RU2648491C1 - Unmanned vertical take-off and landing aerial vehicle (versions) - Google Patents
Unmanned vertical take-off and landing aerial vehicle (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648491C1 RU2648491C1 RU2016148813A RU2016148813A RU2648491C1 RU 2648491 C1 RU2648491 C1 RU 2648491C1 RU 2016148813 A RU2016148813 A RU 2016148813A RU 2016148813 A RU2016148813 A RU 2016148813A RU 2648491 C1 RU2648491 C1 RU 2648491C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- suspension
- rod
- target load
- aerodynamic
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 19
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C17/00—Aircraft stabilisation not otherwise provided for
- B64C17/02—Aircraft stabilisation not otherwise provided for by gravity or inertia-actuated apparatus
- B64C17/04—Aircraft stabilisation not otherwise provided for by gravity or inertia-actuated apparatus by pendular bodies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системам стабилизации беспилотных летательных аппаратов (БЛА) вертолетного типа.The invention relates to aircraft, in particular to stabilization systems for unmanned aerial vehicles (UAVs) of a helicopter type.
Уровень техникиState of the art
Известен беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий несущий винт с вращающимися в противоположные стороны лопастями, соединенными с системой автомата перекоса, гироскопом и электронной системой управления (см. патент RU 2566177, МПК: В64С 29/00, опубл. 20.10.2015).Known unmanned aerial vehicle vertical take-off and landing, containing a rotor with rotating in opposite directions blades connected to the swash plate system, a gyroscope and an electronic control system (see patent RU 2566177, IPC: В64С 29/00, publ. 20.10.2015) .
Известен портативный комплекс авианаблюдений с автономно пилотируемым летательным микроаппаратом, содержащим корпус с несущим винтом, электроприводом, комплексом антенн и рулевыми машинками, связанными с аэродинамическими рулями (патент RU 2232104, МПК: В64С 29/02, опубл. 10.07.2004). В приборном отсеке корпуса размещены видеокамера с передатчиком видеоизображения, микропроцессор, приемник ГНСС и блок датчиков, включающий механические вибрационные гироскопы для измерения угловых скоростей, микромеханический акселерометр и барометрический высотомер. Стабилизация аппарата по курсу, крену и тангажу осуществляется автоматически с помощью автопилота. Информация с датчиков обрабатывается микропроцессором, формирующим управляющие сигналы для рулевых машинок, поворачивающих аэродинамические рули.Known portable aerial surveillance system with autonomously piloted aircraft micro-device, comprising a housing with a rotor, an electric drive, a complex of antennas and steering machines associated with aerodynamic rudders (patent RU 2232104, IPC: B64C 29/02, published on July 10, 2004). A video camera with a video image transmitter, a microprocessor, a GNSS receiver and a sensor unit including mechanical vibration gyroscopes for measuring angular velocities, a micromechanical accelerometer and a barometric altimeter are located in the instrument compartment of the case. The stabilization of the apparatus at the heading, roll and pitch is carried out automatically using autopilot. Information from sensors is processed by a microprocessor that generates control signals for steering machines that rotate aerodynamic rudders.
Известен многоцелевой БЛА вертикального взлета и посадки, осуществляющий подъем целевой нагрузки в виде съемных модулей, закрепляемых к корпусу посредством гиростабилизированного подвеса (патент RU 157424 U1, МПК: В64С 39/02, опубл. 10.12.2015). Управление перемещением аппарата и компенсацию возмущающих моментов по тангажу и рысканию осуществляет электронное вычислительное устройство, регулирующее скорости вращения винтов на основании показаний датчиков.Known multi-purpose UAV vertical take-off and landing, carrying out the lifting of the target load in the form of removable modules fixed to the hull by means of a gyro-stabilized suspension (patent RU 157424 U1, IPC: B64C 39/02, publ. 10.12.2015). The movement of the apparatus and the compensation of disturbing moments in pitch and yaw are controlled by an electronic computing device that controls the rotational speeds of the screws based on the readings of the sensors.
Известны технические решения беспилотников вертикального взлета и посадки, в которых стабилизация и управление осуществляются посредством консольно размещенных винтов стабилизации с приводами от вспомогательных двигателей (см. патент RU 122366 U1, МПК: В64С 29/00, опуб. 27.11.2012). Вращением винтов стабилизации управляет электронный блок, который по сигналам датчиков изменяет скорости вращения винтов или их шаг.The technical solutions of vertical take-off and landing drones are known, in which stabilization and control are carried out by means of cantilever-mounted stabilization screws with drives from auxiliary engines (see patent RU 122366 U1, IPC: V64C 29/00, published on November 27, 2012). The rotation of the stabilization screws is controlled by an electronic unit, which, according to the signals of the sensors, changes the rotational speeds of the screws or their pitch.
