Способ управления тягой беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с циклическими движителями

Авторы патента:

B64C19/00 - Способы и устройства для управления летательными аппаратами, не отнесенные к другим группам

Владельцы патента RU 2781315:

Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ (RU)

Изобретение относится к способу управления тягой беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с циклическими движителями. Для управления тягой приводят во вращение лопасти, вращающиеся вокруг собственной оси, а также вращающиеся вокруг оси движителя, приводимого во вращение электродвигателями. Управление углом установки лопастей движителя осуществляют электронно посредством бортового вычислителя беспилотного летательного аппарата, обрабатывающего сигналы датчиков углового положения, при помощи электромеханических актуаторов, которыми снабжена каждая лопасть. Обеспечиваются оптимальные уставки положений лопастей для каждого движителя, снижение лобового сопротивления на элементы движителя за счет уменьшения количества его механически нагруженных элементов. 3 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способу управления винтокрылыми летательными аппаратами, и может быть использовано как способ управления тягой в перспективных беспилотных летательных аппаратах вертикального взлета и посадки с циклическими движителями.

Известно устройство циклического движителя (далее - движителя), предназначенного для создания тяги в перспективных беспилотных летательных аппаратах вертикального взлета и посадки с циклическими движителями [1], выбранное в качестве прототипа. По прототипу, движитель состоит из лопастей, шарнирно закрепленных в опорах, вращающихся вокруг оси движителя. Лопасти вращаются по круговой траектории вокруг оси вращения приводного устройства, а также вокруг собственной оси закрепления. Установлен механизм управления углом установки лопастей: центральное устройство смещения соединено с каждой из лопастей через тяги и опорный узел, причем смещающее устройство задает ось вращения эксцентрикового подшипника, посредством которого устанавливается расстояние до оси движителя. Узел соединения тяги и лопасти расположен под постоянным углом к касательной движения лопасти при нулевом смещении лопасти. Технический результат прототипа заключается в снижении нагрузок, оказываемых на элементы движителя.

Недостаток данного решения заключается в том, что механизм управления установкой лопастей является массивным элементом в конструкции существующих движителей [2] и [3]. Массивность механизма определяется попыткой механически определить закон движения лопастей - циклограмму, что приводит к наличию эксцентрика, управляющих тяг, подшипниковых узлов, а также узлов для сопряжения со стороны лопасти. Помимо этого, механизм управления вносит вклад в суммарное лобовое сопротивление, создаваемое движителем. Кроме того, практически реализованные решения по управлению положением лопастей для беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки с циклическими движителями обеспечивают перемещение лопасти по механически ограниченному математическому закону - циклоиде.

Указанные выше недостатки предполагается устранить посредством замены механизма управления углом установки лопастей. В предлагаемом устройстве управление углом установки лопастей осуществляют электронно посредством бортового вычислителя беспилотного летательного аппарата (фиг. 1).

На фиг. 1 и фиг. 3 обозначены:

1 - электромеханические актуаторы;

2 - абсолютный датчик углового положения лопасти;

3 - абсолютный датчик углового положения оси движителя;

4 - электродвигатель;

5 - лопасти;

6 - опоры.

Для управления углом установки лопастей на оси вращения каждой лопасти 5, шарнирно закрепленной в опорах 6, устанавливаются электромеханические актуаторы 1, либо пара актуаторов на обоих краях оси, работающих при ширине полосы пропускания управляющих сигналов кратно выше частоты вращения движителя. Каждая лопасть оснащена абсолютным датчиком углового положения лопасти 2. На оси вращения движителя устанавливают абсолютный датчик углового положения оси движителя 3. Вращение движителя обеспечивает электродвигатель 4. Информационное и силовое сопряжение движителя с бортовым комплексом управления беспилотным летательным аппаратом осуществляется посредством токосъемников. Управление движителем - цифровое, через бортовой вычислитель беспилотного летательного аппарата.

