Конструкция винтокрылого беспилотного летательного аппарата с расширенными функциональными возможностями Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.735

КОНСТРУКЦИЯ ВИНТОКРЫЛОГО БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ

А. А. Головнев, Е. С. Фимушин, Р. Н. Степанов, В. В. Короленко, В. Б. Кровяков

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» Российская Федерация, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а

E-mail: [email protected]

Представлена конструкция высокоманевренного винтокрылого беспилотного летательного аппарата, позволяющего с высокой эффективностью осуществлять мониторинг и защиту наземных объектов ракетно-космического комплекса.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, мультикоптер, пространственная ориентация, маневренность.

THE CONSTRUCTION OF ROTARY-WING UNMANNED AERIAL VEHICLE WITH ENHANCED FUNCTIONALITY

A. A. Golovnev, E. S. Fimushin, R. N. Stepanov, V. V. Korolenko, V. B. Krovyakov

Military Educational-Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin» 54a, Starih Bolshevikov Str., Voronezh, 394064, Russian Federation E-mail: [email protected]

The article presents the construction of highly maneuverable rotary-wing unmanned aerial vehicle, allowing with high efficiency to carry out the monitoring and protection of ground objects of space rocket complex.

Keywords: unmanned aerial vehicle, multicopter, spatial orientation, maneuverability.

К конструктивным недостаткам существующих винтокрылых беспилотных летательных аппаратов (мультикоптеров), существенно ограничивающим их функциональные возможности в части мониторинга и защиты [1] наземных объектов ракетно-космического комплекса, относится:

- размещение полезной нагрузки вне фюзеляжа;

- ограниченный диапазон управления рабочим органом полезного оборудования.

Размещение полезной нагрузки вне фюзеляжа - это общая конструктивная проблема летательных аппаратов всех типов. В случае принципиальной невозможности размещения оборудования и грузов в обводах фюзеляжа, они размещаются в контейнерах, превращая боевой летательный аппарат в «контейнеровоз» [2].

Существенным для обеспечения функционального назначения мультикоптера является возможность управления в максимально возможном диапазоне ориентацией рабочего органа полезного оборудования, каковым могут быть объективы фото- видеокамер, тепловизионного оборудования, детекторов радиоактивного излучения, лазерных измерителей, стволы стрелкового и направляющие ракетного вооружения и пр. Ориентация рабочего органа по линии наведения в конструкциях существующих мультикоптеров в режиме полета осуществляется изменением пространственного положения корпуса (фюзеляжа) и изменением направления самого рабочего органа оборудования относительно корпуса, в режиме висения - изменением направления рабочего органа относительно корпуса. В обоих случаях диапазон управления рабочим органом ограничен конструктивным устройством мультикоптера, определяющим ограничение свободы позиционирования его фюзеляжа в пространстве при разных режимах висения и полета, и устройством специализированных консолей для размещения оборудования.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

Размещение полезного оборудования вне фюзеляжа мультикоптера существенно ухудшает его аэродинамические характеристики, а стационарное размещение оборудования в фюзеляже известных мультикоптеров еще более ограничивает диапазон управления его рабочим органом.

То есть, существует проблема, решение которой значительно расширило бы функциональные возможности мультикоптера. Заключается она в обеспечении возможности изменять пространственную ориентацию фюзеляжа мультикоптера с интегрированным в него стационарным полезным оборудованием в неограниченном диапазоне независимо от траектории и режима движения, включая режимы взлета, висения, горизонтального и вертикального полета, посадки.

Решена она может быть следующим образом [3]. На рисунке представлена схема конструктивного устройства высокоманевренных мультикоптеров (квадро- и гексокоптера) с расширенными функциональными возможностями.

Мультикоптер имеет фюзеляж с установленным в нем стационарным полезным оборудованием, необходимое количество средств тяги с несущими винтами, каждое из которых расположено на раме, установленной на соответствующей выносной балке корпуса. Средства тяги установлены с возможностью как совместного, так и раздельного друг от друга поворота в рамах на угол не менее 180°, а рамы с возможностью как совместного, так и раздельного поворота вокруг оси балок на угол 360°.

