RU2319319C1 - Method for composing wireless information transfer networks and a high-altitude rotary-wing platform for realization of the method - Google Patents
Method for composing wireless information transfer networks and a high-altitude rotary-wing platform for realization of the method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319319C1 RU2319319C1 RU2006131971/09A RU2006131971A RU2319319C1 RU 2319319 C1 RU2319319 C1 RU 2319319C1 RU 2006131971/09 A RU2006131971/09 A RU 2006131971/09A RU 2006131971 A RU2006131971 A RU 2006131971A RU 2319319 C1 RU2319319 C1 RU 2319319C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cable
- given
- electric
- aircraft
- conductor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемые изобретения относятся к средствам обеспечения навигации высотных платформ, используемых для формирования беспроводных сетей передачи информации по линии прямой видимости в заданной географической области.The present invention relates to means for providing navigation for high-altitude platforms used to form wireless networks for transmitting information along a line of sight in a given geographical area.
Беспроводные широкополосные сети практически находятся вне конкуренции по оперативности развертывания для географических областей, в которых большая территория сочетается с невысокой плотностью населения, широкополосные беспроводные решения имеют особое значение, так как позволяют экономично и оперативно создавать телекоммуникационную инфраструктуру на обширных территориях. Особенно важно это для информатизации удаленных и сельских регионов и решения одной из важнейших проблем информационной безопасности - проблемы «информационного неравенства» регионов.Wireless broadband networks are practically unrivaled in terms of deployment efficiency for geographical areas in which a large territory is combined with a low population density, broadband wireless solutions are of particular importance, as they allow the creation of telecommunication infrastructure in vast territories economically and quickly. This is especially important for informatization of remote and rural regions and solving one of the most important problems of information security - the problem of "information inequality" of the regions.
Использование воздушных платформ обеспечивает телекоммуникационное покрытие больших географических регионов. Одновременно с созданием региональных сетей передачи данных, голоса и видеоинформации высотные платформы могут применяться для целей видеонаблюдения в радиусе 70-80 км (например, в приграничных территориях или наблюдения транспортных потоков), обнаружения лесных пожаров, экологического мониторинга с использованием сенсорных сетей, геологической и геофизических разведок, радиологического контроля и т.д.The use of air platforms provides telecommunication coverage of large geographical regions. Along with the creation of regional data, voice and video information networks, high-altitude platforms can be used for video surveillance within a radius of 70-80 km (for example, in border areas or monitoring traffic flows), forest fire detection, environmental monitoring using sensor networks, geological and geophysical intelligence, radiological monitoring, etc.
В качестве таких высотных платформ рассматриваются гелиевые дирижабли, располагаемые на высоте 20-22 км, платформы типа летающего крыла, самолеты и вертолеты.Helium airships located at an altitude of 20-22 km, platforms such as a flying wing, airplanes and helicopters are considered as such high-altitude platforms.
Известна мобильная система связи, включающая мобильные телефоны, связанные радиосвязью с базовыми станциями, по меньшей мере, часть из которых выполнена подвижными, связанными радиосвязью со стационарной шлюзовой станцией сопряжения, соединенной через линию передачи сигналов с телефонной станцией, причем, по меньшей мере, одна из подвижных базовых станций размещена на надземном передвижном объекте, выполненном в виде аэростата (патент РФ на полезную модель №28419, 2002).Known mobile communication system, including mobile telephones connected by radio to base stations, at least some of which are mobile, connected by radio to a fixed gateway gateway connected via a signal line to a telephone exchange, at least one of mobile base stations are located on an overhead mobile object made in the form of an aerostat (RF patent for utility model No. 28419, 2002).
Известна всенаправленная высотная антенна, представляющая собой однопроводную линию передачи, один конец которой нагружен на согласованную нагрузку и крепится на аэростате, а другой конец связан с приемопередатчиком и с помощью анкера крепится к земле, которая позволяет повысить дальность связи (патент РФ №2099827, 1994).A omnidirectional high-altitude antenna is known, which is a single-wire transmission line, one end of which is loaded on an agreed load and is mounted on a balloon, and the other end is connected to a transceiver and is attached to the ground with an anchor, which allows to increase the communication range (RF patent No. 2099827, 1994) .
Известна аэростатная антенна в виде металлического контейнера с прикрепленными к его корпусу радиальными проводниками, выполненными в форме петли. В указанной антенне стабилизация положения происходит при использовании не менее чем четырех специальных фалов (патент РФ №2097880, 1995).Known balloon antenna in the form of a metal container with radial conductors attached to its body, made in the form of a loop. In this antenna, position stabilization occurs when using at least four special files (RF patent No. 2097880, 1995).