Алгоритм управления движителем представлен на фиг. 2. Информация об угловом положении движителя (угол 6) поступает на бортовой вычислитель в составе данных объективного контроля беспилотного летательного аппарата. На основании данных объективного контроля и заданных оператором параметров вычислитель формирует вектор навигационного решения f(θ, …)=[α₁, α₂, …, α_n], включающий в себя оптимальные уставки положений каждой из лопастей движителя α₁, α₂, …, α_nдля каждого n-лопастного движителя беспилотного летательного аппарата. Варианты размещения движителей на беспилотном летательном аппарате приведены в различных публикациях (например, figure 2 b, figure 4, 5 в [3]).

На фиг. 3 показаны α₁ - уставка углового положения лопасти относительно касательной к траектории вращения лопасти движителя, θ-угловое положение вала движителя.

Предлагаемый способ позволяет снизить количество механически нагруженных элементов движителя, снизить количество вынесенных за пределы движителя элементов, оказывающих влияние на лобовое сопротивление, обеспечивается гибкость выбора математического закона движения лопастей (циклограммы) для различных режимов полета беспилотного летательного аппарата (взлет и посадка, крейсерский скоростной полет), достичь максимально возможной тяги. Также реализуется возможность флюгирования движителя.

Источники информации

1. Antriebsvorrichtung für ein Fluggerät: заявка DE102017011890 A1. ФРГ: МПК В64С 11/006 / Winderl М., Lanser S.; заявитель Cyclotech GmbH; заявл. 14.12.17; опубл. 19.06.19.

2. Min S., Lee С.H., Seung M., Kim Y, Hur C, Kim S. Experimental Study of a Quadrotor Cyclocopter // Journal of the American Helicopter Society. 2015. Vol. 60, No. 3. Pp. 1-10//JAHS.60.032010.

3. Schwaiger M., Wills D. D-Dalus VTOL - efficiency increase in forward flight // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2015. Vol.88. No. 5. Pp.594-604. / AEAT-04-2015-0104.

Способ управления тягой беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с циклическими движителями, состоящими из лопастей, вращающихся вокруг собственной оси, а также вращающихся вокруг оси движителя, приводимого во вращение электродвигателем, отличающийся тем, что управление углом установки лопастей движителя осуществляют электронно посредством бортового вычислителя беспилотного летательного аппарата, для чего, каждую лопасть циклического движителя снабжают электромеханическим актуатором, работающим при ширине полосы пропускания управляющих сигналов кратно выше частоты вращения движителя; ось каждой лопасти и ось движителя оснащают абсолютными датчиками углового положения; информационное и силовое сопряжение движителей с бортовым комплексом управления беспилотного летательного аппарата осуществляют посредством токосъемников; по данным углового положения каждого движителя, а также заданных оператором параметров, вычислитель формирует вектор навигационного решения, включающий в себя оптимальные уставки положений лопастей для каждого движителя.

Система продольного управления летательного аппарата (ЛА) содержит вычислительное устройство (ВУ), систему воздушных сигналов (СВС), датчики перемещения рычага управления ЛА по тангажу, перегрузке, угловой скорости тангажа и угла атаки, рулевой привод (РП), стабилизатор (руль высоты), блок формирования постоянного сигнала на дополнительное отклонение стабилизатора, два блока перемножения и ключ, блок формирования сигнала на отклонение носков ЛА, три нелинейных блока, два сумматора, логический блок, соединенные определенным образом.

Способ управления вооружением многофункциональных самолетов тактического назначения и система для его осуществления // 2759058

Группа изобретений относится к способу и системе управления вооружением многофункциональных самолетов тактического назначения. Для управления вооружением самолета оснащают его средствами поражения и средствами пассивного противодействия, вводят данные о параметрах полета, в процессе полета осуществляют идентификацию и сопровождение воздушных и наземных целей, взаимодействие с наземными пунктами управления, оказывают интеллектуальную поддержку экипажу на основе вычислительно-логических модулей, выполняют боевое маневрирование, определяют момент выдачи ракете команды «Пуск разрешен» при достижении текущей дальности и углового положения заданных значений, которые определяют границы зоны возможных пусков ракет.

