Результат интеллектуальной деятельности: БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к оборудованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), к устройствам, связанным с подачей топлива к силовой установке БПЛА, конкретно к размещению топливной системы силовой установки и конструктивной модификации топливных баков.

Известен БПЛА, представленный в патенте на полезную модель РФ №69490. Известный БПЛА содержит размещенную во внутренней полости топливного бака (ТБ) эластичную компенсационную емкость (ЭКЕ), снабженную дренажной горловиной, прикрепленной к стенке ТБ, и сообщенную с окружающей средой через дренажную горловину; ЭКЕ размещена внутри тонколистового металлического перфорированного предохранительного контейнера, прикрепленного к элементам конструкции внутренней полости ТБ; крепление дренажной горловины к стенке бака выполнено разъемным, ТБ снабжен монтажным люком с герметичной крышкой, а в контейнере напротив люка выполнено монтажное окно со съемной крышкой. Для обеспечения заправки и выработки топлива топливные баки летательных аппаратов снабжаются заправочной горловиной и дренажным устройством, а также сообщаются с источником газа наддува. При этом в известном устройстве перфорированный контейнер через отверстия перфорации и полость ТБ сообщен также с источником газа наддува и дренажным устройством.

Существенные признаки предлагаемого БПЛА совпадают с признаками прототипа: предлагаемый БПЛА содержит размещенные в его корпусе топливный бак и эластичную компенсационную емкость, размещенную в предохранительном контейнере, сообщенном с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством; при этом для сообщения с окружающим воздухом эластичная компенсационная емкость снабжена дренажной горловиной, проходящей через отверстие в стенке контейнера и закрепленной на корпусе летательного аппарата.

В известном БПЛА предохранительный контейнер размещен в полости ТБ, что затрудняет монтаж предохранительного контейнера при изготовлении, увеличивает трудоемкость и стоимость изготовления, кроме того ограничивает возможности конструкторов при проектировании, в частности, в ТБ с небольшим свободным размером по вертикали дополнительно затруднен монтаж предохранительного контейнера, что дополнительно увеличивает стоимость и трудоемкость изготовления ЛА, и особенно актуально для ЛА сложной компоновочной схемы с наличием ТБ с внутренними конструктивными нишами, демпфирующими перегородками и туннельными трубами, для прокладки коммуникации (электрожгутов, магистралей охлаждения). Возможности конструкторов при компоновке БПЛА в процессе его проектирования также ограничиваются тем, что при проектировании БПЛА необходимо компоновать больший ТБ с учетом объема предохранительного контейнера.

Предлагаемым устройством решается задача уменьшения трудоемкости и стоимости изготовления БПЛА и расширения возможностей конструкторов при проектировании БПЛА.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом БПЛА, содержащем размещенные в его корпусе топливный бак и эластичную компенсационную емкость, размещенную в предохранительном контейнере, сообщенном с ТБ, источником газа наддува и дренажным устройством; при этом для сообщения с окружающим воздухом эластичная компенсационная емкость снабжена дренажной горловиной, проходящей через отверстие в стенке контейнера и закрепленной на корпусе летательного аппарата, предохранительный контейнер выполнен герметичным, размещен в корпусе летательного аппарата вне полости топливного бака, его сообщение с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством выполнено в виде линий сообщения, а дренажная горловина соединена со стенкой контейнера герметично. Для упрощения замены предохранительного контейнера после завершения срока службы ЭКЕ или при потере ее герметичности, дополнительно, предохранительный контейнер выполнен съемным; для его монтажа на корпусе БПЛА выполнен люк со съемной крышкой, при этом линии сообщения предохранительного контейнера с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством снабжены разъемными соединениями, расположенным под съемной крышкой люка летательного аппарата, а дренажная горловина закреплена на корпусе летательного аппарата посредством разъемного соединения. Для дополнительного упрощения замены предохранительного контейнера, предохранительный контейнер и дренажная горловина эластичной компенсационной емкости закреплены на съемной крышке люка летательного аппарата, при этом на съемной крышке выполнен дополнительный лючок, а разъемные соединения линий сообщения предохранительного контейнера с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством расположены под съемной крышкой дополнительного лючка. Дополнительно, для обеспечения возможности замены ЭКЕ в предохранительном контейнере соединение дренажной горловины со стенкой предохранительного контейнера выполнено разъемным, при этом контейнер снабжен монтажным люком с герметичной съемной крышкой.

