Результат интеллектуальной деятельности: Способ выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), транспортируемым другими летательными аппаратами и отделяемым в полете для выведения на высотную траекторию полета.

Известен способ запуска БПЛА ("Пегас 11", И. Лисов, "Гляжусь в циклон, как в зеркало...", журнал "Новости космонавтики", 2017 г., №02 (409), стр. 29), способ выведения которого на высотную траекторию полета принят за прототип, и включает снабжение БПЛА узлами для крепления на пусковое устройство вдоль фюзеляжа самолета-носителя, системой управления в автономном полете, полезной нагрузкой и и тремя разгонными ступенями (разтонной двигательной установкой) с реактивными двигателями твердого топлива (РДТТ)., размещение и крепление беспилотного летательного аппарата на пусковом устройстве самолета-носителя, выполненном с возможностью отделения БПЛА в полете, полет самолета-носителя до высоты отделения БПЛА (12,4 км), его отделение, стабилизацию положения в автономном полете системой управления и запуск РДТТ. В процессе стабилизации положения БПЛА, до запуска РДТТ, БПЛА летит продольно под самолетом-носителем, с частичной потерей скорости и высоты полета, поэтому для безопасности самолета-носителя, после стабилизации положения БПЛА в автономном полете системой управления и запуска его РДТТ, система управления БПЛА обеспечивает его полет под фюзеляжем самолета-носителя с ускорением, а после обгона самолета-носителя система управления БПЛА обеспечивает увеличение угла тангажа и набор высоты полета, превышающей высоту полета самолета-носителя.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого способа являются следующие: способ выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета, включающий его снабжение узлами для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, выполненное с возможностью отделения беспилотного летательного аппарата в полете, системой управления его положением в автономном полете, полезной нагрузкой и разгонной двигательной установкой, размещение и крепление беспилотного летательного аппарата на пусковом устройстве самолета-носителя, полет самолета-носителя до высоты отделения беспилотного летательного аппарата, его отделение, стабилизацию его положения, запуск разгонного двигателя и управление в автономном полете с увеличением угла тангажа.

Выведение БПЛА на высотную траекторию полета известным способом характеризуется, после запуска разгонной двигательной установки, участком параллельного полета БПЛА и самолета-носителя, с небольшой разницей по высоте, на котором БПЛА обгоняет самолет-носитель, и участком, на котором БПЛА совершает маневр перед самолетом-носителем по набору высоты полета, с увеличением угла тангажа БПЛА, при этом расстояние между самолетом-носителем и БПЛА, на начальном участке набора его высоты полета, уменьшается. Параллельный полет БПЛА и самолета-носителя с небольшой разницей по высоте и набор высоты полета БПЛА перед самолетом-носителем увеличивают время нахождения БПЛА вблизи самолета-носителя, вследствие чего увеличивается вероятность повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА или его разгонной двигательной установки.

Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является уменьшение вероятности повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА или его разгонной двигательной установки.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета, включающем его снабжение узлами для крепления на пусковое устройство самолета-носителя вдоль фюзеляжа, выполненное с возможностью отделения беспилотного летательного аппарата в полете, системой управления его положением в автономном полете, полезной нагрузкой и разгонной двигательной установкой, размещение и крепление беспилотного летательного аппарата на пусковом устройстве самолета-носителя, полет самолета-носителя до высоты отделения беспилотного летательного аппарата, его отделение, стабилизацию его положения, запуск разгонной двигательной установки и управление в автономном полете с увеличением угла тангажа, беспилотный летательный аппарат снабжают импульсными реактивными двигателями, создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, и компенсации этого импульса вращения, увеличение угла тангажа обеспечивают перед запуском разгонной двигательной установки путем включения реактивного двигателя создания импульса вращения, и в процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения включают реактивный двигатель компенсации этого импульса вращения, а запуск разгонной двигательной установки обеспечивают после уменьшения угловой скорости вращения беспилотного летательного аппарата вокруг поперечной оси.

Отличительными признаками предлагаемого способа выведения беспилотного летательного аппарата на высотную траекторию полета является то, что беспилотный летательный аппарат снабжают импульсными реактивными двигателями, создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести беспилотного летательного аппарата, и компенсации этого импульса вращения, увеличение угла тангажа обеспечивают перед запуском разгонной двигательной установки путем включения реактивного двигателя создания импульса вращения, и в процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения включают реактивный двигатель компенсации этого импульса вращения, а запуск разгонной двигательной установки обеспечивают после уменьшения угловой скорости вращения беспилотного летательного аппарата вокруг поперечной оси.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается: уменьшается вероятность повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА или его разгонной двигательной установки; уменьшение времени выведения и запаса топлива, необходимого для работы разгонной двигательной установки.

Предложенное техническое решение может найти применение в авиации, например, для запуска спутников связи или мониторинга поверхности, исследовательских аппаратов для изучения космических объектов, потоков космических излучений, состояния верхних слоев атмосферы.