Известен антенный провод для антенны, поддерживаемой в вертикальном положении летательным аппаратом, содержащий грузонесущий трос из синтетических нитей и токопроводящую оплетку из алюминиевых проводников, уложенных по поверхности троса под углом (патент РФ №2030039, 1991). Указанный провод не обладает достаточной надежностью при длительном использовании в беспроводных сетях передачи информации.Known antenna wire for an antenna supported in an upright position by an aircraft, comprising a load-carrying cable of synthetic fibers and a conductive braid of aluminum conductors laid on the surface of the cable at an angle (RF patent No. 2030039, 1991). The specified wire does not have sufficient reliability for prolonged use in wireless data transmission networks.
Для всех указанных выше аналогов помимо индивидуальных недостатков присущ общий недостаток, связанный с использованием носителя - аэростата, который заключается в необходимости использования громоздких и относительно дорогих причальных устройств для опускания и удержания аэростата на земле во время штормовых и грозовых предупреждений.For all of the above analogues, in addition to individual shortcomings, there is a common disadvantage associated with the use of a carrier - an aerostat, which consists in the need to use bulky and relatively expensive berthing devices to lower and hold the aerostat on the ground during storm and lightning warnings.
Продолжительность навигации при использовании высотных платформ региональных сетей на высотах до 1 км в естественных условиях окружающей среды на открытых пространствах обуславливает первоочередность задачи обеспечения грозозащиты системы навигации воздушных платформ и работоспособности телекоммутационной сети. При этом следует учитывать, что грозовая активность в средней полосе России составляет 2,9 ударов молний в площадь поверхности Земли размером в 1 кв.км в год (под годом следует понимать грозовой сезон).The duration of navigation when using high-altitude platforms of regional networks at altitudes of up to 1 km in natural environmental conditions in open spaces determines the priority of providing lightning protection for the navigation system of air platforms and the operability of the telecommunication network. It should be borne in mind that thunderstorm activity in central Russia is 2.9 lightning strikes into the Earth’s surface area of 1 square kilometer per year (by year we should mean the thunder season).
Известен среди устройств защиты антенн от ударов молнии, в частности, молниеотвод, представляющий собой радиопрозрачную диэлектрическую трубу, который снизу закрыт и заземлен. Понижение давления внутри трубы создается набегающим ветром. Развивающаяся молния создает в трубе газоразрядный градиент. Разряд молнии отводится в землю плазмой внутри трубы (пат. РФ №2019002, 1994).Known among devices for protecting antennas from lightning strikes, in particular, a lightning rod, which is a radio-transparent dielectric tube, which is closed and grounded from below. Pressure reduction inside the pipe is created by the oncoming wind. The developing lightning creates a gas discharge gradient in the pipe. A lightning discharge is discharged into the ground by plasma inside the pipe (US Pat. RF No. 19992, 1994).
Известен универсальный способ защиты объекта от линейных, четочных и шаровых молний, в котором решается задача защиты любого объекта от прямого поражения всеми типами молний, а также от проникновения в него шаровой молнии, причем с одинаковой и высокой степенью надежности. Для этого в способ введена дополнительная операция создания вблизи защищаемого объекта зоны с напряженностью магнитного поля, превышающей по величине напряженность геомагнитного поля Земли, путем установки на известный молниеприемник молниеотвода металлического магнитного диполя, который, притягивая к себе появляющиеся в его окрестностях шаровые молнии и уничтожает их (пат. РФ №2152695, 2000).There is a universal method of protecting an object from linear, clear and ball lightning, which solves the problem of protecting any object from direct damage by all types of lightning, as well as from the penetration of ball lightning into it, and with the same and high degree of reliability. To this end, the method introduced an additional operation of creating a zone near the protected object with a magnetic field strength exceeding the Earth's geomagnetic field strength by installing a metal magnetic dipole on a known lightning rod, which attracts ball lightning that appears in its vicinity and destroys them ( Pat. of the Russian Federation No. 2152695, 2000).
Известен молниеотвод, содержащий центральный стержень-молниеприемник, центральный стержень заземления, боковые стержни, диэлектрический корпус с металлической крышкой, в которую вставлены центральный стержень-молниеприемник и боковые стержни, а также с нижним отверстием, в которое вставлен центральный стержень заземления. В корпус помещены обкладки конденсаторов в виде металлических пластин и две последовательные цепи резисторов. Верхняя пластина верхнего конденсатора соединена с крышкой корпуса. Нижняя пластина нижнего конденсатора связана с центральным стержнем заземления. Разрядники расположены на смежных пластинах соседних конденсаторов. Первые выводы резисторов первой цепи подключены к верхним пластинам конденсаторов. Первые выводы резисторов второй цепи подсоединены к нижним пластинам конденсаторов. Число и номиналы резисторов в обеих цепях одинаковы. Корпус заполнен диэлектриком, обладающим способностью к самовосстановлению исходных свойств после срабатывания устройства. Технический результат заключается в повышении срока службы и увеличении эффективности устройства (пат. РФ №2208887, 2003).A lightning rod is known, comprising a central lightning rod, a central grounding rod, side rods, a dielectric housing with a metal cover into which a central lightning rod and side rods are inserted, as well as a lower opening into which a central grounding rod is inserted. Capacitor plates in the form of metal plates and two successive chains of resistors are placed in the housing. The upper plate of the upper capacitor is connected to the housing cover. The lower plate of the lower capacitor is connected to the central ground rod. The arresters are located on adjacent plates of adjacent capacitors. The first findings of the resistors of the first circuit are connected to the upper plates of the capacitors. The first findings of the resistors of the second circuit are connected to the lower plates of the capacitors. The number and ratings of resistors in both circuits are the same. The housing is filled with a dielectric, which is capable of self-healing of the initial properties after the device is triggered. The technical result consists in increasing the service life and increasing the efficiency of the device (US Pat. RF No. 2208887, 2003).
