RU2851889C1 - Modular twin-engine heavy transport unmanned platform of aircraft type - Google Patents
Modular twin-engine heavy transport unmanned platform of aircraft typeInfo
- Publication number
- RU2851889C1 RU2851889C1 RU2025113576A RU2025113576A RU2851889C1 RU 2851889 C1 RU2851889 C1 RU 2851889C1 RU 2025113576 A RU2025113576 A RU 2025113576A RU 2025113576 A RU2025113576 A RU 2025113576A RU 2851889 C1 RU2851889 C1 RU 2851889C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- fuselage
- engine
- platform according
- removable
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области беспилотной авиации, а именно к тяжелым транспортным беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) самолетного типа модульной конструкции, предназначенным для перевозки различных грузов массой до 100 кг на дальние расстояния (до 1500 км) и выполнения широкого спектра задач посредством установки сменных модулей полезной нагрузки. Платформа может использоваться для логистических операций, мониторинга, аэрофотосъемки, радиоразведки и других применений, требующих высокой грузоподъемности, большой дальности полета и возможности эксплуатации в различных условиях, включая неподготовленные площадки.The invention pertains to unmanned aviation, specifically to heavy-duty, modular, aircraft-type unmanned aerial vehicles (UAVs) designed to transport various payloads weighing up to 100 kg over long distances (up to 1,500 km) and perform a wide range of tasks by installing interchangeable payload modules. The platform can be used for logistics operations, monitoring, aerial photography, radio reconnaissance, and other applications requiring high payload capacity, long range, and the ability to operate in a variety of conditions, including unprepared sites.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известны различные конструкции беспилотных летательных аппаратов, предназначенных для транспортировки грузов и выполнения многоцелевых задач.The prior art includes various designs of unmanned aerial vehicles intended for transporting cargo and performing multi-purpose tasks.
Известен патент RU 2833448 C1 «Беспилотный летательный аппарат транспортировки грузов», содержащий фюзеляж, состоящий из носовой части, участка постоянного сечения и хвостовой части с горизонтальным и вертикальным оперением, грузовой отсек, снабженный рампой и двумя боковыми створками, трехопорное шасси, несущую поверхность, силовую установку на консолях несущей поверхности, систему автоматического управления бортовым оборудованием, причем несущая поверхность механизирована щелевыми закрылками в хвостовой части, грузовой отсек снабжен направляющими для размещения грузового модуля и замками для его фиксирования.Known patent RU 2833448 C1 "Unmanned aerial vehicle for cargo transportation" contains a fuselage consisting of a nose section, a section of constant cross-section and a tail section with horizontal and vertical tail surfaces, a cargo compartment equipped with a ramp and two side flaps, a tricycle chassis, a bearing surface, a power plant on the consoles of the bearing surface, an automatic control system for on-board equipment, wherein the bearing surface is mechanized by slotted flaps in the tail section, the cargo compartment is equipped with guides for placing a cargo module and locks for fixing it.
Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:
• Ограниченная грузоподъемность: конструкция ориентирована на транспортировку грузов меньшего веса, чем в заявленном изобретении.• Limited load capacity: the design is aimed at transporting loads of lesser weight than in the claimed invention.
• Дальность полёта и эксплуатационная универсальность: специальные элементы для снижения заметности (например, зонт, баллон для отрыва от земли) могут увеличить массу и усложнить конструкцию, что потенциально сокращает дальность полёта и снижает универсальность использования в тяжёлых транспортных миссиях.• Range and Versatility: Specialized stealth features (e.g., canopy, lift-off balloon) can add weight and complexity, potentially reducing range and versatility for heavy-lift missions.
• Силовая установка и резервирование: аналог не ориентирован на резервирование, что снижает уровень безопасности при выполнении длительных транспортных рейсов.• Power plant and redundancy: the analogue is not oriented towards redundancy, which reduces the level of safety when performing long transport flights.
• Фокус на сниженной заметности: хотя элементы для снижения радиолокационной заметности и скрытности (радиопоглощающие материалы, зонт, RFID-метка) в аналоге являются преимуществом для специальных задач, они не являются приоритетными для грузовых транспортных операций, где важнее грузоподъёмность и дальность полёта.• Focus on low visibility: While radar-lowering and stealth features (radio-absorbing materials, canopy, RFID tag) are an advantage in the analogue for special missions, they are not a priority for cargo transport operations where payload and range are more important.
Известен патент RU 195392 U1 «Беспилотный летательный аппарат», выполненный по аэродинамической самолетной схеме моноплана, содержащий фюзеляж, соединенный с хвостовым оперением посредством углепластиковой трубки, закрепленной по продольной оси летательного аппарата, съемные крылья, соединенные с фюзеляжем посредством углепластиковых трубок, проходящих через фюзеляж и зафиксированных с помощью резьбовых и контровочных соединений, два электродвигателя с электрическими аккумуляторами, связанных с тянущими воздушными винтами, установленными симметрично на крыльях, причем фюзеляж, крылья и хвостовое оперение БПЛА выполнены из пенопласта, фюзеляж выполнен полым и снабжен расположенной в нижней части фюзеляжа жесткой деревянной опорой, несущей оборудование и выполняющей функцию посадочного полотна, а для управления БПЛА установлен автопилот.Known patent RU 195392 U1 "Unmanned aerial vehicle", made according to the aerodynamic aircraft configuration of a monoplane, containing a fuselage connected to the tail unit by means of a carbon fiber tube secured along the longitudinal axis of the aircraft, removable wings connected to the fuselage by means of carbon fiber tubes passing through the fuselage and secured with the help of threaded and locking connections, two electric motors with electric batteries connected to tractor propellers installed symmetrically on the wings, wherein the fuselage, wings and tail unit of the UAV are made of foam plastic, the fuselage is made hollow and equipped with a rigid wooden support located in the lower part of the fuselage, carrying equipment and performing the function of a landing surface, and an autopilot is installed to control the UAV.
Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:
• Ограниченная грузоподъемность и дальность полёта: аналог ориентирован на малый вес и специализированную съемку, что приводит к меньшей грузоподъемности и, как следствие, более ограниченной дальности полета.• Limited payload and range: The counterpart is focused on light weight and specialized surveying, resulting in lower payload and consequently more limited range.