Способ управления вооружением многофункциональных самолетов тактического назначения и система для его осуществления // 2759057

Группа изобретений относится к способу и системе управления вооружением многофункциональных самолетов тактического назначения. Для управления вооружением самолета оснащают его средствами поражения и средствами пассивного противодействия, вводят данные о параметрах полета, в процессе полета осуществляют идентификацию и сопровождение воздушных и наземных целей, взаимодействие с наземными пунктами управления, оказывают интеллектуальную поддержку экипажу на основе вычислительно-логических модулей, выполняют боевое маневрирование, определяют момент выдачи ракете команды «Пуск разрешен» при достижении текущей дальности и углового положения заданных значений, соответствующих границам зоны возможных пусков.

Система управления с тройной избыточностью для летательного аппарата и способ управления этой системой (варианты) // 2758229

Группа изобретений относится к системе управления для летательного аппарата, имеющей тройную избыточность, и трем вариантам способа управления этой системой. Для управления системой управления по первому варианту принимают группы сообщений от передающего тракта в контроллере, содержащем три тракта, производят идентификацию индикатора активности каждого тракта, значения циклического контроля по избыточности, вырабатываемого каждым трактом с использованием ключа, присвоенного тракту, определенным образом и отключают контроллер при наличии аномалий, несоответствия индикатора активности или наличия несоответствия значения циклического контроля по избыточности в группе сообщений.

Способ оценки пространственного положения воздушного судна вертолётного типа // 2757939

Изобретение относится к способу оценки пространственного положения воздушного судна вертолетного типа. Для оценки пространственного положения перед началом выполнения посадки фиксируют значения углов тангажа, крена и рыскания, высоту, место нахождения, скорость снижения, определяют разностные значения вышеуказанных параметров в процессе снижения и сравнивают их с заданными значениями.

Система и способ для предупреждения столкновений беспилотного летательного аппарата // 2757549

Группа изобретений относится к способу и навигационной системе для обеспечения защиты от столкновений в летательном аппарате. Для обеспечения защиты от столкновений сравнивают поток команд от пилота с данными управления, которые формируют путем обработки определенным образом данных датчика, выполняющего идентификацию препятствий, для определения безопасности этого потока команд.

Устройство и способ для проверки достоверности команды системы управления процессами летательного аппарата // 2756740

Группа изобретений относится к устройству и способу для проверки достоверности команды системы управления процессами летательного аппарата. Устройство содержит регистрационный модуль определения состояния компонента узла складывающихся законцовок, функционально соединенного с крылом летательного аппарата, модуль работы с последовательностью и управления для выработки команды на управление перемещением узла складывающихся законцовок, диспетчерский модуль.

Способ управления воздушным судном при боевом маневрировании // 2755554

Изобретение относится к способу управления воздушным судном при боевом маневрировании. Для управления воздушным судном определяют параметры вектора собственного состояния воздушного судна, определяют параметры, характеризующие положение органов управления и анализируют их соответствие вектору собственного состояния и режиму полета, рассчитывают вероятность ошибочных действий экипажа и уточняют вероятность гибели экипажа и воздушного судна.

Система авиационной связи для передачи данных // 2753021

Группа изобретений относится к системе связи летательного аппарата и способу передачи данных. Система связи содержит расположенные в летательном аппарате сетевой маршрутизатор протокола IP и сетевой маршрутизатор адресно-отчетной системы авиационной связи, выполненные с возможностью передачи данных на указанную группу наземных станций.

Способ сопровождения беспилотным летательным аппаратом наземного объекта // 2750007

Изобретение относится к способу сопровождения беспилотным летательным аппаратом (БПЛА) наземного объекта, перемещающемуся по некоторому маршруту. Для сопровождения наземного объекта на нем размещают оптический маркер, а на борту БПЛА устанавливают видеокамеру.

Рулевой винт вертолета // 2678396

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям воздушных винтов. Рулевой винт (4, 4') вертолета (1) содержит поддерживающий элемент (14, 14'), приводной вал (10, 10'), выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси (В), втулку (11), функционально соединенную с приводным валом (10, 10') и имеющую фиксированное угловое положение относительно первой оси (В).