Известен беспилотный летательный аппарат, несущий видеокамеру, размещенную в полусфере на конце маятникового подвеса, что обеспечивает стабильность ее положения относительно Земли и исключает влияние наклона летательного аппарата на качество аэрофотосъемки (см. патент RU 2567496, МПК: В64С 39/02, опубл. 10.11.2015). Стабилизацию положения аппарата в целом осуществляет стандартная аппаратура управления по показаниям датчика углов крена.Known unmanned aerial vehicle carrying a video camera placed in a hemisphere at the end of the pendulum suspension, which ensures the stability of its position relative to the Earth and eliminates the influence of the tilt of the aircraft on the quality of aerial photography (see patent RU 2567496, IPC: B64C 39/02, publ. 10.11. 2015). The stabilization of the position of the apparatus as a whole is carried out by standard control equipment according to the readings of the roll angle sensor.
Все вышеупомянутые аналоги имеют одни и те же существенные недостатки, обусловленные использованием электронных управляющих схем и гироскопических датчиков, а именно: дороговизна и сложность изготовления, малый рабочий ресурс, возможность отказа электроники. Кроме того, все вышеупомянутые конструкции беспилотников предназначены для подъема на высоту небольших грузов, таких как видеокамера.All the aforementioned analogues have the same significant drawbacks due to the use of electronic control circuits and gyroscopic sensors, namely: the high cost and complexity of manufacturing, small working life, and the possibility of electronics failure. In addition, all the aforementioned drone designs are designed to lift small loads, such as a video camera, to a height.
Осуществить на подобных аппаратах подъем груза весом 15-20 кг с его последующим длительным удержанием на рабочей высоте практически невозможно. В этом случае общий вес аппарата составит порядка 60-70 кг, и для регулирования скоростей вращения воздушных винтов посредством электронной схемы стабилизации потребуется такой мощный источник питания, что сделает экономически нецелесообразным использование всей конструкции.It is practically impossible to lift a load weighing 15-20 kg on such devices with its subsequent long-term retention at a working height. In this case, the total weight of the device will be about 60-70 kg, and for regulating the rotational speeds of the propellers by means of an electronic stabilization circuit, such a powerful power source will be required that it will make it economically impractical to use the entire structure.
В качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками заявляемого устройства, принята конструкция дистанционно-пилотируемого летательного аппарата вертикального взлета и посадки, входящего в состав авиационного разведывательного комплекса, см. патент на изобретение RU 2067952, МПК: В64С 39/02, опубл. 20.10.1996 г.As the closest analogue, by the presence of signs similar to the essential features of the claimed device, the design of a remotely piloted aircraft of vertical take-off and landing, which is part of the aircraft reconnaissance complex, is adopted, see patent for invention RU 2067952, IPC: B64C 39/02 publ. 10.20.1996 g.
Упомянутый летательный аппарат содержит корпус, несущий винт и размещенные в создаваемом несущим винтом воздушном потоке аэродинамические рули управления по крену и тангажу. В корпусе размещен целевой груз в виде аппаратуры наблюдения. Управление полетом и стабилизацию аппарата осуществляет электронная система координатометрирования и автоматической посадки.The aforementioned aircraft comprises a housing, a rotor, and aerodynamic control wheels for roll and pitch placed in the air stream created by the rotor. The target cargo in the form of surveillance equipment is placed in the hull. Flight control and stabilization of the device is carried out by an electronic coordinate measuring system and automatic landing.
Недостатки ближайшего аналога аналогичны вышеупомянутым недостаткам беспилотников с электронными системами управления.The disadvantages of the closest analogue are similar to the aforementioned disadvantages of drones with electronic control systems.