• Одномоторная (или менее резервируемая) силовая установка: использование одного или нескольких малых электродвигателей в аналоге не обеспечивает достаточного уровня надёжности и резервирования, что критично для транспортных и грузовых миссий.• Single-engine (or less redundant) propulsion system: using one or more small electric motors in an analogue does not provide a sufficient level of reliability and redundancy, which is critical for transport and cargo missions.
• Ограниченная модульность полезной нагрузки: аналог ориентирован в первую очередь на съемочные задачи с фиксированными вариантами полезной нагрузки (камеры Sony A6000, Micasence RedEdge и др.), что не обеспечивает гибкости для быстрого перехода между транспортными, грузовыми и специализированными задачами БПЛА.• Limited payload modularity: the analogue is focused primarily on filming tasks with fixed payload options (Sony A6000, Micasence RedEdge cameras, etc.), which does not provide flexibility for quickly switching between transport, cargo and specialized UAV tasks.
• Конструктивные компромиссы для легкости: применение пенопласта и лёгких материалов в аналоге позволяет снизить массу, но может ограничивать прочность конструкции, особенно при эксплуатации в сложных условиях (неподготовленные полосы, посадка на воду/снег), что критично для транспортной платформы.• Design compromises for lightness: the use of foam and lightweight materials in the analogue allows for a reduction in weight, but can limit the strength of the structure, especially when operating in difficult conditions (unprepared strips, landing on water/snow), which is critical for a transport platform.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) для заявляемого изобретения выбран патент РФ RU2776617C1 «Транспортный грузовой беспилотный летательный аппарат», опубликованный 22.07.2022. Данный БПЛА содержит фюзеляж, состоящий из носовой части, участка постоянного сечения и хвостовой части с горизонтальным и вертикальным оперением, грузовой отсек, снабженный рампой и двумя боковыми створками, трехопорное шасси, несущую поверхность, силовую установку на консолях несущей поверхности и систему автоматического управления бортовым оборудованием. Грузовой отсек снабжен направляющими для размещения грузового модуля и замками для его фиксирования.Russian patent RU2776617C1, "Transport Cargo Unmanned Aerial Vehicle," published on July 22, 2022, was selected as the closest analogue ( prototype ) for the claimed invention. This UAV comprises a fuselage consisting of a nose section, a constant cross-section section, and a tail section with horizontal and vertical stabilizers. A cargo compartment equipped with a ramp and two side doors, a tricycle landing gear, a lifting surface, a power plant mounted on the lifting surface consoles, and an automatic onboard equipment control system. The cargo compartment is equipped with guides for accommodating the cargo module and locks for securing it.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
• Отсутствие резервирования силовой установки, что снижает надежность при выполнении длительных миссий в сложных условиях.• Lack of power plant redundancy, which reduces reliability when performing long missions in difficult conditions.
• Возникновение нескомпенсированных асимметричных аэродинамических эффектов от работы винтов силовой установки (таких как смещение вектора тяги из-за угла атаки лопастей, несимметричное обдувание крыла и фюзеляжа), что приводит к появлению нежелательных кренящих и рыскающих моментов, усложняет управление, повышает нагрузку на рулевые поверхности и систему автоматического управления, а также приводит к наличию «критического двигателя», отказ которого существенно затрудняет стабилизацию полета.• The occurrence of uncompensated asymmetric aerodynamic effects from the operation of the propellers of the power plant (such as a shift in the thrust vector due to the angle of attack of the blades, asymmetrical blowing on the wing and fuselage), which leads to the appearance of undesirable rolling and yaw moments, complicates control, increases the load on the control surfaces and the automatic control system, and also leads to the presence of a “critical engine”, the failure of which significantly complicates flight stabilization.
• Ограниченная универсальность применения и сложность адаптации под различные типы полезных нагрузок и эксплуатационные требования из-за немодульной конструкции основных агрегатов (силовой установки, крыльев).• Limited versatility of application and difficulty of adaptation to different types of payloads and operational requirements due to the non-modular design of the main units (power plant, wings).
• Сложность технического обслуживания и ремонта силовой установки в полевых условиях.• Complexity of maintenance and repair of the power plant in the field.
• Низкая степень надёжности при транспортировке тяжёлых грузов (до 100 кг) на большие расстояния (до 1500 км).• Low level of reliability when transporting heavy loads (up to 100 kg) over long distances (up to 1500 km).
Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: модульная двухмоторная тяжелая транспортная беспилотная платформа самолетного типа, включающая фюзеляж, крылья, силовую установку с двумя двигателями внутреннего сгорания и воздушными винтами, бортовое радиоэлектронное оборудование и систему крепления для модулей полезной нагрузки.The following essential features have been identified for the claimed invention in common with the prototype: a modular, twin-engine, heavy-duty, unmanned transport platform of the aircraft type, including a fuselage, wings, a power plant with two internal combustion engines and propellers, on-board electronic equipment, and a fastening system for payload modules.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание модульной двухмоторной тяжелой транспортной беспилотной платформы самолетного типа с повышенной безопасностью полета, улучшенными летно-техническими характеристиками, упрощенной системой управления, высокой эксплуатационной эффективностью и универсальностью. The technical problem that the claimed invention is aimed at solving is the creation of a modular, twin-engine, heavy-duty, unmanned transport platform of an aircraft type with increased flight safety, improved flight performance characteristics, a simplified control system, high operational efficiency, and versatility.
Достигаемый технический результат заключается в повышении безопасности полета и эксплуатационной эффективности двухмоторной беспилотной платформы.The achieved technical result consists in increasing the flight safety and operational efficiency of the twin-engine unmanned platform.