Известно устройство для защиты подземных кабелей от грозовых воздействий, в котором защита от прямых ударов молнии в землю выполнена путем применения электрического контура, специфические свойства которого возникают в электромагнитном поле грозы и используются для отвода, канализации ствола молнии в плоскость контура. Контур молниезащиты, содержащий прямоугольную рамку из металлического троса, замкнут на электрический конденсатор, прокладывается на почве слабой проводимости, обладает свойствами приемной антенны (заявка РФ №95103385, 1996).A device for protecting underground cables from thunderstorms is known, in which protection against direct lightning strikes into the ground is made by applying an electrical circuit, the specific properties of which arise in the electromagnetic field of a thunderstorm and are used to divert and drain the lightning trunk into the plane of the circuit. A lightning protection circuit containing a rectangular frame made of a metal cable is closed to an electric capacitor, laid on the basis of weak conductivity, and has the properties of a receiving antenna (RF application No. 95103385, 1996).
Наиболее близким аналогом является способ формирования региональных беспроводных сетей передачи информации, реализованный в телекоммутационной воздушной платформе, (патент на пол. мод. РФ №52296, опубл. в бюлл. №7, 2006 г.). Особенность способа формирования региональных беспроводных сетей передачи информации, включающего размещенние воздушных телекоммутационных платформ на заданных высотах путем создания подъемной силы для их удержания в заданных точках региональной сети географического региона и стабилизацию положения платформ в этих точках, заключается в том, что подъемную силу для каждой платформы создают с помощью дистанционно и/или автономно пилотируемого летательного аппарата за счет вертикальной составляющей его вектора тяги, а удержание этого летательного аппарата и платформы в заданной точке региональной сети географического региона осуществляют, связывая их с заданной точкой поверхности географического региона гибкой тягой, которую используют в качестве канала подачи энергии питания для обеспечения создания вектора тяги летательного аппарата. Стабилизацию положения платформы обеспечивают за счет инерциальной навигации летательного аппарата в заданной точке региональной сети географического региона.The closest analogue is the method of forming regional wireless networks for the transmission of information, implemented in a telecommunication air platform (patent for pol. Mod. Of the Russian Federation No. 52296, publ. In bulletin No. 7, 2006). The peculiarity of the method of forming regional wireless information transmission networks, including placing airborne telecommunication platforms at specified heights by creating lift to hold them at predetermined points in the regional network of a geographical region and stabilizing the position of platforms at these points, is that the lifting force for each platform is created using a remotely and / or autonomously piloted aircraft due to the vertical component of its thrust vector, and holding it aircraft and platform at a given point regional geographic area network is performed by associating them with a given point of the surface geographic region flexible rod, which is used as supply energy supply path for creating thrust vector of the aircraft. Stabilization of the position of the platform is ensured by inertial navigation of the aircraft at a given point in the regional network of the geographical region.
Телекоммутационная воздушная платформа отличается тем, что узел формирования подъемной силы выполнен в виде фюзеляжа с приборным отсеком, связанного с винтовым движителем в виде, по меньшей мере, одной гондолы, в которой установлены электрический двигатель с редуктором и тяговым винтом, при этом фюзеляж связан посредством двухосного карданового подвеса с кабель-тросом, второй конец которого зафиксирован с возможностью изменения длины кабель-троса в заданной точке поверхности географического региона и связан с источником электрической энергии в этой точке.Telecommunication air platform is characterized in that the lifting force generating unit is made in the form of a fuselage with an instrument compartment connected to a screw propulsion device in the form of at least one nacelle, in which an electric motor with a gearbox and a traction screw are installed, while the fuselage is connected via a biaxial a gimbal with a cable, the second end of which is fixed with the possibility of changing the length of the cable at a given point on the surface of the geographical region and is connected electrically to the source th energy at this point.
Недостатком указанных технических решений является тот факт, что кабель-трос, связывающий летательный аппарат с наземным источником электрической энергии, представляет собой естественный громоотвод, т.к. летательный аппарат должен располагаться выше естественных или искусственных сооружений, ухудшающих условия приема и передачи телекоммутационной информационной сети, что обуславливает уменьшение ее надежности.The disadvantage of these technical solutions is the fact that the cable cable connecting the aircraft with a ground source of electrical energy is a natural lightning rod, because the aircraft should be located above natural or artificial structures that worsen the conditions for receiving and transmitting a telecommunication information network, which leads to a decrease in its reliability.