Перед разработчиками стояла проблема создания простого и надежного летательного аппарата-беспилотника, позволяющего осуществить подъем и удержание на высоте полезной нагрузки весом до 20 кг, в конструкции которого были бы исключены сложные электронные схемы управления, гироскопы и автомат перекоса лопастей.The developers faced the problem of creating a simple and reliable UAV, allowing to lift and hold at a height of a payload weighing up to 20 kg, the design of which would exclude complex electronic control circuits, gyroscopes and an automatic swashplate of the blades.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Вышеупомянутая техническая проблема решена согласно первому варианту изобретения благодаря тому, что в беспилотном летательном аппарате вертикального взлета и посадки, содержащем корпус с несущим винтом, размещенные в создаваемом несущим винтом воздушном потоке аэродинамические рули управления по крену и тангажу и целевой груз, согласно заявляемому изобретению целевой груз свободно подвешен к корпусу в точке, лежащей на его вертикальной оси симметрии, и кинематически связан с аэродинамическими рулями посредством шарнирно-рычажных механизмов, каждый из которых включает коромысло и тяги, соединяющие одно плечо коромысла с грузом или его подвесом, а другое - с соответствующим рулем, при этом тяга, сочлененная одним концом с грузом или его подвесом, соединена с коромыслом с возможностью передачи движения только в одном направлении.The aforementioned technical problem is solved according to the first embodiment of the invention due to the fact that in an unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing, comprising a housing with a rotor, aerodynamic control wheels for roll and pitch and the target load, according to the claimed invention, the target load freely suspended from the body at a point lying on its vertical axis of symmetry, and kinematically connected to the aerodynamic rudders via articulated levers mechanisms, each of which includes a rocker and rods connecting one shoulder of the rocker with the load or its suspension, and the other with the corresponding steering wheel, while the rod, articulated at one end with the load or its suspension, is connected to the rocker with the possibility of transmitting movement in only one direction.
Вышеупомянутая техническая проблема решена согласно второму варианту изобретения благодаря тому, что в беспилотном летательном аппарате вертикального взлета и посадки, содержащем корпус с несущим винтом, размещенные в создаваемом несущим винтом воздушном потоке аэродинамические рули управления по крену и тангажу и целевой груз, согласно заявляемому изобретению аэродинамические рули выполнены каждый из двух, размещенных одна напротив другой, симметрично подвижных створок, верхние края которых сходятся у оси вращения, а нижние - разведены в стороны с образованием между створками острого угла, при этом целевой груз свободно подвешен к корпусу в точке, лежащей на его вертикальной оси симметрии, и кинематически связан с аэродинамическими рулями посредством шарнирно-рычажных механизмов, каждый из которых включает коромысло и тяги, соединяющие одно плечо коромысла с грузом или его подвесом, а другое - со створками соответствующего руля.The aforementioned technical problem is solved according to the second embodiment of the invention due to the fact that in an unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing, comprising a housing with a rotor, aerodynamic rudders for roll and pitch control and a target load, according to the claimed invention, aerodynamic rudders each of two, symmetrically movable flaps placed one opposite the other, is made, the upper edges of which converge at the axis of rotation, and the lower ones left to the sides with the formation of an acute angle between the flaps, while the target load is freely suspended from the hull at a point lying on its vertical axis of symmetry, and is kinematically connected to the aerodynamic rudders via articulated link mechanisms, each of which includes a rocker and rods connecting one the arm of the beam with the load or its suspension, and the other with the leaves of the corresponding steering wheel.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание механической системы стабилизации БЛА, которая, по сравнению с традиционно используемыми, проста, малозатратна, надежна, не нуждается в энергопотреблении и позволяет осуществлять подъем груза весом до 20 кг и более с последующим его длительным удержанием на рабочей высоте.The technical result of the invention is the creation of a mechanical UAV stabilization system, which, in comparison with traditionally used ones, is simple, low cost, reliable, does not require energy consumption and allows lifting of loads weighing up to 20 kg or more, followed by their long retention at a working height.
Существенным отличием предлагаемого технического решения от ближайшего и других известных аналогов является то, что целевой груз, т.е. груз, для подъема которого на высоту предназначен летательный аппарат, помимо своего основного назначения, выполняет ряд дополнительных функций.A significant difference of the proposed technical solution from the nearest and other known analogues is that the target cargo, i.e. cargo, for lifting which the aircraft is designed to a height, in addition to its main purpose, performs a number of additional functions.