Это достигается за счет:This is achieved through:
• Улучшения ее летно-технических характеристик, а именно: компенсации асимметричных аэродинамических эффектов (связанных с P-эффектом, асимметричным обдувом крыла и фюзеляжа), возникающих при работе воздушных винтов, что приводит к повышению курсовой устойчивости и управляемости, снижению нежелательных кренящих и рыскающих моментов, и, как следствие, снижению нагрузки на рулевые поверхности;• Improving its flight performance characteristics, namely: compensating for asymmetric aerodynamic effects (associated with the P-effect, asymmetric blowing of the wing and fuselage) that arise during the operation of the propellers, which leads to increased directional stability and controllability, a reduction in unwanted rolling and yaw moments, and, as a consequence, a reduction in the load on the control surfaces;
• Устранения понятия «критического двигателя», что повышает безопасность при отказе одного из двигателей и упрощает логику системы автоматического управления для таких сценариев;• Elimination of the concept of a “critical engine”, which improves safety in the event of failure of one of the engines and simplifies the logic of the automatic control system for such scenarios;
• Обеспечения высокой ремонтопригодности и оперативности обслуживания за счет модульности силовых установок (винтомоторных групп);• Ensuring high maintainability and efficiency of maintenance due to the modularity of power plants (propeller-motor groups);
• Обеспечения универсальности применения и адаптивности платформы к различным задачам и условиям эксплуатации за счет модульности полезной нагрузки и возможности модификации крыла. Указанные аспекты в совокупности способствуют достижению таких характеристик, как высокая грузоподъемность (до 100 кг), большая дальность полета (до 1500 км), и возможность эксплуатации в различных условиях, включая взлет/посадку на неподготовленные площадки.• Ensuring versatility and adaptability of the platform to various tasks and operating conditions due to the modularity of the payload and the possibility of wing modification. These aspects together contribute to achieving such characteristics as high payload capacity (up to 100 kg), long flight range (up to 1,500 km), and the ability to operate in various conditions, including takeoff and landing on unprepared sites.
Указанный технический результат достигается тем, что в двухмоторной тяжелой транспортной беспилотной платформе самолетного типа, включающей фюзеляж, крылья, силовую установку с двумя двигателями внутреннего сгорания и воздушными винтами, а также бортовое радиоэлектронное оборудование, согласно изобретению, фюзеляж выполнен двухбалочным; два двигателя внутреннего сгорания силовой установки установлены в отдельных симметричных отсеках, расположенных на крыльях, при этом каждый двигатель вращает свой воздушный винт, а воздушные винты вращаются в противоположных направлениях для компенсации суммарного реактивного момента; при этом отсеки для двигателей выполнены с аэродинамическими обтекателями, снижающими сопротивление; платформа снабжена системой синхронизации оборотов указанных двух двигателей; бортовое радиоэлектронное оборудование включает, по меньшей мере, автопилот со спутниковой навигацией и систему связи, обеспечивающую управление платформой по радиоканалу; кроме того, платформа оснащена системой крепления для быстросъемных модулей полезной нагрузки, обеспечивающей их оперативное подключение к бортовой электросети платформы.The said technical result is achieved by the fact that in a twin-engine heavy unmanned transport platform of an aircraft type, including a fuselage, wings, a power plant with two internal combustion engines and propellers, as well as on-board radio-electronic equipment, according to the invention, the fuselage is made of a twin-boom; two internal combustion engines of the power plant are installed in separate symmetrical compartments located on the wings, wherein each engine rotates its own propeller, and the propellers rotate in opposite directions to compensate for the total reactive torque; wherein the compartments for the engines are made with aerodynamic fairings that reduce drag; the platform is equipped with a system for synchronizing the speed of the said two engines; the on-board radio-electronic equipment includes, at least, an autopilot with satellite navigation and a communication system that ensures control of the platform via a radio channel; in addition, the platform is equipped with a fastening system for quickly removable payload modules that ensures their prompt connection to the on-board electrical network of the platform.
Перечень фигур (чертежей): List of figures (drawings):
Фиг. 1 - Общий вид (аксонометрия) модульной двухмоторной тяжелой транспортной беспилотной платформы самолетного типа, показывающий двухбалочный фюзеляж, крылья, симметричное расположение отсеков с двигателями, воздушные винты, место для установки модуля полезной нагрузки.Fig. 1 - General view (axonometric view) of a modular twin-engine heavy transport unmanned aircraft-type platform, showing a twin-boom fuselage, wings, symmetrical arrangement of engine compartments, propellers, and a place for installing a payload module.
Позиции: 1 - фюзеляж (двухбалочный), 2 - крыло, 3, 3' - двигатели (внутри отсеков), 4, 4' - отсеки для двигателей, 5, 5' - воздушные винты, 6, 6’ - аэродинамические обтекатели, 7 - система крепления модуля полезной нагрузки, 8 - модуль полезной нагрузки (контурно). Positions: 1 - fuselage (twin-boom), 2 - wing, 3, 3' - engines (inside compartments), 4, 4' - engine compartments, 5, 5' - propellers, 6, 6' - aerodynamic fairings, 7 - payload module fastening system, 8 - payload module (contour).
Фиг. 2 - Схема расположения винтомоторных модулей ДВС, иллюстрирующая аэродинамический обтекатель 6 (вид сбоку).Fig. 2 - Diagram of the arrangement of the propeller-motor modules of the internal combustion engine, illustrating the aerodynamic fairing 6 (side view).
Позиции: 2 - крыло (часть), 3 - двигатель, 4 - отсек, 6 - аэродинамический обтекатель. Positions: 2 - wing (part), 3 - engine, 4 - compartment, 6 - aerodynamic fairing.
Фиг. 3 - Схема противоположного вращения воздушных винтов «вовнутрь».Fig. 3 - Diagram of counter-rotating propellers "inward".
Позиции: 5, 5' - воздушные винты. Positions: 5, 5' - propellers.
Фиг. 4 - Пример быстросъемного модуля полезной нагрузки и его система крепления к фюзеляжу.Fig. 4 - Example of a quick-release payload module and its attachment system to the fuselage.
Позиции: 1 - фюзеляж (часть), 7 - система крепления, 8 - модуль полезной нагрузки. Positions: 1 - fuselage (part), 7 - fastening system, 8 - payload module.
Фиг. 5 - Вид платформы сбоку, показывающий профиль крыла, фюзеляжа, расположение силовой установки и модуля полезной нагрузки.Fig. 5 - Side view of the platform showing the wing profile, fuselage, power plant location and payload module.
