RU197835U1

RU197835U1 - Unmanned aerial vehicle vertical take-off and landing

Info

Publication number: RU197835U1
Application number: RU2019144517U
Authority: RU
Inventors: Николай Максимович Гревцов; Николай Михайлович Колушов
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-06-02

Abstract

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам специального назначения, в частности к беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки (БПЛА ВВП), предназначенным для проведения мониторинга состояния высотных зданий и промышленных объектов (мостов, лопастей ветрогенераторов) без опасения повредить конструкцию либо сам БПЛА.БПЛА ВВП имеет дискообразный корпус с выпуклой верхней поверхностью, оснащен силовой установкой с двумя соосными винтами противоположного вращения, приводимыми в действие электрическими двигателями, создающими при вращении подъемную силу и участвующими при горизонтальном полете в управлении по курсу. БПЛА оснащен системой стабилизации и управляемости в полете, включающей рулевые органы в виде импеллеров, приводимых в действие электродвигателями и равномерно установленных по окружности дискообразного корпуса. Кроме того, для создания дополнительной подъемной силы, при полете БПЛА, используется эффект Коанды, путем направления части воздушного потока, поступающего в силовую установку, на верхнюю выпуклую поверхность дискообразного корпуса. Для усиления эффекта, производится отсос части потока с верхней поверхности корпуса через щелевидные окна, соединенные радиальными воздушными каналами с силовой установкой. Приданию БПЛА большей скорости в горизонтальном полете, способствует применение импеллера горизонтальной тяги, размещенного в дополнительном горизонтальном канале.Особенности конструкции придают беспилотному летательному аппарату вертикального взлета и посадки высокие летно-тактические характеристики и надежность при его эксплуатации, что позволяет использовать его в рекламных целях и в техническом творчестве молодежи.The utility model relates to aviation technology, namely to special-purpose aircraft, in particular unmanned aerial vehicles of vertical take-off and landing (UAV GDP), designed to monitor the condition of high-rise buildings and industrial facilities (bridges, blades of wind generators) without fear of damage to the structure or UAV itself. UAV GDP UAV has a disk-shaped body with a convex upper surface, is equipped with a power plant with two opposite rotational coaxial screws, driven by electric motors that generate lift during rotation and participate in horizontal directional flight. The UAV is equipped with a flight stabilization and controllability system, including steering elements in the form of impellers, driven by electric motors and evenly installed around the circumference of a disk-shaped body. In addition, to create additional lifting force during UAV flight, the Coanda effect is used by directing part of the air flow entering the power plant to the upper convex surface of the disk-shaped body. To enhance the effect, part of the stream is sucked off from the upper surface of the body through slit-like windows connected by radial air channels to the power plant. Giving UAVs greater speed in horizontal flight is facilitated by the use of a horizontal thrust impeller located in an additional horizontal channel. The design features give the unmanned aerial vehicle vertical takeoff and landing high flight tactical characteristics and reliability during its operation, which allows it to be used for advertising and technical creativity of youth.

Description

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки специального назначения, в частности к беспилотным летательным аппаратам, предназначенным для ведения мониторинга высотных зданий и сооружений, контроля окружающей обстановки.The utility model relates to aeronautical engineering, and in particular to special-purpose vertical take-off and landing aircraft, in particular, unmanned aerial vehicles designed to monitor high-rise buildings and structures, and to control the environment.