Технический результат предлагаемых изобретений заключается в повышении надежности навигации воздушных платформ телекоммуникационной информационной сети за счет обеспечения повышения грозозащищенности канала подачи энергии питания электродвигателей винтов и приборов воздушных платформ.The technical result of the proposed inventions is to increase the reliability of navigation of air platforms of a telecommunication information network by providing increased lightning protection of the power supply channel for power supply of electric motors of screws and devices of air platforms.
Указанный технический результат достигается в способе формирования региональных беспроводных сетей передачи информации, включающем размещение воздушных телекоммутационных платформ на заданных высотах путем создания подъемной силы для их удержания в заданных точках региональной сети географического региона с помощью дистанционно и/или автономно пилотируемого летательного аппарата, удержание которого и платформы в заданной точке осуществляют, связывая их с заданной точкой поверхности географического региона гибкой тягой, используемой в качестве канала подачи электрической энергии питания для обеспечения создания вектора тяги летательного аппарата, тем, что в качестве канала подачи электрической энергии этой гибкой тяги используют электропровод с возможностью его разъема в средней части, а для обеспечения грозозащиты сети передачи информации разводят концы разъема электропровода на расстояние не менее величины Lпр, которую рассчитывают по формулеThe specified technical result is achieved in a method of forming regional wireless information transmission networks, including placing airborne telecommunication platforms at predetermined heights by creating a lifting force to hold them at predetermined points in the regional network of a geographical region using a remotely and / or autonomously piloted aircraft, the retention of which and the platform at a given point, they are carried out by linking them to a given point on the surface of the geographical region with flexible traction, using used as a channel for supplying electric energy to the aircraft to ensure the creation of a thrust vector for the aircraft, in that an electric wire with the possibility of its connector in the middle part is used as a channel for supplying electric energy to this flexible thrust, and the ends of the electric wire connector are bred to provide lightning protection for the information transmission network the distance is not less than the value of L CR , which is calculated by the formula
где Егр - средняя напряженность электрического поля в грозовых облаках, Епр - напряженность электрического пробоя воздуха,where Egr is the average electric field in thunderclouds, Epr is the electric breakdown air,
Нвыс - высота размещения летательного аппарата.Nysv - the height of the aircraft.
Указанный технический результат для высотной винтокрылой платформы, содержащей станцию приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе, установленную на летательном аппарате, имеющем приборный отсек и винтовой движитель в виде электрического двигателя с редуктором и тягового винта и связанном посредством двухосного карданового подвеса с кабель-тросом, второй конец которого зафиксирован с возможностью изменения длины кабель-троса в заданной точке поверхности географического региона, связан с источником электрической энергии в этой точке и имеет не менее одного электроизолированного токопроводящего проводника для подачи электрической энергии к электрическому двигателю винтового движителя, достигается тем, что токопроводящие проводники выполнены с разъемом в средней части длины кабель-троса с возможностью перемещения, по меньшей мере, одного из концов разъема вдоль кабель-троса и фиксирования их на заданном расстоянии друг от друга.The indicated technical result for a high-altitude rotorcraft platform containing a signal receiving and transmitting station in a given geographical region, mounted on an aircraft having an instrument compartment and a propeller in the form of an electric motor with a gearbox and a traction screw and connected by a biaxial cardan suspension with a cable cable, the second end of which is fixed with the possibility of changing the length of the cable at a given point on the surface of the geographical region, is connected with a source of electric energy at this point and has at least one electrically insulated conductive conductor for supplying electrical energy to the electric motor of the screw propulsion device, is achieved by the fact that the conductive conductors are made with a connector in the middle part of the cable length with the ability to move at least one of the ends of the connector along the cable and fixing them at a given distance from each other.
Кроме того, коаксиальный кабель-трос может содержать, по меньшей мере, два подвижных относительно друг друга электроизолирующих элемента, один из которых жестко связан с первым концом разъема токопроводящего проводника кабель-троса, а другой - со вторым концом разъема токопроводящего проводника.In addition, the coaxial cable cable may contain at least two electrically insulating elements movable relative to each other, one of which is rigidly connected to the first end of the cable conductor connector, and the other to the second end of the cable conductor connector.
Кроме того, электроизолирующие элементы могут быть размещены внутри коаксиального кабель-троса под слоем внешней климатической и механической защиты и/или под изоляционным слоем с возможностью перемещения, по меньшей мере, одного из электроизолирующих элементов вдоль указанных слоев.In addition, the insulating elements can be placed inside the coaxial cable under the layer of external climatic and mechanical protection and / or under the insulating layer with the ability to move at least one of the insulating elements along these layers.