Отличительным признаком предлагаемого БПЛА от прототипа является то, что предохранительный контейнер выполнен герметичным, размещен в корпусе БПЛА вне полости топливного бака, его сообщение с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством выполнено в виде линий сообщения, а дренажная горловина соединена со стенкой контейнера герметично. Кроме того, дополнительно, предохранительный контейнер выполнен съемным; для его монтажа на корпусе БПЛА выполнен люк со съемной крышкой, при этом линии сообщения предохранительного контейнера с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством снабжены разъемными соединениями, расположенным под съемной крышкой люка БПЛА, а дренажная горловина закреплена на корпусе БПЛА посредством разъемного соединения; предохранительный контейнер и дренажная горловина эластичной компенсационной емкости закреплены на съемной крышке люка летательного аппарата, при этом на съемной крышке выполнен дополнительный лючок со съемной крышкой, а разъемные соединения линий сообщения предохранительного контейнера с топливным баком, источником газа наддува и дренажным устройством расположены под съемной крышкой дополнительного лючка; соединение дренажной горловины со стенкой предохранительного контейнера выполнено разъемным, при этом контейнер снабжен монтажным люком с герметичной съемной крышкой.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) уменьшается стоимость и трудоемкость изготовления БПЛА, а также расширяются возможности конструкторов при проектировании БПЛА. Дополнительно, упрощается задача обеспечения герметичности ТБ при эксплуатации БПЛА, уменьшается трудоемкость и стоимость работ по замене ЭКЕ предохранительного контейнера с ЭКЕ или ЭКЕ в предохранительном контейнере при потере герметичности ЭКЕ или окончании ее срока службы.

Предложенное техническое решение может найти применение при разработке БПЛА, которые длительно хранятся с заправленным ТБ при изменении температуры топлива в широком диапазоне, обеспечивая при этом герметичную изоляцию топлива без развития внутреннего давления в полости ТБ.

Предлагаемый БПЛА с компенсационной емкостью, размещенной вне полости топливного бака в герметичном предохранительном контейнере, иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 представлен БПЛА с ЭКЕ, размещенной в герметичном предохранительном контейнере по п.1 формулы.

На фиг.2 представлено крепление на БПЛА по п.1 формулы дренажной горловины ЭКЕ и соединение дренажной горловины ЭКЕ со стенкой предохранительного контейнера (место А фиг.1).

На фиг.3 представлен БПЛА по п.2 и п.3 формулы со съемным предохранительным контейнером, размещенным в корпусе под съемной крышкой люка.

На фиг.4 представлено крепление дренажной горловины на БПЛА по п.2 и п.3 формулы посредством разъемного соединения (место Б, фиг.3).

На фиг.5 представлена конструкция монтажного люка предохранительного контейнера с герметичной съемной крышкой БПЛА по п.4 формулы (место В, фиг.3).

На фиг.6 представлено разъемное соединение дренажной горловины со стенкой предохранительного контейнера на БПЛА по п.4 формулы.