На рисунке средства тяги 1 установлены в рамах 2 с возможностью поворота плоскости винтов 3 относительно рам. Рамы 2 установлены на выносных балках 4 фюзеляжа 5 с возможностью поворота в перпендикулярной балкам плоскости.

Конструктивное устройство высокоманевренных мультикоптеров

Согласованные поворот относительно фюзеляжа 5 плоскостей несущих винтов 3 и изменение силы и направления их тяги обеспечивается координированным посредством командной системы управления поворотом средств тяги 1 в рамах 2, рам 2 вокруг балок 4 фюзеляжа. Это создает суммарную составляющую векторов тяги каждого средства тяги 1, позволяющую совершать полет мультикоптера по любой заданной траектории и зависание при сохранении любой заданной пространственной ориентации фюзеляжа, следовательно, при любой заданной линии наведения 7 рабочего органа 6 полезного оборудования, стационарно установленного в фюзеляже.

Таким образом, представленный мультикоптер может осуществлять наведение рабочего органа интегрированного в фюзеляж стационарного оборудования при облете наземных и воздушных объектов (или при зависании в их близости) в неограниченном диапазоне по горизонтали и вертикали. Точка наведения может располагаться в любом месте воображаемой сферы, в центре которой располагается мультикоптер. По существу, представленному мультикоптеру не нужно осуществлять сложного маневрирования при наведении на цель, без чего не могут обойтись существующие БЛА и пилотируемые летательные аппараты.

Указанное обстоятельство особенно значимо при необходимости выполнения работы в условиях ограниченных пространственных объемов. Например, при работе внутри замкнутых объектов: помещений, объемных ферменных конструкций и пр., или при выполнении боевых задач в так называемой зоне безопасности от поражения средствами противовоздушной обороны противника вдоль

линии фронта, которая, по мнению специалистов, ограничена по высоте 10-15 м и по удаленности от линии 1-1,5 км. Ни один из существующих или находящихся в стадии проектирования образцов отечественной и зарубежной легкой штурмовой авиации не способен осуществлять необходимое для выполнения задач маневрирование без выхода из этой зоны.

Такой БЛА может быть оснащен стрелково-пушечным и прочим вооружением, использующим боекомплект вооружения военнослужащих сухопутных войск. Взлет-посадка могут производиться с неподготовленных площадок со сложным рельефом местности. То есть он не требует при эксплуатации дорогостоящей дополнительной инфраструктуры. При этом управляющий им оператор может находиться на значительном удалении от места боевых действий, а жизненно важные элементы конструкции БЛА могут быть защищены от стрелкового оружия противника достаточно легким материалом, аналогичным материалу бронежилетов личного состава (кевлар, тварон и пр.). При работе на столь малой высоте БЛА может быть оснащен традиционными для сухопутных боевых подразделений средствами маскировки, такими как дымовая завеса.

Подобное оснащение сделает представленный мультикоптер эффективным средством поддержки подразделений сухопутных войск, находящихся в непосредственном соприкосновении с противником. Несомненными преимуществами он будет обладать при решении задач мониторинга и защиты наземных объектов ракетно-космического комплекса.

Библиографические ссылки

1. Павлушенко М., Евстафьев Г., Макаренко И. Беспилотные летательные аппараты // Научные записки ПИР-центра: национальная и глобальная безопасность. М., 2004. № 2(26). С. 7-8.

2. Барковский В. И., Скопец Г. М., Степанов В. Д. Методология формирования технического облика экспортно ориентированных авиационных комплексов. М. : Физматлит, 2008. 243 с.

3. Кровяков В. Б., Бирюков М. И. Квадролет. Патент РФ № 2547950, МКП В64С 27/08, В64С 27/28. Опубл. 10.04.2015 г., бюл. № 10.

© Головнев А. А., Фимушин Е. С., Степанов С. Н., Короленко В. В., Кровяков В. Б., 2016