Кроме того, слой внешней климатической и механической защиты может содержать, по меньшей мере, один грозоотводящий канал, заземленный в заданной точке поверхности географического региона.In addition, the layer of external climatic and mechanical protection may contain at least one lightning conduit, grounded at a given point on the surface of the geographical region.
Изобретения поясняются чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 - показана общая схема, иллюстрирующая предлагаемые изобретения.Figure 1 - shows a General diagram illustrating the invention.
На фиг.2 - представлена конструктивная схема выполнения платформы с одновинтовым движителем.Figure 2 - presents a structural diagram of a platform with a single-screw propulsion.
На фиг.3 - представлена конструктивная схема выполнения разъемной части коаксиального кабель-троса, связывающего летательный аппарат с источником электрической энергии в заданной точке поверхности географического региона.Figure 3 - presents a structural diagram of a detachable part of a coaxial cable-cable connecting the aircraft with a source of electrical energy at a given point on the surface of the geographical region.
Высотная винтокрылая платформа 1 (фиг.1) содержит узел формирования подъемной силы (летательный аппарат) 2, связанную с этим узлом станцию 3 приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе, обслуживающую потребителей информации 34а, 34b, 34 с, 34d, 34e, 34f. Узел формирования подъемной силы 2 выполнен, например, в виде фюзеляжа 4 (фиг.2) с приборным отсеком 5 и связан с винтовым движителем 6 в виде, по меньшей мере, одной гондолы 7, в которой установлены электрический двигатель 8 с редуктором и тяговым винтом 9. Фюзеляж связан посредством двухосного карданового подвеса 10 с кабель-тросом 11, второй конец которого зафиксирован с возможностью изменения длины кабель-троса, например, на кабельной катушке 12 в заданной точке поверхности географического региона и связан с источником электрической энергии 13 в этой точке.The high-altitude rotorcraft platform 1 (Fig. 1) contains a node for generating lift (aircraft) 2, a station 3 for receiving and transmitting signals in a given geographical region, which serves information consumers 34a, 34b, 34 s, 34d, 34e, 34f . The node forming the lifting force 2 is made, for example, in the form of a fuselage 4 (figure 2) with the
В приборном отсеке размещена автономная система управления, состоящая из микропроцессора 14 и подключенных к его входам бесплатформенного инерциального блока 15, альтиметра 16, магнитометра 17, GPS-приемника 18, а также рулевых машинок 19 для поворота осей вращения электродвигателей и винтов, при установке их в гондоле или фюзеляже на кардановом подвесе.An autonomous control system is placed in the instrument compartment, consisting of a
Станция 3 приема и передачи сигналов в заданном географическом регионе выполнена в виде базовой станции системы беспроводного широкополосного доступа 20 и размещена в приборном отсеке, который содержит также аккумуляторную батарею 21, преобразователи напряжения 22, вторичные источники питания 23. Приборный отсек содержит также видеокамеру наблюдения 24.A station 3 for receiving and transmitting signals in a given geographical region is made in the form of a base station of a wireless
Кабель-трос 11 выполнен коаксиальным с последовательно расположенными от центра к периферии несущей тягой 25, кивларовым несущим слоем 26, информационным волоконно-оптическим слоем 27, изоляционным слоем 28 и слоем внешней климатической и механической защиты 29. В изоляционном слое по всей длине кабель-троса размещены, по меньшей мере, два электроизолированных токопроводящих проводника 30 для подачи электрической энергии с поверхности географического региона к электродвигателям узла формирования подъемной силы.The
В коаксиальном кабель-тросе помещены, по меньшей мере, два подвижных относительно друг друга электроизолирующих элемента 31, один из которых жестко связан с первым концом разъема токопроводящего проводника 30 кабель-троса, а другой - со вторым концом разъема токопроводящего проводника 30.At least two electrically
Указанные электроизолирующие элементы 31 размещены внутри коаксиального кабель-троса под слоем внешней климатической и механической защиты 29 и/или под изоляционным слоем 30 с возможностью перемещения, по меньшей мере, одного из электроизолирующих элементов 31 вдоль указанных слоев.These
Слой внешней климатической и механической защиты может содержать, по меньшей мере, один грозоотводящий канал 32, заземленный в заданной точке поверхности географического региона и помещенный в направляющий элемент 33.The layer of external climatic and mechanical protection may contain at least one
Работа высотной винтокрылой платформы осуществляется следующим образом.The operation of a high-altitude rotorcraft platform is as follows.