Представленный на фиг.1-6 БПЛА 1 содержит ТБ 2 (фиг.1), герметичный предохранительный контейнер 3, размещенный вне полости ТБ 2, внутри контейнера 3 размещена ЭКЕ 4, объем которой в расправленном состоянии равен объему полости предохранительного контейнера 3. ЭКЕ 4 снабжена дренажной горловиной 5 (фиг.2), содержащей в нижней части фланец 6 и резьбу 7, выполненную над фланцем 6. ЭКЕ 4 содержит отверстие 8, вокруг которого крепится нижняя часть горловины 5 путем прижатия к фланцу 6 гайкой 9 по резьбе 7 через шайбу 10. В верхней части контейнера 3 выполнен цилиндрический стакан 11 с отверстием 12. Нижняя часть дренажной горловины 5 размещена в полости стакана 11 и своей средней частью герметично соединена со стенкой стакана 11 вокруг отверстия 12 сварным соединением. При этом для ориентированного расположения ЭКЕ 4 в контейнере 3 в стенке стакана 11 со стороны нижней части отверстия 12 выполнены пазы 13, в которые входят штифты 14, закрепленные в средней части дренажной горловины 5. Дренажная горловина 5 содержит отверстие 15 для сообщения ЭКЕ 4 с окружающим воздухом и фланец 16 для закрепления сварным соединением на корпусе БПЛА 1. В верхней части дренажной горловины 5 со стороны отверстия 15 выполнена резьба 17, посредством которой установлена заглушка 18 с отверстием 19 уменьшенного диаметра, предотвращающая засорение через отверстие 15 внутренней полости ЭКЕ 4 и уменьшающая попадание в нее атмосферной влаги. БПЛА 1 содержит заправочно-сливную горловину 20, сообщенную с нижней частью полости ТБ 2, дренажное устройство 21, сообщенное линией 22 с полостью стакана 11, линию 23 сообщения верхней части полости предохранительного контейнера 3 с источником газа наддува, и содержащую клапан 24 расхода газа и обратный клапан 25, установленный на входе в контейнер 3. БПЛА 1 также снабжен магистралью 26 подачи топлива в двигатель, содержащей топливный насос 27, установленный в ТБ 2. Предохранительный контейнер 3 сообщен с полостью ТБ 2 линией 28 перелива топлива. Для обеспечения возможности централизованной заправки БПЛА 1 топливом через заправочно-сливную горловину 20 линия 28 перелива топлива сообщает нижнюю часть контейнера 3 с верхней частью ТБ 2. Полость стакана 11 сообщена посредством дренажного патрубка 29 с полостью предохранительного контейнера 3 на уровне нижней поверхности ЭКЕ 4 в полностью обжатом состоянии. БПЛА 1 может содержать несколько топливных баков или топливных отсеков (не показано). В этом случае топливный насос 27 устанавливается в последнем вырабатываемом баке, а линия перелива топлива 28 сообщает контейнер 3 с первым вырабатываемым отсеком, что не является существенным отличием с точки зрения работоспособности ЭКЕ 4 с предохранительным контейнером 2 в составе БПЛА 1. При нескольких топливных баках в составе БПЛА 1 возможно также задействование предохранительного контейнера при выработке топлива между двумя смежными топливными баками. В этом случае линия перелива топлива 28 сообщается с последующим вырабатываемым топливным баком, предохранительный контейнер 3 снабжается дополнительной линией перелива (не показано) из предыдущего по очередности выработки топливного бака, а линии 23 от источника газа наддува и 22 от дренажного устройства 21 сообщаются с первым вырабатываемом баком, при этом сообщение предохранительного контейнера с источником газа наддува по линии 23 и с дренажным устройством 21 по линии 22 осуществляется через дополнительную линию перелива после выработки топлива из предыдущего бака, что также несущественно с точки зрения работоспособности устройства. Для обеспечения монтажа топливной системы БПЛА 1 выполнен из отсеков, состыкованных по стыковым рамам 30 и 31. Для крепления предохранительный контейнер 3 снабжен кронштейнами 32, соединенными сваркой с кронштейнами 33 корпуса БПЛА 1. Предохранительный контейнер 3 может быть выполнен съемным (фиг.3). При этом корпус БПЛА 1 снабжен люком 34 со съемной крышкой 35, которая крепится на корпусе разъемным соединением 36. Контейнер 3 размещен под крышкой 35 люка 34, снабжен кронштейнами 37 и 38, которые крепятся к кронштейнам 39 и 40 корпуса БПЛА 1 при помощи разъемных соединений 41, при этом каждая линия 22, 23 и 28 сообщения предохранительного контейнера 3 (для случая сообщения предохранительного контейнера с двумя последовательно вырабатываемыми баками - линия 28 и дополнительная линия перелива топлива, сообщающая контейнер 3 с линиями 22 и 23 при его задействовании между двух последовательно вырабатываемых баков в составе ТБ 1 (не показано)) снабжается разъемным соединениями 42, 43 и 44 соответственно. Дренажная горловина 5 (фиг.4) своим фланцем 16, на котором закреплены гайки 45, закреплена на стенке корпуса БПЛА 1 (крышке 35) винтами 46. Предохранительный контейнер 3 (фиг.3) может быть снабжен кронштейнами 47 и прикреплен к кронштейнам 48 крышки 35 сваркой или разъемным соединением 49, при этом фланец 16 горловины 5 вваривается в крышку 35 или, соответственно, крепится к крышке 35 винтами 46 (фиг.4). При закреплении контейнера 3 на крышке 35 кронштейны 37-40 на БПЛА 1 не устанавливаются. При этом крышка 35 оборудуется дополнительным лючком 50 со съемной крышкой 51, а разъемные соединения 42, 43 и 44 каждой линии 22, 23 и 28 сообщения предохранительного контейнера 3 расположены под съемной крышкой 51.