Закрепленный на подвесе целевой груз представляет собой простейший маятник, совершающий под действием силы тяжести механические колебания относительно вертикальной оси симметрии корпуса (она же - центральная ось аппарата). В состоянии равновесия аппарата положение подвеса с грузом и упомянутой оси совпадают. В случае наклона аппарата под действием силы тяжести подвес с грузом отклоняются от упомянутой оси на угол, соответствующий углу крена (или тангажа). Таким образом, свободно подвешенный относительно корпуса целевой груз является чувствительным элементом, реагирующим на изменение положения аппарата, т.е. выполняет функции датчиков в известных решениях.The target load fixed on the suspension is a simple pendulum that performs mechanical vibrations under the action of gravity relative to the vertical axis of symmetry of the body (it is also the central axis of the device). In a state of equilibrium of the apparatus, the position of the suspension with the load and the said axis coincide. In the case of tilting the device under the action of gravity, the suspension with the load deviate from the mentioned axis by an angle corresponding to the angle of the heel (or pitch). Thus, the target load freely suspended relative to the housing is a sensitive element responsive to a change in the position of the device, i.e. performs the functions of sensors in well-known solutions.
Благодаря наличию кинематических связей, отклоняясь, груз воздействует на аэродинамические рули, выполняя тем самым функции устройства, управляющего положением рулей. При этом в качестве источника энергии для привода рулей используется работа силы тяжести, перемещающей груз.Due to the presence of kinematic connections, deviating, the load acts on the aerodynamic wheels, thereby performing the functions of a device that controls the position of the wheels. At the same time, the work of gravity moving the load is used as an energy source for driving the rudders.
Упомянутое совмещение функций позволило исключить из конструкции беспилотного летательного аппарата (БЛА) гироскопы, электронные управляющие устройства и рулевые привода.The mentioned combination of functions allowed excluding gyroscopes, electronic control devices and steering drives from the design of an unmanned aerial vehicle (UAV).
В силу того что предлагаемая механическая система стабилизации не нуждается в энергопотреблении, размещаемая на борту беспилотника силовая установка (ЛВС, электродвигатель) служит только для вращения воздушных винтов, что позволяет существенно увеличить длительность работы аппарата на высоте, по сравнению с известными аналогами подобного типа.Due to the fact that the proposed mechanical stabilization system does not require energy consumption, a power unit placed on board the UAV (LAN, electric motor) serves only to rotate propellers, which can significantly increase the duration of the apparatus at altitude, in comparison with known analogues of this type.
Благодаря установке аэродинамических рулей в воздушном потоке несущего винта и наличию кинематических связей между грузом и рулями, последние выполняют демпфирующую роль и обеспечивают гашение собственных колебаний управляющего груза, что позволяет исключить погрешности управления и обеспечить срабатывание рулей только в случае действительного отклонения груза при наклоне аппарата.Due to the installation of aerodynamic rudders in the air flow of the rotor and the presence of kinematic connections between the load and the rudders, the latter play a damping role and provide damping of the natural vibrations of the control load, which eliminates control errors and ensures that the rudders are triggered only if the load deviates when the device is tilted.
Для работы предлагаемой системы стабилизации одинаково возможно закрепление тяги шарнирно-рычажного механизма как к грузу, так и к его подвесу. Это объясняется тем, что относительно подвеса груз зафиксирован жестко и образует с ним единое звено, угол отклонения и груза, и его подвеса один и тот же, равный углу наклона аппарата, что позволяет «снимать показания» с любой точки отклоняющегося маятника.For the proposed stabilization system to work, it is equally possible to secure the linkage of the articulated linkage mechanism both to the load and to its suspension. This is explained by the fact that, relative to the suspension, the load is fixed rigidly and forms with it a single link, the deflection angle and the load, and its suspension is the same, equal to the angle of inclination of the device, which allows you to "take readings" from any point of the deflecting pendulum.
Аэродинамические рули выполнены в виде четырех одинаковых рулей управления, размещенных попарно-симметрично относительно центральной оси аппарата. Разделение рулей по крену и тангажу является условным. В зависимости от ориентации аппарата каждая пара рулей может выполнять и функции рулей высоты, и функции элеронов.Aerodynamic rudders are made in the form of four identical rudders placed pairwise-symmetrically relative to the central axis of the apparatus. The separation of the rudders by roll and pitch is conditional. Depending on the orientation of the device, each pair of rudders can fulfill the functions of elevators and the functions of ailerons.
В силу симметричности предлагаемой конструкции отклонение целевого груза передается через шарнирно-рычажные механизмы одновременно в двух противоположных направлениях, вызывая отклонение сразу обоих рулей той или иной пары и создание на них равных моментов сил. Однако, как известно, для выравнивания положения аппарата моменты действующих сил должны различаться.Due to the symmetry of the proposed design, the deviation of the target load is transmitted through the articulated link mechanisms in two opposite directions simultaneously, causing the deviation of both rudders of one or another pair at once and the creation of equal moments of force on them. However, as you know, to equalize the position of the apparatus, the moments of the acting forces must differ.