Подъемная сила создается воздушным винтом, приводимым в движение электродвигателем, питанием для которого служит электроэнергия, поступающая по проводникам кабель-троса с поверхности географического региона или аккумуляторная батарея. Для создания горизонтальной составляющей тяги винта электродвигатель, установленный в кардановый подвес, наклоняется в нужном направлении при помощи двух рулевых машинок 19.The lifting force is created by a propeller driven by an electric motor, the power of which is electric power supplied through the cable conductors from the surface of a geographical region or a battery. To create a horizontal component of the thrust of the screw, an electric motor mounted in a gimbal is tilted in the desired direction with the help of two
Одним из основных достоинств предлагаемого технического решения является возможность использования хорошо разработанной технологии передачи электрической энергии и информационных потоков с помощью кивларового кабель-троса. Наличие в кабеле медных проводов обеспечивает надежное электропитание электродвигателей платформы и их работу в течение длительного времени без опускания платформы на землю (не менее одного года); оптическое волокно в кабель-троса позволяет передавать с высокой скоростью (100 Мбит/с) большие объемы информации с борта на землю и с земли на борт.One of the main advantages of the proposed technical solution is the ability to use a well-developed technology for the transmission of electrical energy and information flows using a cable cable. The presence of copper wires in the cable ensures reliable power supply to the platform electric motors and their operation for a long time without lowering the platform to the ground (at least one year); the optical fiber in the cable allows you to transfer large amounts of information from board to ground and from land to board at high speed (100 Mbps).
Кроме этого указанные платформы могут обеспечить функции видеонаблюдения и ряд других функций, которые были описаны ранее.In addition, these platforms can provide video surveillance functions and a number of other functions that have been described previously.
Исходные данные при возникновении грозовой обстановки и необходимые параметры телекоммутационной системы связи с использованием воздушной платформы с гибкой тягой, обеспечивающие необходимую грозозащиту, приведены ниже.The initial data in the event of a thunderstorm situation and the necessary parameters of a telecommunication switching system using an air platform with flexible traction, providing the necessary lightning protection, are given below.
При попадании молнии в проводник высокая энергия тока в доли секунды нагревает электропроводку до такой температуры, что она просто сгорает. Это явление относится ко всем проводникам, диаметр которых меньше 16 мм меди. Из этих соображений заземление антенн в соответствии с мировыми стандартами МЭК предписывается выполнять диаметром не ниже 16 мм меди, что соответствует сечению провода 
В качестве минимальных массогабаритных требований, которым должна удовлетворять высотная винтокрылая платформа являются следующие:The following are the minimum weight and size requirements that a high altitude rotorcraft must satisfy:
- масса радиооборудования, размещаемого на платформе, не менее 30 кг;- the mass of radio equipment placed on the platform is not less than 30 kg;
- высота зависания платформы до 200 метров;- platform hover height up to 200 meters;
- масса кабеля-троса 12 кг;- weight of cable cable 12 kg;
- потребляемая мощность радиооборудования 600 Вт;- power consumption of radio equipment 600 W;
- напряжение питания радиооборудования 5 В и 12 В постоянного тока;- supply voltage of radio equipment 5 V and 12 V DC;
- время непрерывной работы оборудования без обслуживания, не менее года;- time of continuous operation of the equipment without maintenance, at least a year;
- работоспособность аппарата во всех климатических зонах региона;- the performance of the device in all climatic zones of the region;
- диапазон рабочих температур радиооборудования -55°С - +55°С;- operating temperature range of radio equipment -55 ° С - + 55 ° С;
- скорость ветра до 20 м/с.- wind speed up to 20 m / s.
Для удовлетворения перечисленных выше требований необходимо выбрать рациональную схему построения телекоммуникационной платформы, обладающую наилучшими массогабаритными показателями.To meet the above requirements, it is necessary to choose a rational scheme for building a telecommunications platform that has the best overall dimensions.
При потребной тяге винта 500 н, масса электродвигателя составляет соответственно Mq=10 кг, а энергопотребление 10 КВт.With the required propeller thrust of 500 n, the mass of the electric motor is Mq = 10 kg, respectively, and the power consumption is 10 kW.
По справочным данным [Справочник машиностроителя. В трех томах. Том 1. Ред. акад. Е.А.Чудаков М., ГИНТИ «Машиностроение», 1951 г., 1036 с.] средняя эффективность подъемной силы вертолета равна приблизительно Э=0,2 л.с. (лошадиной силы) на 1 кг подъемной силы. Учитывая, что:According to the reference data [Reference engineering. In three volumes. Volume 1. Ed. Acad. E.A. Chudakov M., GINTI "Mechanical Engineering", 1951, 1036 pp.] The average efficiency of the helicopter's lifting force is approximately E = 0.2 hp (horsepower) per 1 kg of lifting force. Given that:
1 л.c.=75 кгм/с; 1 кВт=102 кгм/с; то 1 л.с.=0,736 кВт.1 hp. = 75 kgm / s; 1 kW = 102 kgm / s; then 1 hp = 0.736 kW.
Найдем коэффициент подъемной силы для вертолета:Find the lift coefficient for the helicopter:
Чтобы определить параметры электрического кабеля необходимо знать допустимую плотность тока. Для ориентировочного расчета используем справочные данные.To determine the parameters of the electric cable, you must know the permissible current density. For an approximate calculation we use reference data.
