024 С 1 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 летательных аппаратов, 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. 3 62542010.06.30 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 сложные конструкцию и пространственную конфигурацию, а следовательно, и низкую технологичность при производстве. Задача предложенной полезной модели заключается в разработке такой аэродинамической компоновки (т.е. в выборе форм и взаимного расположения отдельных элементов конструкции - крыла, фюзеляжа, оперения, двигателя и т.д.) БПЛА, которая обеспечивает высокие аэродинамические и функциональные (летно-технические) характеристики и,кроме того, высокую технологичность конструкции и простоту эксплуатации. Указанный технический результат достигается тем, что БПЛА выполнен по нормальной аэродинамической схеме с прямым крылом со складывающимися отъемными частями крыла и центропланом, имеющим наплыв в корневой части, крыло имеет элероны, флапероны и простые закрылки. Согласно изобретению, БПЛА содержит фюзеляж, в хвостовой части которого установлен бензиновый поршневой двигатель с толкающим винтом. Хвостовое оперение выполнено по двухкилевой, двухбалочной схеме с Т-образным стабилизатором. Шасси выполнены по трехточечной схеме с носовым колесом. Конструкция планера БПЛА выполнена из композитных материалов. Полезная нагрузка размещена в фюзеляже или во внешнем контейнере и состоит из аппаратуры наблюдения, приемопередающего блока, приемо-передающей антенны, системы автоматического управления, пилотажно-навигационной системы и системы электрообеспечения. На фиг. 1 показан вид сверху БПЛА. На фиг. 2 показан вид спереди БПЛА. На фиг. 3 показан вид сбоку БПЛА. На фиг. 4 показано продольное сечение фюзеляжа БПЛА. На фиг. 5 показано сечение А-А фюзеляжа БПЛА. На фиг. 6 показано сечение В-В фюзеляжа БПЛА. БПЛА содержит свободнонесущее крыло (1), состоящее из центроплана (2) и двух отъемных частей крыла (3), двухкилевое вертикальное оперение, состоящее из двух килей (4) с рулями направления (5), расположенное на двух балках (6), закрепленных на трапециевидной части центроплана (2), Т-образного стабилизатора (7) с рулями высоты (8), установленного на верхних частях килей (4), фюзеляж (9) и один двигатель (10) с толкающим воздушным винтом (11). На отъемных частях крыла (3) расположены элероны (12), флапероны (13) и законцовки (14), а на центроплане (2) - простые закрылки (15). На фюзеляже (9) установлены основные шасси (16) с управляемым носовым колесом (17). Площадь горизонтального оперения составляет не менее 25 от площади крыла. Это повышает аэродинамическое качество БПЛА и улучшает его продольную балансировку. Вертикальное оперение состоит из разнесенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата двух килей, закрепленных к соответствующей консоли трапециевидной части центроплана, с рулями направления, каждый из которых установлен на конце балки. Такое хвостовое оперение позволяет повысить эффективность их работы путем исключения зоны затенения от крыла при больших углах атаки. Каждый элерон и флаперон установлены по всей задней кромке соответствующей отъемной части крыла. Это позволяет улучшить маневренность БПЛА. Толщина задней кромки каждого элерона и флаперона меньше или равна 4 от длины хорды этих рулей, что улучшает эффективность рулей. В БПЛА использован симметричный профиль крыла с возможностью сохранения неизменным аэродинамического фокуса крыла при изменениях угла атаки в целях обеспечения продольной устойчивости БПЛА. 4 62542010.06.30 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. 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. Управление БПЛА осуществляется с помощью элеронов, флаперонов, рулей направления, установленных на вертикальных килях, и рулей высоты, установленных на 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 направления. 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 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. В конструкции узлов крепления отъемных частей крыла к центроплану предусмотрена возможность изменения 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 кроме того, для увеличения поперечной устойчивости БПЛА имеется возможность изменить угол -крыла от 0 до 5 градусов. В передней части обтекателей узлов навески отъемных частей крыла предусмотрена возможность установки систем видеонаблюдения или систем приемо-передающих антенн. В БПЛА используется управляемое носовое колесо, что позволяет изменять направление движения БПЛА при взлете или посадке. БПЛА функционирует следующим образом. Производится развертывание наземного пункта дистанционного управления беспилотным летательным аппаратом. Проводится предполетная подготовка БПЛА. Сначала отъемные части крыла (3) переводятся из вертикального (транспортного) положения в горизонтальное (полетное). Запуск двигателя (10) при старте осуществляется механиком по команде оператора. Взлет БПЛА происходит по-самолетному с аэродрома или с неподготовленной площадки. 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 5 62542010.06.30 аппарата с помощью пилотажно-навигационной системы, а также, например, в реальном масштабе времени дистанционным обзором местности и передачей видео- и телеметрической информации через приемо-передающую антенну и приемо-передающий блок на наземный пункт дистанционного управления. В БПЛА аэродинамическая компоновка обеспечивает высокие аэродинамические и функциональные (летно-технические) характеристики и, кроме того, высокую технологичность конструкции и простоту эксплуатации. Площадь горизонтального оперения составляет не менее 25 от площади крыла. Вертикальное оперение состоит из разнесенных относительно плоскости симметрии летательного аппарата двух килей (4), закрепленных к соответствующей консоли трапециевидной части центроплана (2), с рулями направления (5), каждый из которых установлен на конце балки (6). Каждый элерон (12) и флаперон (13) установлены по всей задней кромке соответствующей отъемной части крыла (3). Толщина задней кромки каждого элерона (12) и флаперона (13) меньше или равна 4 от длины хорды этих рулей. В БПЛА использован симметричный профиль крыла (1) и законцовки (14) отъемных частей крыла (3). Полезная нагрузка может быть размещена во внутренней полости фюзеляжа (9), а негабаритное оборудование при невозможности размещения в фюзеляже, во внешнем контейнере обтекаемой формы. Сечение задней части фюзеляжа (9) выполнено в виде сочетания полуокружности и прямоугольника с округленными краями для размещения в центре тяжести летательного аппарата топливного бака большего объема. Элероны (12), флапероны (13), рули направления (5) установлены на вертикальных килях (4), а рули высоты (8) установлены на стабилизаторе (7). Флапероны(13) могут выполнять роль простых закрылков. Центр масс аппарата расположен впереди аэродинамического фокуса крыла (1). В конструкции узлов крепления отъемных частей крыла (3) к центроплану (2) предусмотрена возможность изменения положения отъемных частей крыла (3) из горизонтального положения в полетном состоянии в вертикальное положение для транспортировки. В передней части обтекателей узлов навески отъемных частей крыла (3) предусмотрена возможность установки систем видеонаблюдения или систем приемо-передающих антенн. В БПЛА используется управляемое носовое колесо(17), позволяющее изменять направление движения БПЛА при взлете или посадке. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6