Получение разных моментов сил может быть обеспечено несколькими путями, что и обусловливает вариантность предлагаемого изобретения.Obtaining different moments of power can be provided in several ways, which determines the variability of the invention.
Согласно первому варианту изобретения, исключают работу второго руля пары за счет того, что тяга, сочлененная одним концом с грузом или его подвесом, соединена с коромыслом с возможностью передачи движения только в одном направлении.According to the first embodiment of the invention, the second rudder of the pair is excluded due to the fact that the rod, articulated at one end with the load or its suspension, is connected to the beam with the possibility of transmitting movement in only one direction.
Возможность однонаправленной передачи движения может быть реализована за счет выполнения упомянутой тяги на втором конце с щелевым пазом для размещения оси шарнира, закрепленной на соответствующем плече коромысла. Конструктивное исполнение аэродинамических рулей в этом случае несущественно.The possibility of unidirectional motion transmission can be realized by performing the said traction at the second end with a slotted groove to accommodate the hinge axis fixed to the corresponding arm of the rocker arm. The design of the aerodynamic rudders in this case is not significant.
Согласно второму варианту изобретения, для получения разных моментов сил используют двухсекционные аэродинамические рули, состоящие из двух, размещенных одна напротив другой, симметрично подвижных створок (аэродинамических поверхностей), верхние края которых сходятся у оси вращения, а нижние - разведены в стороны с образованием между створками острого угла.According to the second embodiment of the invention, to obtain different moments of force, two-section aerodynamic rudders are used, consisting of two symmetrically movable flaps (aerodynamic surfaces) placed one opposite the other, the upper edges of which converge at the axis of rotation, and the lower edges are laid apart to form between the wings acute angle.
Срабатывание системы стабилизации в этом случае сопровождается увеличением угла между створками одного руля и уменьшением угла между створками противоположного руля. Увеличение лобового сопротивления на одной стороне аппарата и уменьшение лобового сопротивления на противоположной стороне в совокупности способствуют выравниванию положения аппарата.The operation of the stabilization system in this case is accompanied by an increase in the angle between the flaps of one steering wheel and a decrease in the angle between the flaps of the opposite steering wheel. An increase in drag on one side of the apparatus and a decrease in drag on the opposite side together contribute to the alignment of the position of the apparatus.
Подвес груза в конкретных примерах осуществления устройства может быть выполнен в виде стержня, закрепленного одним концом к корпусу посредством сферического шарнира либо отрезка троса. На свободном конце стержня закрепляется целевой груз.The suspension of the load in specific embodiments of the device can be made in the form of a rod fixed at one end to the body by means of a spherical hinge or a piece of cable. At the free end of the rod, a target load is secured.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в вертолетах-беспилотниках с различными схемами: с одним несущим винтом, с двумя несущими соосными винтами противоположного вращения, а также в схемах с разнесенной винтовой схемой.The proposed technical solution can be used in drones with different schemes: with one main rotor, with two main coaxial rotors of opposite rotation, as well as in schemes with spaced helical circuit.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где показаны:The claimed technical solution is illustrated by drawings, which show:
на фиг. 1 - беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки, выполненный согласно первому варианту изобретения;in FIG. 1 - unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing, made according to the first embodiment of the invention;
на фиг. 2 - тоже, вид сверху;in FIG. 2 - also, a top view;
на фиг. 3 - показана работа системы стабилизации аппарата, согласно первому варианту;in FIG. 3 - shows the operation of the stabilization system of the apparatus, according to the first embodiment;
на фиг. 4 - фрагмент I с фиг. 3, увеличено;in FIG. 4 - fragment I from FIG. 3, increased;
на фиг. 5 - фрагмент II с фиг. 3, увеличено;in FIG. 5 - fragment II of FIG. 3, increased;
на фиг. 6 (а, в) - показана работа системы стабилизации БЛА в случае закрепления тяги шарнирно-рычажного механизма к подвесу груза;in FIG. 6 (a, c) - shows the operation of the UAV stabilization system in the case of fixing the traction of the articulated link mechanism to the load suspension;
на фиг. 7 - беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки, выполненный согласно второму варианту изобретения;in FIG. 7 - unmanned aerial vehicle vertical take-off and landing, made according to the second variant of the invention;
на фиг. 8 - фрагмент III с фиг. 7, увеличено;in FIG. 8 - fragment III of FIG. 7, enlarged;
на фиг. 9 - вид сверху на фиг. 7;in FIG. 9 is a plan view of FIG. 7;
на фиг. 10 - показана работа системы стабилизации аппарата с фиг. 7.in FIG. 10 - shows the operation of the stabilization system of the apparatus of FIG. 7.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Пример 1. Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит (см. фиг. 1-2) корпус 1 рамной конструкции с вертикальной осью симметрии О, несущий соосный винт 2, аэродинамические рули 3, 4, 5, 6 управления по крену и тангажу, размещенные в создаваемом несущим винтом 2 воздушном потоке (показан стрелочками), и целевой груз 7.Example 1. An unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing contains (see Fig. 1-2) a
Целевой груз 7 представляет собой оборудование целевого назначения, для подъема которого предназначен летательный аппарат, либо контейнер с таким оборудованием. К примеру, в качестве целевого груза может выступать ретранслятор.