Так для неизолированного алюминиевого провода (наиболее легкий из широко используемых проводников) на открытом воздухе без изоляции с нагревом до 70°С допустимая плотность тока 
Для удобства сравнений вариантов расчет будем вести на мощность Р=1 кВт. Тогда:For the convenience of comparisons of options, the calculation will be carried out at a power of P = 1 kW. Then:
Для ориентировочного расчета (по порядку величины) примем допустимую плотность тока несколько меньшую из-за неизбежного наличия изоляции (даже самой элементарной). Примем плотность тока с некоторым запасом по отношению к допустимой - 
Пренебрегаем также падением напряжения в кабеле, т.к. его можно скомпенсировать на Земле.We also neglect the voltage drop in the cable, as it can be compensated on Earth.
Примем падение напряжения на полезной нагрузке (на электродвигателе и приборах летательного аппарата) равным U=100 В. Тогда сечение провода будет:Let us take the voltage drop at the payload (on the electric motor and aircraft devices) equal to U = 100 V. Then the wire cross section will be:
Поскольку ток (J) течет в двух направлениях, мы имеем в кабель-тросе минимум два провода, т.е. S2=4 мм2; 
Тогда масса 1 м провода из алюминия при передаваемой электрической мощности 1 кВт будет 
Для 10 кВт получим примерно 108 г/м.For 10 kW, we get about 108 g / m.
Однако для того чтобы обеспечить навигацию и работоспособность телекоммутационной системы связи с использованием воздушной платформы с гибкой тягой после попадания молнии в проводник (чтобы он не выгорел полностью), в соответствии с требованиями мировых стандартов МЭК (S=201 мм2), сечение проводов должно быть увеличено не менее чем в пятьдесят раз, что, соответственно, пропорционально увеличивает вес кабель-троса.However, in order to ensure navigation and operability of the telecommunication switching system using an air platform with flexible traction after lightning strikes the conductor (so that it does not burn out completely), in accordance with the requirements of international IEC standards (S = 201 mm 2 ), the wire cross section must be increased not less than fifty times, which, accordingly, proportionally increases the weight of the cable.
Кроме того, нужно иметь в виду то обстоятельство, что с ростом рабочего напряжения будет увеличиваться доля изоляции в весе кабеля. В свою очередь увеличение изоляции положительно скажется на устойчивости к явлениям атмосферного электричества.In addition, it must be borne in mind that with increasing operating voltage, the proportion of insulation in the weight of the cable will increase. In turn, an increase in insulation will positively affect resistance to atmospheric electricity.
В части атмосферного электричества имеются следующие данные [И.Имянитов, Д.Тихий. За гранью закона Л., Гидрометеоиздат, 1967,143 с.]:Regarding atmospheric electricity, the following data are available [I. Imyanitov, D. Tikhiy. Beyond the bounds of the law of L., Gidrometeoizdat, 1967,143 p.]:
- средняя напряженность (Е) электрического поля в грозовых облаках составляет 1000-2000 В/см,- the average electric field strength (E) in thunderclouds is 1000-2000 V / cm,
- в отдельных облаках напряженность может достигать значений 4000-5000 В/см,- in individual clouds, the intensity can reach values of 4000-5000 V / cm,
- вертикальные молнии бывают длиной 10-12 км,- vertical lightnings are 10-12 km long,
- горизонтальные достигают длины 50 км и даже 150 км,- horizontal reach a length of 50 km and even 150 km,
- напряженность электрического пробоя сухого воздуха при 1атм составляет Е=30 кВ/см.- the electric breakdown intensity of dry air at 1 atm is E = 30 kV / cm.
Исходя из этих данных на длине (высоте) 200 м при Е=2 кВ/см может возникнуть напряжениеBased on these data, voltage can occur at a length (height) of 200 m at E = 2 kV / cm
U=2[кВ/см]·20000[см]=40000[кВ]=4·107 В.U = 2 [kV / cm] · 20,000 [cm] = 40,000 [kV] = 4 · 10 7 V.
Если провод разорвать с помощью штепсельного разъема и развести концы на расстояние (Lпр), то при Епробоя=30 кВ/см получим: 
Таким образом, разводя провод на расстояние L>Lпр, пробой можно предотвратить, не увеличивая сечение проводов и, соответственно, массу кабель-троса.Thus, spreading the wire to a distance L> L CR , breakdown can be prevented without increasing the cross-section of the wires and, accordingly, the mass of the cable.
В этом случае предусмотрен автоматический режим работы платформы с использованием энергии бортового аккумулятора.In this case, an automatic mode of operation of the platform using the energy of the onboard battery is provided.
Однако необходимо учитывать несколько обстоятельств.However, several circumstances need to be considered.
Во-первых, влажный воздух имеет меньшую электрическую прочность, как изолятор.Firstly, humid air has a lower dielectric strength, like an insulator.