Известен экспериментальный беспилотный летательный аппарат Embler производства фирмы AESIR. (http://www.membrana.ru/particle/14158 (25.12.2019 г.)). Аппарат имеет зонтообразный корпус с вентилятором над верхней поверхностью, приводимым в движение электромотором. Аппарат может находиться в воздухе до 10 мин. Управление направлением движения в этом БПЛА осуществляется с помощью управляемых заслонок в выходной щели вентиляторного канала (управление рысканьем), а также с помощью четырех закрылков у кромки зонтообразной поверхности (управление креном и тангажом). Недостатком аппарата является применение механически отклоняемых поверхностей, что уменьшает надежность системы управления и снижает маневренность аппарата при полете. Внешний вид летательного аппарата представлен на фиг. 1.Known experimental unmanned aerial vehicle Embler manufactured by AESIR. (http://www.membrana.ru/particle/14158 (12/25/2019). The device has an umbrella-shaped case with a fan above the upper surface, driven by an electric motor. The device can be in the air for up to 10 minutes. The direction of movement in this UAV is controlled by controlled dampers in the exit slit of the fan duct (yaw control), as well as by using four flaps at the edge of the umbrella-like surface (roll and pitch control). The disadvantage of the apparatus is the use of mechanically deflected surfaces, which reduces the reliability of the control system and reduces the maneuverability of the apparatus during flight. The appearance of the aircraft is shown in FIG. 1.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели, принятым за прототип является малоразмерный беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (патент №2 455 198 МПК В64С 27/00 21.01.2011 г.) содержащий силовую установку с соосными винтами противоположного вращения, расположенную в центральном контейнере, вокруг которого на равном расстоянии друг от друга установлены три рулевых органа в виде импеллеров. Недостатком данного летательного аппарата является невысокие характеристики управляемости и маневренности при полете в сложных городских условиях.The closest technical solution to the proposed utility model adopted as a prototype is a small unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing (patent No. 2 455 198 IPC В64С 27/00 01/21/2011) containing a power plant with coaxial screws of opposite rotation, located in the central a container around which three steering organs in the form of impellers are installed at an equal distance from each other. The disadvantage of this aircraft is its low handling and maneuverability characteristics when flying in difficult urban conditions.

Задачей и техническим результатом данной полезной модели является создание беспилотного летательного аппарата вертикального взлета посадки, имеющего высокие летные характеристики маневренности и управляемости.The objective and technical result of this utility model is the creation of an unmanned aerial vehicle of vertical takeoff landing, which has high flight characteristics of maneuverability and controllability.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки (БПЛА ВВП) содержит расположенную в центральном контейнере силовую установку с соосными винтами противоположного вращения, вокруг которой равномерно по окружности установлены рулевые органы в виде импеллеров при этом установка рулевых органов осуществлена в дискообразном корпусе с выпуклой верхней поверхностью. Корпус летательного аппарата имеет основной вертикальный канал, с размещенным в нем центральным контейнером и вертикальными каналами по окружности корпуса с установленными в них импеллерами, при этом над поверхностью корпуса у входа в основной вертикальный канал установлено профилированное кольцо для отделения части поступающего на вход воздушного потока и формирования настилающей струи по верхней поверхности корпуса, внутри корпуса выполнены радиальные воздушные каналы для отсоса воздуха, соединяющие основной вертикальный канал с щелевидными окнами на верхней поверхности корпуса.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that the unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing (UAV GDP) contains a power unit located in the central container with coaxial screws of opposite rotation, around which the steering elements are mounted uniformly around the circumference in the form of impellers; in a disk-shaped case with a convex upper surface. The aircraft body has a main vertical channel, with a central container placed in it and vertical channels around the body circumference with impellers installed in them, while a profiled ring is installed over the surface of the body at the entrance to the main vertical channel to separate part of the air flow entering the input and form a layered jet on the upper surface of the housing, inside the housing there are radial air channels for suctioning air, connecting the main vertical channel with slit-like windows on the upper surface of the housing.

Так же решение задачи и технический результат достигаются тем, что в БПЛА ВВП внутри корпуса размещен горизонтальный канал с установленным в нем импеллером горизонтальной тяги.Also, the solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the UAV of the GDP inside the hull there is a horizontal channel with a horizontal thrust impeller installed in it.

Так же решение задачи и технический результат достигаются тем, что нижняя поверхность дискообразного корпуса БПЛА ВВП выполнена конической и опоясана «юбкой», являющейся продолжением верхней поверхности.Also, the solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that the lower surface of the disk-shaped UAV UAV hull is made conical and is surrounded by a “skirt”, which is a continuation of the upper surface.

На Фиг. 2 представлен общий вид БПЛА ВВП. На Фиг. 3 представлена компоновка размещения в корпусе центрального контейнера с соосными винтами противоположного вращения в основном вертикальном канале и вертикальных каналов с рулевыми органами в виде импеллеров. На Фиг. 4 - БПЛА ВВП вид сверху. На Фиг. 5 представлена компоновка размещения в корпусе БПЛА ВВП горизонтального канала с установленным импеллером горизонтальной тяги и сечение воздушного канала для отсоса воздуха, так же показана «юбка» и сечение нижней поверхности дискообразного корпуса.In FIG. 2 presents a general view of the UAV GDP. In FIG. Figure 3 shows the layout of placement in the body of the central container with coaxial screws of opposite rotation in the main vertical channel and vertical channels with steering elements in the form of impellers. In FIG. 4 - UAV GDP top view. In FIG. Figure 5 shows the layout of the horizontal channel placement in the UAV hull of the GDP with an installed horizontal thrust impeller and a section of the air channel for air suction, a “skirt” and a section of the lower surface of the disk-shaped body are also shown.