Груз 7 посредством нерастяжимого подвеса 8 подвешен к корпусу 1 в точке К, лежащей на оси О корпуса, и кинематически связан с рычагами 9 поворота рулей 3-6 посредством шарнирно-рычажных механизмов, каждый из которых включает коромысло (качалку) 10 и шарнирно соединенные с ним тяги: тягу 11, соединяющую одно плечо коромысла 10 с грузом 7, и тягу 12, соединяющую второе плечо коромысла 10 с рычагом 9 поворота соответствующего руля, причем тяга 11 выполнена с возможностью передачи движения только в одном направлении.The
Рули 3 и 4 установлены с возможностью поворота относительно условной продольной оси аппарата и обеспечивают его стабилизацию по крену. Рули 5 и 6 установлены с возможностью поворота относительно условной поперечной оси аппарата и обеспечивают его стабилизацию по тангажу. Разделение рулей по крену и тангажу принято условно. В зависимости от ориентации аппарата каждая пара рулей может выполнять и функции рулей высоты, и функции элеронов.
Показанные на фиг. 1-2 аэродинамические рули 3-6 выполнены в виде цельноповоротных створок с одной аэродинамической поверхностью, жестко закрепленной на поворотном валу, снабженном рычагом управления.Shown in FIG. 1-2 aerodynamic rudders 3-6 are made in the form of all-turning flaps with one aerodynamic surface, rigidly fixed to a rotary shaft equipped with a control lever.
При этом приведенный пример не ограничивает возможностей иного конструктивного исполнения рулей управления. Так, например, аэродинамическая поверхность руля может быть установлена на неподвижной оси с возможностью поворота относительно нее. В этом случае тягу 12 соединяют непосредственно с аэродинамической поверхностью для возможности поворота последней.At the same time, the above example does not limit the possibilities of other structural design of the steering wheels. So, for example, the aerodynamic surface of the steering wheel can be mounted on a fixed axis with the possibility of rotation relative to it. In this case, the
Подвес 8 может быть выполнен в виде стержня, закрепленного к корпусу 1 одним концом посредством сферического шарнира или отрезка троса.The
Механическая система стабилизации пространственного положения беспилотника функционирует следующим образом (см. фиг. 3-5).The mechanical system for stabilizing the spatial position of the drone operates as follows (see Fig. 3-5).
Несущий винт 2 создает подъемную силу, необходимую для подъема аппарата на заданную высоту. В состоянии равновесия аппарата положение подвеса 8 с грузом 7 совпадает с расположением оси О симметрии. Изменение пространственного положения аппарата, его наклон в ту или иную сторону вызывает отклонение свободно подвешенного груза 7 от вертикали (см. фиг. 3). Между осью О корпуса и направлением вектора силы тяжести груза Fт образуется угол α, соответствующий углу крена или тангажа.The
Перемещаясь под действием силы тяжести, груз 7 воздействует на сочлененные с ним тяги 11 и 11', каждая из которых выполнена с щелевым пазом 13 (13') на одном конце, в котором размещена ось 14 (14'), закрепленная на соответствующем плече коромысла 10 (10'). Такая конструкция тяги обеспечивает возможность передачи движения только в одном направлении.Moving under the action of gravity, the
В приведенном примере щелевой паз 13 образован за счет петлеобразного сгиба концевого участка тяги И, выполненной из прутка, что обеспечивает простоту и технологичность изготовления. Однако приведенный пример не исключает иных форм реализации упомянутых признаков.In the above example, the slotted
С одной стороны (см. фиг. 4), груз 7, отдаляясь, тянет за собой тягу 11, которая находится в зацеплении с осью 14 коромысла 10. Коромысло 10 поворачивается, перемещая тягу 12, которая, воздействуя на рычаг 9, отклоняет руль 4 на величину, необходимую для парирования крена. Размерами плеч коромысла 10 можно установить нужный угол отклонения руля.On the one hand (see Fig. 4), the