Заявленная платформа (фиг.1) включает фюзеляж 1, выполненный двухбалочным. К фюзеляжу 1 крепятся крылья 2 (левое и правое). Крылья выполнены съемными за счёт лонжерона крыла, входящего в фюзеляж, соединённого резьбовыми и контровочными соединениями.The claimed platform (Fig. 1) includes a twin-boom fuselage 1. Wings 2 (left and right) are attached to fuselage 1. The wings are removable due to a wing spar inserted into the fuselage and connected by threaded and locking connections.
Платформа включает фюзеляж 1, выполненный двухбалочным. Фюзеляж 1 конструктивно состоит из центральной секции (не показана отдельно) и двух съемных боковых симметричных отсеков 4 и 4'. Консоли крыльев 2 также выполнены съемными и крепятся к фюзеляжу 1 (например, к центральной секции или к переходным элементам, связанным с боковыми отсеками) , что упрощает транспортировку платформы и позволяет модифицировать конструкцию крыла для изменения летно-технических характеристик (масса полезной нагрузки, скороподъемность, маневренность и т.д.) без изменения остальных элементов платформы.The platform includes a twin-boom fuselage 1. Fuselage 1 is structurally composed of a central section (not shown separately) and two removable symmetrical lateral compartments 4 and 4'. Wing consoles 2 are also removable and are attached to fuselage 1 (e.g., to the central section or to transition elements connected to the lateral compartments), which simplifies platform transportation and allows for modification of the wing structure to alter flight performance characteristics (payload weight, rate of climb, maneuverability, etc.) without altering the remaining platform elements.
Силовая установка платформы состоит из двух двигателей внутреннего сгорания (ДВС) 3 и 3' (например, объемом 183-294 см³ каждый, производства ООО «ДЕЛМОТ», г. Красноярск), размещенных каждый в своем съемном боковом отсеке фюзеляжа 4 и 4' соответственно. Каждый боковой отсек 4, 4' представляет собой винтомоторный модуль ДВС, включающий, помимо самого ДВС 3 (3'), также топливный бак (не показан) и элементы электроники управления двигателем (не показаны). Кроме того, двигатели 3 и 3' могут быть установлены в отсеках 4 и 4' с использованием амортизаторов (не показаны) для снижения вибраций и быстросъемных узлов крепления (не показаны) для облегчения технического обслуживания и замены ДВС. Модуль ДВС, представленный в виде отсека 4 или 4' с установленным в него ДВС 3 или 3', может иметь идентификатор для передачи информации о сроках технического обслуживания и может быть оснащен системой датчиков для контроля состояния ДВС. Такая модульность силовых установок позволяет оперативно снимать весь винтомоторный модуль для обслуживания или замены без необходимости транспортировки всей платформы в ремонтный цех.The platform's power plant consists of two internal combustion engines (ICE) 3 and 3' (e.g., with a volume of 183-294 cm³ each, manufactured by DELMOT LLC, Krasnoyarsk), each housed in its own removable side fuselage compartment 4 and 4', respectively. Each side compartment 4, 4' is a propeller-motor module of the ICE, which includes, in addition to the ICE 3 (3') itself, a fuel tank (not shown) and engine control electronics (not shown). In addition, engines 3 and 3' can be installed in compartments 4 and 4' using shock absorbers (not shown) to reduce vibrations and quick-release fasteners (not shown) to facilitate maintenance and replacement of the ICE. The engine module, designed as a 4- or 4-inch compartment with a 3- or 3-inch engine installed, can have an identifier for transmitting maintenance information and can be equipped with a sensor system for monitoring the engine's condition. This modularity of the power plants allows for the rapid removal of the entire propeller-motor module for maintenance or replacement without the need to transport the entire platform to a repair shop.
Отсеки 4, 4' выполнены с аэродинамическими обтекателями 6 (Фиг. 2), снижающими аэродинамическое сопротивление боковых отсеков, улучшая общие аэродинамические характеристики платформы, например, повышает скороподъемность, и могут обеспечивать защиту двигателей от внешних воздействий, и снижают нагрузки на органы управления.Compartments 4, 4' are made with aerodynamic fairings 6 (Fig. 2), which reduce the aerodynamic drag of the side compartments, improving the overall aerodynamic characteristics of the platform, for example, increasing the rate of climb, and can provide protection for the engines from external influences, and reduce the load on the controls.
Каждый ДВС 3, 3' приводит во вращение воздушный винт 5, 5' соответственно. Ключевой особенностью является то, что воздушные винты 5 и 5' вращаются в противоположных направлениях «вовнутрь», то есть верхние лопасти винтов движутся по направлению к фюзеляжу (Фиг. 3). Такое направление вращения обеспечивает компенсацию ряда асимметричных аэродинамических эффектов, присущих двухмоторным схемам с одинаковым направлением вращения винтов:Each engine 3, 3' drives propeller 5, 5', respectively. A key feature is that propellers 5 and 5' rotate in opposite directions, "inward," meaning the upper blades of the propellers move toward the fuselage (Fig. 3). This direction of rotation compensates for a number of asymmetric aerodynamic effects inherent in twin-engine configurations with identical propeller rotation directions:
• Компенсация P-эффекта (смещение вектора тяги): при угле атаки лопасть винта, движущаяся вниз, создает большую тягу, чем лопасть, движущаяся вверх. При одинаковом вращении винтов это приводит к смещению вектора тяги каждого пропеллера в сторону вращения, и если оси двигателей параллельны, то у одного двигателя рычаг силы тяги относительно продольной оси симметрии БПЛА оказывается больше, чем у другого, вызывая нежелательный рыскающий момент. При противоположном вращении винтов «вовнутрь» эти смещения векторов тяги становятся симметричными и либо взаимно компенсируются, либо создают симметричную картину обтекания, не приводящую к возникновению значительного нескомпенсированного рыскающего момента. • P-effect compensation (thrust vector shift): at an angle of attack, a downward-moving propeller blade produces more thrust than an upward-moving blade. With the propellers rotating at the same speed, this causes the thrust vector of each propeller to shift in the direction of rotation, and if the engine axes are parallel, one engine's thrust lever relative to the UAV's longitudinal axis of symmetry is greater than the other, causing an undesirable yawing moment. With the propellers rotating inward in the opposite direction, these thrust vector shifts become symmetrical and either compensate for each other or create a symmetrical flow pattern that does not result in a significant uncompensated yawing moment.