Устроен беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки следующим образом. Основными конструктивными элементами БПЛА ВВП являются дискообразный корпус 4 с выпуклой верхней поверхностью 8, по центральной оси симметрии которого расположен основной вертикальный канал 5 с центральным контейнером 1 включающим силовую установку с соосными винтами противоположного вращения 2. Соосные винты установлены навстречу друг другу и отличаются тем, что верхний винт толкающий, а нижний винт тянущий. В качестве силового привода каждого винта используются бесколлекторные электродвигатели. Силовая установка создает подъемную силу превышающую взлетный вес БПЛА, чем и обеспечивается возможность его перемещения по вертикали. На дискообразном корпусе 4 по окружности размещены вертикальные каналы 6 с размещенными в них рулевыми органами в виде импеллеров 3. Над поверхностью корпуса 4 у входа в основной вертикальный канал 5 установлено профилированное кольцо 7, формирующее воздушный поток в основном вертикальном канале и на верхней выпуклой поверхности 8 дискообразного корпуса 4. Между основным вертикальным каналом 5 и щелевидными окнами 10, расположенными на верхней выпуклой поверхности 8, внутри корпуса 4, выполнены радиальные воздушные каналы 9, предназначенные во время полета для отсоса воздуха с верхней выпуклой поверхности 8 дискообразного корпуса 4. Так же внутри дискообразного корпуса 4 размещен горизонтальный канал 11 с установленным в нем импеллером горизонтальной тяги 12. Нижняя поверхность 13 дискообразного корпуса 4 выполнена конической и опоясана «юбкой» 14, создающей на взлете эффект «воздушной подушки» и являющейся продолжением верхней поверхности 8.Arranged unmanned aerial vehicle vertical takeoff and landing as follows. The main structural elements of the GDP UAV are a disk-shaped case 4 with a convex upper surface 8, along the central axis of symmetry of which there is a main vertical channel 5 with a central container 1 including a power unit with coaxial screws of opposite rotation 2. The coaxial screws are installed towards each other and differ in that the upper screw is pushing and the lower screw is pulling. Brushless motors are used as the power drive of each screw. The power plant creates a lifting force exceeding the take-off weight of the UAV, which ensures the possibility of its vertical movement. On the disk-shaped casing 4, vertical channels 6 are placed around the circumference with the steering bodies in them in the form of impellers 3. The shaped ring 7 is installed above the surface of the casing 4 at the entrance to the main vertical channel 5, which forms air flow in the main vertical channel and on the upper convex surface 8 disk-shaped body 4. Between the main vertical channel 5 and the slit-like windows 10 located on the upper convex surface 8, inside the body 4, there are radial air channels 9, designed during flight to exhaust air from the upper convex surface 8 of the disk-shaped body 4. Also inside of the disk-shaped body 4 there is a horizontal channel 11 with the horizontal traction impeller 12 installed in it. The lower surface 13 of the disk-shaped body 4 is conical and encircled by a “skirt” 14, which creates an “air cushion” effect on take-off and is a continuation of the upper surface 8.

Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки функционирует следующим образом. Запуск электродвигателей силовой установки, импеллеров - рулевых органов и электродвигателя импеллера горизонтальной тяги осуществляют по команде оператора с пульта дистанционного управления, представляющего собой стандартную аппаратуру управления моделями. Управление БПЛА по вертикали осуществляют синхронным и одинаковым по величине и знаку изменением числа оборотов обоих электродвигателей силовой установки. Управление по курсу (поворот вокруг вертикальной оси без потери высоты) осуществляют также регулировкой числа оборотов обоих электродвигателей силовой установки. При этом обороты обоих двигателей изменяют на величину, равную по модулю, но противоположную по знаку. Режим висения и стабилизации аппарата при его перемещении в горизонтальной плоскости обеспечивает бортовая навигационная и управляющая система, непрерывно вырабатывающая команды для каждого электродвигателя рулевых органов (импеллеров). Изменение поступательной скорости БПЛА в горизонтальной плоскости осуществляют изменяя число оборотов электродвигателя импеллера горизонтальной тяги. При этом торможение БПЛА можно производить энергичным разворотом корпуса на 180 градусов и включением максимальной мощности электродвигателя импеллера горизонтальной тяги.Unmanned aerial vehicle vertical takeoff and landing operates as follows. The launch of electric motors of the power plant, impellers - steering elements and the electric motor of the impeller of horizontal traction is carried out on the command of the operator from the remote control, which is a standard model control equipment. The UAV is controlled vertically by synchronous and identical in magnitude and sign change in the number of revolutions of both electric motors of the power plant. Heading control (rotation around the vertical axis without loss of height) is also carried out by adjusting the speed of both electric motors of the power plant. In this case, the revolutions of both engines are changed by an amount equal in magnitude, but opposite in sign. The hovering and stabilization mode of the apparatus when moving it in the horizontal plane is provided by the on-board navigation and control system, which continuously generates commands for each electric motor of the steering organs (impellers). Changing the UAV translational speed in the horizontal plane is carried out by changing the number of revolutions of the horizontal thrust impeller electric motor. At the same time, UAV braking can be done by energetically turning the hull by 180 degrees and turning on the maximum power of the horizontal thrust impeller electric motor.

Оператор осуществляет полет как в пределах прямой видимости, так и по «картинкам» на мониторе аппаратуры управления, получаемых с видеокамер установленных на поверхности БПЛА.The operator flies both within the line of sight and on the “pictures” on the monitor of the control equipment received from video cameras installed on the surface of the UAV.

Отличительной особенностью БПЛА является использование эффекта Коанды, который реализуется при обтекании в полете воздушным потоком дискообразного корпуса с выпуклой верхней поверхностью следующим образом. Над выпуклой поверхностью дискообразного корпуса у входа в основной вертикальный канал установлено профилированное кольцо, отделяющее часть воздушного потока от поступающего на вход в основной вертикальный канал и направляющего ее (эту часть) на верхнюю выпуклую поверхность дискообразного корпуса, формируя таким образом сплошной настилающий воздушный поток по всей верхней круговой выпуклой поверхности дискообразного корпуса. С помощью отсоса во время полета БПЛА части воздушного потока с верхней поверхности через щелевидные окна 10 сообщающиеся через радиальные воздушные каналы 9 с основным вертикальным каналом 5, обеспечивается безотрывное течение воздушного потока по всей выпуклой верхней поверхности дискообразного корпуса БПЛА, что способствует устойчивости полета.A distinctive feature of the UAV is the use of the Coanda effect, which is realized when an air stream flows around a disk-shaped body with a convex upper surface as follows. A profiled ring is installed over the convex surface of the disk-shaped body at the entrance to the main vertical channel, which separates part of the air flow from the input to the main vertical channel and directs it (this part) to the upper convex surface of the disk-shaped body, thus forming a continuous flooring air flow throughout the upper circular convex surface of the disk-shaped body. By suctioning during the UAV flight, part of the air flow from the upper surface through the slit-like windows 10 communicating through the radial air channels 9 with the main vertical channel 5, a continuous flow of air flow is provided over the entire convex upper surface of the disk-shaped UAV body, which contributes to flight stability.

Claims

1. An unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing, comprising a power unit located in the central container with opposite rotational coaxial screws, around which steering elements are mounted uniformly around the circumference in the form of impellers, characterized in that it further comprises a disk-shaped body with a convex upper surface, the main vertical a channel with a central container placed in it and vertical channels around the body circumference with impellers installed in them, while a profiled ring is installed above the surface of the body at the entrance to the main vertical channel to separate part of the incoming air flow and form a layering jet along the upper surface of the body, inside the casing there are made radial air channels for air suction connecting the main vertical channel with slit-like windows on the upper surface of the casing.

2. An unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing according to claim 1, characterized in that a horizontal channel with an installed horizontal thrust impeller is placed inside the hull.

3. An unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing according to claim 1, characterized in that the lower surface of the disk-shaped body is conical and is surrounded by a “skirt”, which is a continuation of the upper surface.