Для обеспечения замены ЭКЕ 4 в контейнере 3 он оборудуется монтажным люком 52 (фиг.5, место В фиг.3) со съемной крышкой 53, крепящейся на люке 52 через герметизирующую прокладку 54 при помощи болтов 55, шайб 56 и гаек 57. При этом соединение дренажной горловины 5 ЭКЕ 4 со стенкой предохранительного контейнера 3 выполнено разъемным. Для этого в верхней части стакана 11 (фиг.6) контейнера 3 выполнен цилиндрический полый фланец 58, закрепленный верхней частью на корпусе БПЛА 1 сварным или разъемным соединением. В дне 59 фланца 58 выполнено отверстие 60 для прохода верхней части горловины 5, на которой нарезана резьба 61, при этом в нижней части дна 59 вокруг отверстия 60 выполнена упорная поверхность 62, а в верхней части горловины 5 под резьбой 61 содержится цилиндрический кольцевой буртик 63 с герметизирующей прокладкой 64. Горловина 5 крепится на дне 59 фланца 58 гайкой 65 по резьбе 61 через шайбу 66. В полости фланца 58 нарезана резьба 67, в которую ввинчена заглушка 68, с дренажным отверстием 69 уменьшенного диаметра, предотвращающая засорение через отверстие 15 внутренней полости ЭКЕ 4 и уменьшающая попадание в нее атмосферной влаги.