С другой стороны (см. фиг. 5), груз 7, перемещаясь, толкает сочлененную с ним тягу 11' механизма, связывающего его с рулем 3. При этом ось 14' коромысла 10' свободно перемещается вдоль паза 13' тяги 11'. Само коромысло 10' остается неподвижным, тяга 12' не перемещается, руль 3 остается в исходном положении, вдоль воздушного потока, создаваемого несущим винтом 2, что исключает его из процесса регулирования.On the other hand (see Fig. 5), the
Нулевой момент сил на руле 3 и возрастающий момент сил на руле 4 обеспечивают в совокупности увеличение восстанавливающей силы, направленной противоположно крену, что способствует выравниванию аппарата.The zero moment of forces on the
Благодаря тому что аэродинамические рули 3-6 размещены в воздушном потоке, создаваемом несущим винтом 2, они выполняют демпфирующую роль, обеспечивая гашение собственных колебаний груза 7. Воздушный поток создает некоторое давление на аэродинамические поверхности рулей, препятствуя их свободному раскачиванию, что позволяет исключить возникновение «ложных управляющих команд» от дрожания груза и обеспечить срабатывание рулей в случае реального наклона аппарата.Due to the fact that aerodynamic rudders 3-6 are placed in the air flow created by the
Пример 2. В некоторых случаях целесообразно соединить тяги 11 не с самим грузом 7, а с его подвесом 8 (см. фиг. 6а). Жестко связанные между собой груз 7 и подвес 8 работают как единое звено, отклоняясь на один и тот же угол α. Работа системы стабилизации в этом случае осуществляется аналогично вышеприведенному примеру (см. фиг. 6b).Example 2. In some cases, it is advisable to connect the
Пример 3. На фиг. 7-9 показан беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий двухсекционные аэродинамические рули 15-18, каждый из которых состоит из двух симметрично подвижных створок 19 и 20, верхние края которых сходятся к оси вращения 21, на которой они закреплены, а нижние - разведены в стороны с образованием между створками острого угла β (см. фиг. 8).Example 3. In FIG. 7-9 show an unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing, containing two-section aerodynamic rudders 15-18, each of which consists of two symmetrically
Для управления створками 19 и 20 служат рычаги поворота 22, каждый из которых соединен посредством своей тяги 23 с одним плечом коромысла 24, второе плечо которого посредством тяги 25 соединено с управляющим грузом 26, который посредством подвеса 27 закреплен к корпусу 1 аппарата в точке, лежащей на его вертикальной оси симметрии.To control the
Механическая система стабилизации пространственного положения беспилотника в этом случае функционирует следующим образом. Несущий винт 2 создает подъемную силу, необходимую для подъема аппарата на заданную высоту. В положении равновесия подвес 27 с грузом 26 расположены на оси симметрии аппарата. Наклон аппарата вызывает отклонение груза 26 от вертикали (см. фиг. 10). Между осью О корпуса и направлением вектора силы тяжести груза Fт образуется угол α, соответствующий углу крена или тангажа.The mechanical system for stabilizing the spatial position of the drone in this case operates as follows. The
Перемещающийся под действием силы тяжести груз 26 воздействует на сочлененные с ним тяги 25 и 25', которые поворачивают коромысла 24 и 24'. Поворачиваясь, коромысло 24 тянет тяги 23 и разводит между собой створки 19 и 20 руля 16 на еще больший угол, что ведет к увеличению на руле лобового сопротивления. Коромысло 24', поворачиваясь, способствует перемещению створок 19' и 20' руля 15, угол между которыми уменьшается, обеспечивая уменьшение лобового сопротивления на руле 15. Увеличение лобового сопротивления на стороне, противолежащей крену, и уменьшение лобового сопротивления на стороне крена в совокупности способствуют выравниванию положения аппарата.The
Промышленная реализация предлагаемой системы стабилизации пространственного положения БЛА не составляет затруднений, т.к. весь механизм управления аэродинамическими рулями построен на механических связях.Industrial implementation of the proposed system for stabilizing the spatial position of the UAV is not difficult, because the entire mechanism for controlling aerodynamic rudders is built on mechanical connections.