• Компенсация асимметричного обдува крыла: большая тяга с одной стороны пропеллера приводит к увеличению скорости потока воздуха и, соответственно, подъемной силы на этом участке крыла. При одинаковом вращении это вызывает асимметричный прирост подъемной силы на консолях крыла, приводящий к кренящему моменту. Противоположное вращение винтов «вовнутрь» создает симметричную картину обдува крыльев, устраняя или значительно уменьшая этот нежелательный кренящий момент. • Compensation for asymmetrical wing flow: High thrust on one side of the propeller leads to increased airflow speed and, consequently, lift on that section of the wing. With equal rotation, this causes an asymmetrical increase in lift on the wing panels, resulting in a rolling moment. Opposite inward rotation of the propellers creates a symmetrical flow pattern on the wings, eliminating or significantly reducing this unwanted rolling moment.
• Симметризация закрученного потока: винты создают закрученный поток воздуха (slipstream), который, взаимодействуя с фюзеляжем и оперением, может вызывать дополнительные кренящие и рыскающие моменты. Противоположное вращение винтов «вовнутрь» создает два симметрично закрученных потока, взаимодействие которых с планером БПЛА становится более симметричным, что снижает нежелательные моменты. • Symmetrization of swirling flow: propellers create a swirling airflow (slipstream), which, when interacting with the fuselage and empennage, can cause additional pitching and yaw moments. Opposite inward rotation of the propellers creates two symmetrically swirling flows, the interaction of which with the UAV airframe becomes more symmetrical, reducing unwanted moments.
В результате указанной схемы вращения винтов устраняется понятие «критического двигателя», то есть двигателя, отказ которого наиболее неблагоприятно сказывается на управляемости. При отказе любого из двигателей возникающие несимметричные моменты и поведение БПЛА становятся идентичными (зеркально), что значительно упрощает логику работы системы автоматического управления (автопилота) при отработке таких отказов и повышает общую безопасность полета. Кроме того, при вращении винтов «вовнутрь» эффективное расстояние между векторами тяги может быть меньше, чем расстояние между осями вращения пропеллеров, что способствует увеличению поперечной устойчивости.This propeller rotation scheme eliminates the concept of a "critical engine"—that is, the engine whose failure has the most adverse impact on controllability. If any engine fails, the resulting asymmetric torques and the UAV's behavior become identical (mirrored), significantly simplifying the automatic control system (autopilot) logic when dealing with such failures and improving overall flight safety. Furthermore, when the propellers rotate inward, the effective distance between the thrust vectors can be smaller than the distance between the propeller axes, which contributes to increased lateral stability.
Платформа снабжена системой синхронизации оборотов ДВС 3 и 3' (не показана), включающей гироскопы и тахометры, которая обеспечивает поддержание одинаковой или заданной малой разности частот вращения двигателей (например, Δn ≤ 200 об/мин ), что минимизирует вибрации и обеспечивает равномерную суммарную тягу, способствуя стабильности полета. Это важно для стабильного полета и предотвращения разворачивающих моментов при неравномерной работе двигателей, способствуя повышению курсовой устойчивости и управляемости.The platform is equipped with a system for synchronizing the speeds of internal combustion engines 3 and 3' (not shown), including gyroscopes and tachometers. This system maintains a constant or specified small difference in engine speed (e.g., Δn ≤ 200 rpm), minimizing vibration and ensuring uniform total thrust, contributing to flight stability. This is important for stable flight and preventing yaw moments during uneven engine operation, improving directional stability and control.
Бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО) платформы (условно не показано) включает, как минимум, автопилот со спутниковой навигацией для обеспечения автоматического или полуавтоматического полета по заданному маршруту, обзорную видеокамеру для контроля обстановки и/или выполнения целевых задач, систему связи, обеспечивающую управление платформой по радиоканалу с наземной станции управления, а также другие необходимые датчики и системы для обеспечения полета и выполнения целевых задач.The on-board radio-electronic equipment (avionics) of the platform (not shown) includes, at a minimum, an autopilot with satellite navigation to ensure automatic or semi-automatic flight along a given route, a surveillance video camera to monitor the situation and/or perform target tasks, a communications system that ensures control of the platform via a radio channel from a ground control station, as well as other necessary sensors and systems to ensure flight and perform target tasks.
Платформа оснащена системой крепления 7 (Фиг. 1, Фиг. 4) для быстросъемных модулей полезной нагрузки 8, расположенная под центральной секцией фюзеляжа 1. Такое внешнее расположение модуля полезной нагрузки имеет ряд преимуществ:The platform is equipped with a fastening system 7 (Fig. 1, Fig. 4) for quickly removable payload modules 8, located under the central section of the fuselage 1. This external location of the payload module has a number of advantages:
• В случае использования сбрасываемого модуля, после его отделения фронтальный профиль платформы и ее аэродинамическое сопротивление значительно уменьшаются, что приводит к увеличению дальности полета.• In the case of using a jettisonable module, after its separation, the frontal profile of the platform and its aerodynamic drag are significantly reduced, which leads to an increase in flight range.
• При использовании небольших по габаритам модулей полезной нагрузки (например, для геодезии) общее аэродинамическое сопротивление платформы также будет ниже по сравнению с вариантом размещения полезной нагрузки внутри объемного фюзеляжа, что положительно сказывается на дальности полета.• When using small payload modules (for example, for geodesy), the overall aerodynamic drag of the platform will also be lower compared to the option of placing the payload inside a voluminous fuselage, which has a positive effect on flight range.
• Внешнее расположение модуля предоставляет значительный простор для различных конструкторских исполнений блоков полезной нагрузки без жестких ограничений по внутренним габаритам отсека.• The external location of the module provides significant scope for various design versions of payload units without strict restrictions on the internal dimensions of the compartment.