Во-вторых, поскольку при указанных выше средних налряженностях (Е) электрического поля 1000-2000 В/см грозовые разряды все-таки происходят, существуют определенные инициаторы пробоя. Ими являются различные источники первичной ионизации. Ими могут быть и ливни космических лучей, и загрязнение атмосферы. Поэтому здесь можно говорить лишь о вероятностях уменьшения риска пробоя. Не лишним будет и требование, чтобы при разрыве кабеля через (ШР) на нем не должно быть голых (неизолированных) проводов с острыми концами. С острых концов проводников происходит «стекание» зарядов (огни Эльма), которые также могут инициировать пробой. Не исключен и вариант, когда параллельно кабелю наверх придется поднимать и неизолированный провод громоотвода. Наверху он должен быть выше платформы.Secondly, since lightning discharges nevertheless occur at the average average electric field strength (E) of 1000-2000 V / cm indicated above, there are certain initiators of breakdown. They are various sources of primary ionization. They can be showers of cosmic rays, and air pollution. Therefore, here we can only talk about the probabilities of reducing the risk of breakdown. The requirement that when the cable is torn through (SHR) there should be no bare (uninsulated) wires with sharp ends on it, is not superfluous. From the sharp ends of the conductors there is a "drain" of charges (Elm lights), which can also initiate a breakdown. The option is also not excluded when in parallel with the cable you will have to lift the uninsulated lightning conductor wire upward. At the top, it should be above the platform.
Таким образом, применением предлагаемых изобретений обеспечен технический результат, заключающийся в повышении надежности навигации высотных платформ телекоммуникационной информационной сети за счет обеспечения повышения грозозащищенности канала подачи энергии питания.Thus, the application of the proposed inventions ensured a technical result consisting in increasing the reliability of navigation of high-altitude platforms of a telecommunication information network by providing increased lightning protection of a power supply channel.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006131971/09A RU2319319C1 (en) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Method for composing wireless information transfer networks and a high-altitude rotary-wing platform for realization of the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006131971/09A RU2319319C1 (en) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Method for composing wireless information transfer networks and a high-altitude rotary-wing platform for realization of the method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2319319C1 true RU2319319C1 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=39281131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006131971/09A RU2319319C1 (en) | 2006-09-06 | 2006-09-06 | Method for composing wireless information transfer networks and a high-altitude rotary-wing platform for realization of the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319319C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462390C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Корпорация "Иркут" | Air observation complex built around tethered balloon |
| RU2631677C2 (en) * | 2012-04-10 | 2017-09-26 | Дженерал Электрик Компани | System and method for cooling the motor |
-
2006
- 2006-09-06 RU RU2006131971/09A patent/RU2319319C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462390C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственная Корпорация "Иркут" | Air observation complex built around tethered balloon |
| RU2631677C2 (en) * | 2012-04-10 | 2017-09-26 | Дженерал Электрик Компани | System and method for cooling the motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103144779B (en) | Many rotor unmanned aircrafts mooring system | |
| EP3688885B1 (en) | Persistent aerial communication and control system | |
| US20190161204A1 (en) | Aircraft, lightning-protection system, and method of providing the lightning protection | |
| US4476576A (en) | VLF Communication system | |
| RU2287910C1 (en) | Method and overhead telecommunication platform for organizing regional wireless data-transfer networks | |
| CN202966675U (en) | Mooring system of multi-rotor unmanned aerial vehicle | |
| WO2002061971A1 (en) | Communication system using an aerostat tethered above the earth surface and linked to a base station by an optical fibre | |
| WO2019058116A1 (en) | System and method for controlling a pilotless device | |
| WO2011012996A2 (en) | Improved self-righting aerostat and relative takeoff and recovery system | |
| US20200307830A1 (en) | Powering of drone carrying base station transceiver | |
| KR20100111041A (en) | Portable lightning protection system | |
| CN1422447A (en) | Mobile radio communication system | |
| Kaur et al. | Google LOON: Balloon-powered internet for everyone | |
| RU2319319C1 (en) | Method for composing wireless information transfer networks and a high-altitude rotary-wing platform for realization of the method | |
| CN110028897A (en) | A kind of lightweight selfcurable insulative material intelligently coated applied to overhead bare conductor | |
| RU52296U1 (en) | TELECOMMUTATION AIR PLATFORM FOR WIRELESS INFORMATION NETWORKS | |
| RU70067U1 (en) | HIGH-RANGE RUNWING PLATFORM FOR WIRELESS INFORMATION NETWORKS | |
| CN101390483A (en) | Artificial lightning attractor and lightning method thereof | |
| JPH0321592A (en) | High altitude mooring floating device and floating method | |
| CN108828689A (en) | A method of utilizing balloon artificial anomalies drifted by wind and thunder and lightning | |
| US11949150B1 (en) | Tethered unmanned aircraft antenna | |
| Miś | Experiment-based risk evaluation for a stratospheric VLF antenna system | |
| JP4498992B2 (en) | Mobile phone relay device | |
| Kim et al. | A method on using drone for connecting messenger lines in power transmission line construction | |
| RU2715420C1 (en) | Method of continuous high-altitude telecommunication communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080907 |