Изготовленные образцы предлагаемого беспилотника успешно прошли стендовые, наземные и летные испытания. Испытания показали, что летательный аппарат, имея небольшие габариты и вес и обладая низким энергопотреблением, позволяет продолжительное время удерживать на заданной высоте целевой груз весом до 20 кг и более, стабильно сохраняя вертикальную устойчивость.The manufactured samples of the proposed drone have successfully passed bench, ground and flight tests. Tests have shown that the aircraft, having small dimensions and weight and having low energy consumption, allows for a long time to keep the target load weighing up to 20 kg or more at a given height, stably maintaining vertical stability.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148813A RU2648491C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Unmanned vertical take-off and landing aerial vehicle (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148813A RU2648491C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Unmanned vertical take-off and landing aerial vehicle (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2648491C1 true RU2648491C1 (en) | 2018-03-26 |
Family
ID=61708112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148813A RU2648491C1 (en) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Unmanned vertical take-off and landing aerial vehicle (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648491C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5370341A (en) * | 1994-04-05 | 1994-12-06 | Leon; Ross | Ultralight helicopter and control system |
| SU1755526A1 (en) * | 1989-12-11 | 1999-05-27 | Ульяновский политехнический институт | LOW-DIMENSIONAL RADIO-CONTROLLED AIRCRAFT FOR TELEPHOTOS |
| WO2010058195A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-05-27 | Bae Systems Plc | Unmanned aerial vehicle (uav) |
| RU130953U1 (en) * | 2012-12-04 | 2013-08-10 | Дмитрий Витальевич Табачников | UNMANNED AIRCRAFT (OPTIONS) |
| EP2673192B1 (en) * | 2011-02-11 | 2016-06-01 | Andreas Voss | Flying object |
-
2016
- 2016-12-12 RU RU2016148813A patent/RU2648491C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1755526A1 (en) * | 1989-12-11 | 1999-05-27 | Ульяновский политехнический институт | LOW-DIMENSIONAL RADIO-CONTROLLED AIRCRAFT FOR TELEPHOTOS |
| US5370341A (en) * | 1994-04-05 | 1994-12-06 | Leon; Ross | Ultralight helicopter and control system |
| WO2010058195A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-05-27 | Bae Systems Plc | Unmanned aerial vehicle (uav) |
| EP2673192B1 (en) * | 2011-02-11 | 2016-06-01 | Andreas Voss | Flying object |
| RU130953U1 (en) * | 2012-12-04 | 2013-08-10 | Дмитрий Витальевич Табачников | UNMANNED AIRCRAFT (OPTIONS) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2019260589B2 (en) | Thrust allocation for aerial vehicle | |
| NL2017971B1 (en) | Unmanned aerial vehicle | |
| US10150561B2 (en) | System and method of operation of twin-tiltrotor helicopter | |
| US10829200B2 (en) | Multirotor aircraft with collective for autorotation | |
| US10464661B2 (en) | Volitant vehicle rotating about an axis and method for controlling the same | |
| Stone et al. | Flight testing of the T-wing tail-sitter unmanned air vehicle | |
| JP6133420B2 (en) | Aircraft control device, control system, and control method | |
| NL2018003B1 (en) | Unmanned aerial vehicle | |
| RU2769822C1 (en) | Aircraft with unrelated degrees of freedom | |
| JP2010254264A (en) | Unmanned aircraft landing and departing perpendicularly by tilt wing mechanism | |
| CA3129351A1 (en) | Unmanned aerial vehicle with collision tolerant propulsion and controller | |
| US11401020B2 (en) | Unmanned aerial vehicle having buoyancy apparatus and attitude control method thereof | |
| JP5713231B2 (en) | Flying object | |
| EP1049623B1 (en) | Unmanned rotor carried aerial vehicle | |
| Suzuki et al. | Attitude control of quad rotors QTW-UAV with tilt wing mechanism | |
| JP2008094277A (en) | Double reversal rotation impeller machine | |
| WO2016163482A1 (en) | Mobile unit | |
| JP2008094278A (en) | Double reversal rotation impeller machine | |
| US20120068004A1 (en) | Auto-hover and auto-pilot helicopter | |
| RU2648491C1 (en) | Unmanned vertical take-off and landing aerial vehicle (versions) | |
| JP2008093204A (en) | Co-axial helicopter | |
| US11789465B2 (en) | Systems and methods for controlling a vehicle | |
| JP4702882B2 (en) | Small rotorcraft | |
| Gerig | Modeling, guidance, and control of aerobatic maneuvers of an autonomous helicopter | |
| Chen et al. | Modelling the lama coaxial helicopter |