• Отсутствует необходимость в створках грузового отсека, что уменьшает количество механических элементов, снижает вес и повышает надежность. Система крепления обеспечивает механическую фиксацию модуля 8 и его оперативное подключение к бортовой электросети платформы, например, через электрический разъем типа «слепой стыковки».• There is no need for cargo compartment doors, which reduces the number of mechanical components, reduces weight, and increases reliability. The fastening system ensures mechanical fixation of Module 8 and its quick connection to the platform's on-board electrical system, for example, via a "blind docking" electrical connector.
Система крепления 7 обеспечивает механическую фиксацию модуля 8 на фюзеляже 1 (или в специально предусмотренном отсеке) и его оперативное подключение к бортовой электросети платформы, например, через электрический разъем типа «слепой стыковки». Это позволяет быстро менять полезную нагрузку в зависимости от выполняемой задачи. Модули полезной нагрузки 8, в качестве примера, могут быть выполнены в виде:Attachment system 7 mechanically secures module 8 to fuselage 1 (or a dedicated compartment) and quickly connects it to the platform's onboard electrical system, for example, via a blind-docking electrical connector. This allows for quick payload changes depending on the mission. Payload modules 8, for example, can be designed as follows:
• быстросъемного грузового контейнера;• quick-release cargo container;
• модуля мониторинга и составления ортофотопланов;• module for monitoring and drawing up orthophoto plans;
• модуля для сбрасываемого планирующего контейнера;• module for a jettisonable gliding container;
• модуля для сбрасываемого грузового контейнера на баллистическом парашюте;• module for a droppable cargo container on a ballistic parachute;
• модуля для радиоразведки и ретрансляции.• module for radio reconnaissance and retransmission.
Платформа рассчитана на взлетную массу до 350 кг и перевозку полезного груза до 100 кг на дальность до 1500 км. Конструкция платформы и ее система управления обеспечивают возможность взлета и посадки на неподготовленные взлетно-посадочные полосы, а также на водную поверхность и снег, что значительно расширяет область применения платформы. Данное требование реализуется различными конструкциями шасси, подготовленными под потребности заказчика, на этапе сборки платформы.The platform is designed for a takeoff weight of up to 350 kg and a payload capacity of up to 100 kg over a range of up to 1,500 km. The platform's design and control system enable takeoff and landing on unprepared runways, as well as on water and snow, significantly expanding its range of applications. This requirement is met by various chassis designs, tailored to the customer's needs during the platform assembly stage.
Платформа изготавливается с использованием общедоступных отечественных материалов и технологий, таких как лазерная резка и вакуумное формование, с планируемой степенью локализации производства до 100%.The platform is manufactured using readily available domestic materials and technologies, such as laser cutting and vacuum forming, with a planned localization rate of up to 100%.
Пример реализации и работы модульной двухмоторной тяжелой транспортной беспилотной платформы самолетного типаAn example of the implementation and operation of a modular twin-engine heavy unmanned transport platform of the aircraft type
Работа изобретения осуществляется следующим образом и иллюстрирует реализацию заявленных технических преимуществ на примере конкретного выполнения платформы с заданными характеристиками.The operation of the invention is carried out as follows and illustrates the implementation of the stated technical advantages using the example of a specific implementation of a platform with specified characteristics.
Перед началом эксплуатации на платформу устанавливается один из быстросъемных модулей полезной нагрузки 8 (Фиг. 4), например, грузовой контейнер, способный вмещать до 100 кг груза. Модуль 8 фиксируется системой крепления 7 и подключается к бортовой электросети платформы, что обеспечивает питание его систем. Производится предстартовая подготовка, включающая проверку всех систем платформы, включая двигатели внутреннего сгорания (ДВС) 3 и 3' (например, двухтактные или четырехтактные ДВС объемом 183-294 см³ каждый) и их системы управления. Консоли крыльев 2 и съемные боковые отсеки 4, 4' (винтомоторные модули) предварительно смонтированы и проверены.Before operation, one of the quickly removable payload modules 8 (Fig. 4) is installed on the platform; for example, a cargo container capable of holding up to 100 kg of cargo. Module 8 is secured by fastening system 7 and connected to the platform's on-board electrical system, which supplies power to its systems. Pre-launch preparations are performed, including testing of all platform systems, including internal combustion engines (ICE) 3 and 3' (e.g., two-stroke or four-stroke ICEs with a capacity of 183-294 cm³ each) and their control systems. Wing consoles 2 and removable side compartments 4, 4' (propeller-motor modules) are pre-assembled and tested.
При запуске и работе ДВС 3 и 3' воздушные винты 5 и 5' начинают вращаться в противоположных направлениях «вовнутрь» (верхние лопасти движутся к фюзеляжу, Фиг. 3). Это конструктивное решение целенаправленно нейтрализует комплекс асимметричных аэродинамических эффектов:When internal combustion engines 3 and 3' are started and operating, propellers 5 and 5' begin to rotate in opposite directions "inward" (the upper blades move toward the fuselage, Fig. 3). This design solution specifically neutralizes a complex of asymmetric aerodynamic effects:
• P-эффект (P-factor): асимметрия или разность тяг между опускающейся и поднимающейся лопастями винта при наличии угла атаки, которая при одинаковом вращении винтов на двухмоторном самолете приводит к асимметрии рычагов силы тяги относительно центра масс и, как следствие, к нежелательному рыскающему моменту, компенсируется за счет симметричного расположения и противоположного направления вращения винтов.• P-effect (P-factor): asymmetry or difference in thrust between the descending and ascending blades of a propeller in the presence of an angle of attack, which, with the same rotation of the propellers on a twin-engine aircraft, leads to asymmetry of the thrust levers relative to the center of mass and, as a consequence, to an undesirable yawing moment, is compensated for by the symmetrical arrangement and opposite direction of rotation of the propellers.