Способ выведения БПЛА на высотную траекторию полета поясняется устройством, представленном на чертежах, фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1 представлено устройство БПЛА, выводимого на высотную траекторию полета.

На фиг. 2 показано положение БПЛА в автономном полете относительно самолета-носителя при включении разгонной двигательной установки БПЛА.

Представленный на фиг. 1 и фиг. 2 БПЛА 1 содержит узлы крепления на пусковое устройство 2 самолета-носителя вдоль его фюзеляжа 3, содержащие передний упор 4, замковую нишу 5 для подъема БПЛА 1 и его крепления на пусковом устройстве 2, и задний упор 6, разгонную двигательную установку 7, систему управления его положением в автономном полете, включающую блок 8 управления, сообщенный с устройством 9 стабилизации положения БПЛА 1 после отделения от пускового устройства 2, и с устройством 10 управления положением БПЛА 1 после запуска разгонной двигательной установки 7. БПЛА 1 снабжен полезной нагрузкой 11, импульсным реактивным двигателем 12, для создания импульса вращения вокруг поперечной оси, проходящей через центр 13 тяжести (ЦТ) БПЛА 1, и импульсным реактивным двигателем 14, для создания импульса компенсации вращения БПЛА 1 вокруг поперечной оси, проходящей через центр 13 тяжести. Пусковое устройство 2 содержит раздвижные элементы 15 для подъема БПЛА 1 и его крепления на пусковом устройстве 2 и выполнено с возможностью отделения БПЛА 1 от самолета-носителя в полете.

Представленное на фиг. 1 и фиг. 2 БПЛА 1 работает следующим образом. Средствами подъема пускового устройства 2 (на чертежах не показаны) БПЛА 1 устанавливается на пусковое устройство 2 до контакта с передним и задним упорами 4 и 6, раздвижные элементы 15 фиксируются в замковой нише 5. Самолет-носитель выполняет полет к месту отцепки с подъемом на высоту отцепки. В месте отцепки расфиксируются раздвижные элементы 15 и БПЛА 1 под действием силы тяжести отделяется от пускового устройства 2. При необходимости, пусковое устройство 2 может содержать устройство отталкивания БПЛА 1 (на чертежах не показано). После отделения БПЛА 1, по команде блока 8 управления задействуется устройство 9, обеспечивая стабилизацию положения БПЛА 1 в автономном полете, при котором импульсный реактивным двигатель 12 располагается в нижней части БПЛА 1, а импульсный реактивный двигатель 14, соответственно, в верхней. В этом положении БПЛА 1 блок 8 управления задействует импульсный реактивный двигатель 12, обеспечивая передачу импульса вращения БПЛА 1 вокруг поперечной оси, проходящей через ЦТ 13. При этом, БПЛА 1 поворачивается против часовой стрелки, увеличивая угол тангажа (наклон к горизонтальной плоскости). В процессе увеличения угла тангажа до необходимого значения ϑ (фиг. 2) по сигналам блока 8 управления задействуется импульсный реактивный двигатель 14 компенсации импульса вращения вокруг оси, проходящей через ЦТ 13. Время включения реактивного двигателя 14 определяют расчетом и в процессе разработки БПЛА 1 уточняют при испытаниях, из условия уменьшения угловой скорости вращения БПЛА 1 до значения ~ 0 угловых градусов в секунду, при достижении БПЛА 1 необходимого значения ϑ угла тангажа. К этому моменту времени по сигналу блока 8 управления запускается разгонная двигательная установка 7. Процесс увеличения угла тангажа БПЛА 1 до необходимого значения 0 осуществляется за время ~1 с, и приводит к дополнительному уменьшению горизонтальной составляющей (W'_БПЛА) скорости БПЛА 1 до значения ~ 80-120 м/с и увеличению расстояния между БПЛА 1 и фюзеляжем 3 до ~ 400 м, при скорости самолета-носителя ~ 270 м/с. При дальнейшем увеличении высоты полета БПЛА 1 под углом О тангажа расстояние между БПЛА 1 и фюзеляжем 3 самолета-носителя будет увеличиваться. Таким образом, обеспечивается минимальное время (~ 2 с) полета БПЛА 1 на расстоянии 0-60 м от фюзеляжа 3 самолета-носителя, в отличие от прототипа, где это время больше на время пролета под фюзеляжем 3 самолета-носителя. Малое время нахождения БПЛА 1 вблизи фюзеляжа 3 самолета-носителя уменьшает вероятность повреждения самолета-носителя при неисправности системы управления БПЛА 1 или разгонной двигательной установки 7. Дополнительно, в отличие от прототипа, отсутствие участка параллельного полета БПЛА 1 под фюзеляжем 3 самолета-носителя, при выведении на высотную траекторию полета, обеспечивает уменьшение времени выведения и запаса топлива, необходимого для работы разгонной двигательной установки 7.