Устройство по п.1 формулы работает следующим образом. ТБ 1 (фиг.1) заправляется топливом, для чего приспособление для подачи топлива подстыковывается к заправочно-сливной горловине 20, осуществляется открытие дренажного устройства 21 и по резьбе 17 (фиг.2) вывинчивается заглушка 18 отверстия 15 дренажной горловины 5 для облегчения дренирования ЭКЕ 4. Через заправочно-сливную горловину 20 в ТБ 1 под давлением подается топливо. ТБ 1 наполняется топливом, при этом воздух из бака 1 через линию 28 перелива топлива и зазор между стенкой предохранительного контейнера 3 и ЭКЕ 4 попадает в дренажную линию 22 и через открытое дренажное устройство 21 стравливается в атмосферу. После заполнения полости контейнера 3 топливом давление топлива в полости контейнера 3 увеличивается, под действием давления топлива в полости контейнера 3 обеспечивается полное обжатие ЭКЕ 4 до нулевого объема ее внутренней полости, воздух из которой выходит через отверстие 15 дренажной горловины 5. Заправка ТБ 1 производится до появления устойчивой струи топлива из дренажного устройства 21 (без пузырьков газа), при этом дренажный патрубок 29, сообщающий полость стакана 11 с полостью предохранительного контейнера 3 на уровне нижней поверхности обжатой ЭКЕ 4, улучшает условия подтекания топлива в полость стакана 11. После этого прекращается подача топлива в ТБ 2 через заправочно-сливную горловину 20 и закрывается дренажное устройство 21. На резьбу 17 дренажной горловины 5 устанавливается приспособление для подачи сжатого воздуха через отверстие 15 в полость ЭКЕ 4. Под действием давления воздуха полости в ЭКЕ 4 из полости контейнера 3 через линию перелива топлива, полость ТБ 2 и заправочно-сливную горловину 20 сливается определенный объем топлива для получения необходимого остаточного объема в зависимости от температуры топлива, соответствующего заправляемой массе топлива в ТБ 2 БПЛА 1. Заправочно-сливная горловина 29 закрывается, от нее отстыковывается приспособление для подачи топлива и в отверстие 15 по резьбе 17 устанавливается заглушка 18. В процессе хранения и эксплуатации ТБ 2 в широком диапазоне температур объем топлива в ТБ 2 изменяется на величину свободного объема полости контейнера 3, при этом объем полости ЭКЕ 4 изменяется от полного расправления в контейнере 3 до полного обжатия. Выход и вход воздуха в полость ЭКЕ 4 контейнера 3 при эксплуатации ТБ 1 обеспечивается через отверстие 19 в заглушке 18 и отверстие 15 горловины 5. При наличии на ЛА нескольких баков (отсеков) в составе ТБ 2 предохранительный контейнер 3 может быть задействован между двумя последовательно вырабатываемыми топливными баками (отсеками) в составе ТБ 2. В этом случае топливо при заправке ТБ1 через предохранительный контейнер 3 и дополнительный переливной трубопровод переливается в последующий бак (не показано) до выхода через дренажное устройство 21, сообщенное линией 22 с последним заправляемым топливным баком (отсеком) в составе ТБ 2. Технология заправки ТБ 2 при этом не изменяется. Заглушка 18 уменьшает загрязнение полости ЭКЕ 4 в эксплуатации и попадание в нее атмосферных осадков. Обратный клапан 25 исключает попадание топлива в линию наддува 23 при заправке ТБ 2. В полете БПЛА 1 вскрывается пусковой клапан 25 и газ наддува от источника газа по линии 23 поступает во внутреннюю полость герметичного предохранительного контейнера 3, замещая объем топлива, находящийся первоначально в контейнере 3 при повышенной температуре топлива в ТБ 2 и поступивший в двигатель БПЛА 1 в полете. Топливо из контейнера 3 поступает через линию 28 в ТБ 2, откуда топливо центробежным насосом 27 подается по магистрали 26 в двигатель БПЛА 1. При наличии в составе ТБ 2 нескольких баков или отсеков подача газа наддува через клапан 24 по линии 23 осуществляется в последний заправляемый бак (отсек) ТБ 2, который является первым вырабатываемым. В процессе работы ТБ 1 топливо по дополнительной магистрали перелива (не показано) поступает из предыдущего вырабатываемого отсека в полость предохранительного контейнера 3, при этом ЭКЕ 4 под давлением топлива уменьшает свой объем, обеспечивая выход воздуха через отверстия 15 и 19 в атмосферу. Далее топливо из полости контейнера 3 поступает по линии 28 в полость ТБ 2 и через насос 27 в двигатель БПЛА 1. Благодаря размещению предохранительного контейнера 3 вне полости ТБ 2 при изготовлении БПЛА 1 до стыка его отсеков по рамам 30 и 31 обеспечивается удобство в работе при монтаже фланца 16 горловины 5 и установке дренажного устройства 21 на корпусе БПЛА 1, а также при креплении кронштейнов 32 предохранительного контейнера 3 к кронштейнам 33 БПЛА 1, что уменьшает трудоемкость и стоимость изготовления БПЛА 1. Кроме того, при проектировании БПЛА 1 и компоновании в его корпусе необходимых систем и агрегатов благодаря линиям сообщения 22, 23 и 28 предохранительный контейнер 3 может быть размещен в удобном конструктору месте, что расширяет возможности конструкторов.