• Асимметричный обдув крыла: увеличение подъемной силы на участке крыла за винтом, которое при одинаковом вращении винтов также асимметрично и вызывает кренящий момент, симметризуется, устраняя или значительно уменьшая этот нежелательный крен.• Asymmetrical wing flow: the increase in lift in the section of the wing behind the propeller, which, with the same propeller rotation, is also asymmetrical and causes a heeling moment, is symmetrized, eliminating or significantly reducing this unwanted roll.
• Закрученный поток (slipstream): два симметрично закрученных потока от винтов, вращающихся «вовнутрь», более благоприятно взаимодействуют с двухбалочным фюзеляжем 1 и оперением, минимизируя вызываемые ими кренящие и рыскающие моменты.• Slipstream: two symmetrically swirling flows from the inward rotating propellers interact more favourably with the twin-boom fuselage 1 and the empennage, minimizing the roll and yaw moments they cause.
Система синхронизации оборотов ДВС 3 и 3', получая данные от тахометров и гироскопов, входящих в состав БРЭО, поддерживает согласованную работу двигателей с минимальной разницей в частотах вращения (например, Δn не более 200 об/мин), что обеспечивает равномерность тяги и предотвращает возникновение дополнительных разворачивающих моментов. Это особенно важно при маневрировании и в условиях турбулентности.The 3 and 3' engine speed synchronization system, receiving data from the tachometers and gyroscopes included in the avionics, maintains coordinated engine operation with minimal differences in speed (e.g., Δn no more than 200 rpm), ensuring uniform thrust and preventing additional yaw moments. This is especially important during maneuvering and in turbulent conditions.
В результате такой организации силовой установки устраняется понятие «критического двигателя». В случае отказа одного из ДВС 3 или 3', поведение платформы и возникающие компенсирующие моменты становятся симметричными и предсказуемыми, что значительно упрощает алгоритмы работы автопилота для парирования отказа и повышает общую безопасность полета. Курсовая устойчивость и управляемость платформы повышаются, а нагрузка на рулевые поверхности снижается.This powertrain design eliminates the concept of a "critical engine." In the event of failure of either engine 3 or 3', the platform's behavior and the resulting compensating torques become symmetrical and predictable, significantly simplifying the autopilot's failure-management algorithms and improving overall flight safety. The platform's directional stability and controllability are enhanced, and the load on the control surfaces is reduced.
Полет осуществляется под управлением автопилота по заранее запрограммированному маршруту или под непосредственным управлением оператора с наземной станции управления через защищенный радиоканал. Бортовое радиоэлектронное оборудование, включающее инерциальную навигационную систему, спутниковую навигацию (ГЛОНАСС/GPS), высотомер и другие датчики, обеспечивает точное следование по маршруту и выполнение полетного задания. Аэродинамические обтекатели 6 винтомоторных модулей 4, 4' (выполненные из композиционных материалов, например, углепластика с низким коэффициентом сопротивления не более 0,01, профилированные для минимизации сопротивления, например профилем NACA 2315) снижают общее аэродинамическое сопротивление платформы, что способствует экономии топлива и достижению дальности полета до 1500 км.Flight is controlled by an autopilot along a pre-programmed route or by an operator directly from a ground control station via a secure radio channel. Onboard avionics, including an inertial navigation system, satellite navigation (GLONASS/GPS), an altimeter, and other sensors, ensure precise route following and flight mission execution. Aerodynamic fairings for the six propeller-motor modules (4, 4') (made of composite materials, such as carbon fiber, with a low drag coefficient of no more than 0.01, profiled to minimize drag, such as a NACA 2315 profile) reduce the platform's overall aerodynamic drag, contributing to fuel savings and a flight range of up to 1,500 km.
Двухбалочная конструкция фюзеляжа 1 обеспечивает необходимую прочность и жесткость конструкции для восприятия нагрузок от крыльев, силовой установки и полезной нагрузки, а также предоставляет удобное и аэродинамически выгодное размещение для модуля полезной нагрузки 8 под центральной секцией. Внешнее расположение модуля полезной нагрузки 8 имеет преимущества:The twin-boom design of fuselage 1 provides the necessary strength and rigidity to support the loads from the wings, power plant, and payload, and also provides a convenient and aerodynamically advantageous placement for payload module 8 under the central section. The external location of payload module 8 has the following advantages:
• При использовании сбрасываемого модуля ПН, после его отделения аэродинамическое сопротивление платформы снижается, что положительно сказывается на остаточной дальности полета.• When using a jettisonable PN module, after its separation the aerodynamic drag of the platform is reduced, which has a positive effect on the remaining flight range.
• При установке компактного модуля ПН (например, для аэрофотосъемки) лобовое сопротивление меньше, чем у платформ с внутренним отсеком аналогичной вместимости, что также увеличивает дальность.• When installing a compact payload module (for example, for aerial photography), the drag is less than that of platforms with an internal compartment of similar capacity, which also increases the range.
• Обеспечивается гибкость в проектировании и габаритах модулей ПН.• Provides flexibility in the design and dimensions of the PN modules.
• Исключается необходимость в механизмах створок грузового отсека, что снижает вес и повышает надежность.• Eliminates the need for cargo compartment door mechanisms, reducing weight and increasing reliability.
Платформа способна выполнять взлет и посадку на неподготовленные грунтовые взлетно-посадочные полосы, а также, при установке соответствующего шасси (например, поплавкового или лыжного, не показано), на водную поверхность или снег.The platform is capable of taking off and landing on unprepared dirt runways, and also, when equipped with appropriate landing gear (e.g. float or ski, not shown), on water or snow surfaces.
Модульность конструкции платформы проявляется не только в сменной полезной нагрузке, но и в конструкции самих винтомоторных групп и крыльев:The modularity of the platform design is evident not only in the interchangeable payload, but also in the design of the propeller-motor groups and wings themselves:
• Съемные боковые отсеки (винтомоторные модули) 4, 4': каждый такой модуль, включающий ДВС 3 (3'), топливный бак, элементы системы управления двигателем и обтекатель 6, может быть оперативно демонтирован и заменен целиком для проведения технического обслуживания или ремонта в специализированных условиях, без необходимости транспортировки всей платформы в ремонтный цех. Это значительно повышает ремонтопригодность и сокращает время простоя платформы.• Removable side compartments (propeller-motor modules) 4, 4': each such module, including the internal combustion engine 3 (3'), fuel tank, engine control system components and fairing 6, can be quickly dismantled and replaced as a whole for maintenance or repair in specialized conditions, without the need to transport the entire platform to a repair shop. This significantly increases maintainability and reduces platform downtime.
• Съемные консоли крыльев 2: упрощают транспортировку платформы к месту эксплуатации. Кроме того, такое конструктивное решение позволяет в будущем модифицировать конструкцию крыла (например, изменять его геометрию, профиль, механизацию) для адаптации платформы под специфические требования (изменение массы полезной нагрузки, скороподъемности, маневренности, длины разбега/пробега) без значительных переделок остальных элементов конструкции, что обеспечивает высокую адаптивность платформы.• Removable wing consoles 2: simplify the platform's transportation to the operational site. Furthermore, this design solution allows for future modifications to the wing structure (e.g., changing its geometry, profile, and mechanization) to adapt the platform to specific requirements (changes in payload weight, rate of climb, maneuverability, takeoff/landing length) without significant alterations to the remaining structural elements, ensuring the platform's high adaptability.
По завершении полетного задания или при необходимости дозаправки/обслуживания платформа осуществляет посадку. Оперативная смена модулей полезной нагрузки 8 позволяет быстро переконфигурировать платформу для выполнения следующей задачи.Upon completion of the flight mission or if refueling or servicing is required, the platform lands. Eight payload modules can be quickly swapped out, allowing the platform to be quickly reconfigured for the next mission.
Таким образом, предложенная конструкция и принципы работы изобретения обеспечивают достижение заявленного технического результата, выражающегося в повышении безопасности полета и эксплуатационной эффективности двухмоторной беспилотной платформы.Thus, the proposed design and operating principles of the invention ensure the achievement of the stated technical result, expressed in increased flight safety and operational efficiency of a twin-engine unmanned platform.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2851889C1 true RU2851889C1 (en) | 2025-12-01 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2413163A1 (en) * | 1974-03-19 | 1975-10-02 | Eberhard Krueger | Engine propeller drive for twin boom aircraft - has twin contrarotating propellers angled one to the other |
| RU2408500C2 (en) * | 2008-10-15 | 2011-01-10 | ООО "Центральный научно-исследовательский институт авиационных ракетных комплексов и систем" | Re-entry drone aircraft with tricycle landing gear |
| RU149852U1 (en) * | 2014-08-26 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" | BLINDING DOCK DEVICE |
| RU195392U1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Пром Аэро" | UNMANNED AERIAL VEHICLE |
| US11208210B2 (en) * | 2017-12-01 | 2021-12-28 | Wipaire, Inc. | Float plane technology |
| RU2776617C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Аэрокон" | Transport cargo unmanned aircraft |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2413163A1 (en) * | 1974-03-19 | 1975-10-02 | Eberhard Krueger | Engine propeller drive for twin boom aircraft - has twin contrarotating propellers angled one to the other |
| RU2408500C2 (en) * | 2008-10-15 | 2011-01-10 | ООО "Центральный научно-исследовательский институт авиационных ракетных комплексов и систем" | Re-entry drone aircraft with tricycle landing gear |
| RU149852U1 (en) * | 2014-08-26 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" | BLINDING DOCK DEVICE |
| US11208210B2 (en) * | 2017-12-01 | 2021-12-28 | Wipaire, Inc. | Float plane technology |
| RU195392U1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Пром Аэро" | UNMANNED AERIAL VEHICLE |
| RU2776617C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Аэрокон" | Transport cargo unmanned aircraft |
| RU2840166C1 (en) * | 2024-07-10 | 2025-05-19 | Акционерное общество "Концерн воздушно-космической обороны "Алмаз - Антей" | Unmanned aerial vehicle-interceptor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3647193B1 (en) | Vertical takeoff and landing dual-wing aerial vehicle | |
| EP2741957B1 (en) | Multi-role aircraft with interchangeable mission modules | |
| CN109018320B (en) | X-shaped tilt wing aircraft | |
| US9493226B2 (en) | Multi-role aircraft with interchangeable mission modules | |
| CN109606673B (en) | Tilt-rotor aircraft with interchangeable payload modules | |
| US8498756B1 (en) | Movable ground based recovery system for reuseable space flight hardware | |
| EP0661206B1 (en) | An unmanned vertical take-off and landing, horizontal cruise, air vehicle | |
| EP4011773B1 (en) | Detect and avoid sensor integration | |
| RU2473455C2 (en) | Compact drone system | |
| US7234667B1 (en) | Modular aerospace plane | |
| US6926235B2 (en) | Runway-independent omni-role modularity enhancement (ROME) vehicle | |
| US7240878B2 (en) | High wing monoplane aerospace plane based fighter | |
| RU2608122C1 (en) | Heavy high-speed rotary-wing aircraft | |
| US20200255136A1 (en) | Vertical Flight Aircraft With Improved Stability | |
| US20210253239A1 (en) | Tail sitter stop-fold aircraft | |
| RU2681423C1 (en) | Modular construction of an unmanned aerial vertical for vertical take-off and landing | |
| RU181389U1 (en) | MODULAR DESIGN OF THE UNMANNED AIRCRAFT VERTICAL TAKEOFF AND LANDING WITH COMBINED POWER PLANT | |
| US20130264429A1 (en) | Convertible airplane | |
| US11912406B2 (en) | Paramotor with contrarotating propellers | |
| CN205293099U (en) | Use coaxial tandem twin engine's fixed wing uavs | |
| RU2380286C1 (en) | Pilotless aircraft | |
| RU2851889C1 (en) | Modular twin-engine heavy transport unmanned platform of aircraft type | |
| RU2693362C1 (en) | Aircraft of horizontal flight with vertical take-off and landing and bearing platform for aircraft of horizontal flight with vertical take-off and landing | |
| RU2710317C1 (en) | Air missile system with an unmanned percussive aircraft helicopter | |
| RU2793711C1 (en) | Mobile unmanned aerial system for aerial surveillance and reconnaissance |