Устройство по п.2 формулы работает аналогично устройству по п.1, дополнительно после завершения срока службы ЭКЕ 4 или при потере ее герметичности из ТБ 2 сливается топливо. Слив топлива осуществляется в последовательности, обратной заправке ТБ 2 топливом, с подачей давления воздуха в дренажное устройство 21 и сливом топлива через заправочно-сливную горловину 20. После слива вывинчиваются винты 46 (фиг.4) из гаек 45 крепления горловины 5 к крышке 35, демонтируются разъемные соединения 36 и крышка 35 снимается с люка 34. После снятия крышки 35 открывается доступ к разъемным соединениям 42, 43 и 44 линий сообщения 22, 23 и 28. Разъемные соединения расстыковываются. Далее расстыковываются разъемные соединения 41 крепления кронштейнов 37-40 и предохранительный контейнер 3 вынимается через люк 34 из корпуса БПЛА 1. На его место в корпус БПЛА 1 устанавливается предохранительный контейнер 3 с герметичной ЭКЕ 4, имеющей неиспользованный срок службы. Благодаря наличию люка 34 со съемной крышкой 35, размещению контейнера 3 вне полости ТБ 2 и разъемным соединениям 42-44 обеспечивается простая замена предохранительного контейнера 3 на БПЛА 1, при этом упрощается задача обеспечения герметичности ТБ 2, поскольку для замены контейнера 3 не надо выполнять люк на корпусе ТБ 2 и обеспечивать высокую степень герметичности люка.

Устройство по п.3 работает аналогично устройству по п.2. Отличие заключается в том, что для разъединения разъемных соединений 42-44 достаточно открыть съемную крышку 51 люка 50. Далее после разъединения разъемных соединений 36 благодаря соединенным кронштейнам 47 и 48 (сваркой или разъемным соединениями 49) предохранительный контейнер 3 демонтируется из корпуса БПЛА 1 при снятии крышки 35 люка 34. При неразъемном соединении кронштейнов 47 и 48 на люк 34 устанавливается новая крышка 35 с новым контейнером 3, имеющим герметичную ЭКЕ 4 с неиспользованным сроком службы, при этом не требуется проводить дополнительное крепление контейнера 3 к крышке 35 соединениями 49, что ускоряет работы по замене и уменьшает их трудоемкость и стоимость. Для варианта разъемного крепления кронштейнов 47 и 48 разъемными соединениями 49 и горловины 5 винтами 46 к крышке 45 демонтаж контейнера 3 с крышки 35 осуществляется не на БПЛА 1, а на рабочем столе, при этом также обеспечивается удобство в работе, подход к разъемным соединениям 49 не ограничивается габаритами люка 34, что ускоряет работы по замене предохранительного контейнера 3, уменьшает трудоемкость и стоимость замены.

Устройство по п.4 формулы работает аналогично любому устройству по п.п.1-3, дополнительно, после вывинчивания гаек 57, снятия шайб 56 и болтов 55 крышка 53 снимается с люка контейнера 3, открывая доступ через проем люка 52 к ЭКЕ 4. Для снятия ЭКЕ при потере герметичности или завершении ее срока службы по резьбе 67 фланца 58 вывинчивается заглушка 68, далее по резьбе 61 вывинчивается гайка 65 и дренажная горловина 5 движением вниз с перемещением штифтов 14 по пазам 13 стакана 11 погружается в полость предохранительного контейнера 3 и далее ЭКЕ 4 вынимается из полости предохранительного контейнера 3 через проем люка 52. установка герметичной ЭКЕ 4 с использованным сроком службы производится в обратном порядке. Замена использованной ЭКЕ 4 на демонтированном предохранительном контейнере 3 может производиться в цеховых условиях, а на БПЛА 1 осуществляться быстрая замена заранее подготовленных предохранительных контейнеров 3.