RU2828471C1

RU2828471C1 - Unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: RU2828471C1
Application number: RU2023127577A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Полтавский; Гурами Николаевич Ахобадзе
Filing date: 2023-10-26
Publication date: 2024-10-14

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: unmanned aerial vehicle comprises a frame equipped with four wheel rollers, an electric motor with propellers, two mini-skis, three stepper motors, a flight controller, feeding element, voltage distributor, video camera, at the same time frame, mini-skis and propellers are made of bamboo.

EFFECT: expanded range of functionality of unmanned aerial vehicle.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) и комплексам в области специальной техники, являющимся дистанционно управляемым или автономно управляемым летательным аппаратом.The invention relates to the field of aviation technology, namely to unmanned aerial vehicles (UAVs) and complexes in the field of special technology, which are remotely controlled or autonomously controlled aircraft.

Известна автоматизированная система обнаружения радиоактивных материалов (см. RU 128868 U1, 10.06.2013), включающая в себя, по меньшей мере, один беспилотный летательный аппарат и, по меньшей мере, один наземный пункт управления, причем беспилотный летательный аппарат включает в себя корпус с посадочными опорами, силовую установку, соединенную, по меньшей мере, с одним пропеллером, детектор радиоактивного излучения, видеокамеру, бортовой блок управления, устройство сбора и обработки информации, соединенное с ним навигационное оборудование определения местоположения, автономный источник электропитания, и может быть использован для обнаружения радиоактивных материалов, а также мониторинга радиационного фона в труднодоступных участках местности. Согласно полезной модели силовая установка беспилотного летательного аппарата имеет, по меньшей мере, три двигателя, закрепленных на корпусе, на которых установлены, по меньшей мере, по одному пропеллеру, оси которых расположены вниз, вдоль силы тяжести, и вращающиеся в одной плоскости.An automated system for detecting radioactive materials is known (see RU 128868 U1, 10.06.2013), including at least one unmanned aerial vehicle and at least one ground control station, wherein the unmanned aerial vehicle includes a body with landing supports, a power plant connected to at least one propeller, a radioactive radiation detector, a video camera, an onboard control unit, a device for collecting and processing information, navigation equipment for determining the location connected to it, an autonomous power source, and can be used to detect radioactive materials, as well as to monitor the radiation background in hard-to-reach areas of terrain. According to the utility model, the power plant of the unmanned aerial vehicle has at least three engines secured to the body, on which at least one propeller is installed, the axes of which are located downwards, along the force of gravity, and rotating in the same plane.

Недостатком этого известного технического решения можно считать сложность, связанную определением силы тяжести корпуса с расположенными на нем неравномерно двигателями, видеокамерами, детектором радиоактивного излучения и другой бортовой аппаратурой.The disadvantage of this well-known technical solution can be considered the complexity associated with determining the gravity of the body with unevenly located engines, video cameras, a radiation detector and other on-board equipment.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый авторами за прототип модульный беспилотный летательный аппарат с системой защиты тяговых винтов (см. RU 2752110 С1, 22.07.2021). Данный беспилотный летательный аппарат имеет жесткий несущий каркас, на одной центральной оси расположены и жестко закреплены два противоположно вращающихся двигателя с автоматами перекоса фиксированного размера воздушных винтов. Восемь полых герметичных модулей, жестко скрепляемых с несущей рамой и друг с другом через уплотнители, образуют жесткий аэродинамический профиль с защитной сеткой сверху и снизу с двигателями и воздушными винтами внутри. Питающие элементы движителей, система управления с навигацией, устройство сбора и обработки информации расположены внутри герметичных полыхмодулей, позволяющих приземляться на твердую и водную поверхностью с возможностью последующего взлета. Несущий жесткий каркас и модули БЛА выполнены из высокопрочного пластика, обеспечивающего жесткость, надежность и малый вес конструкции. Обеспечивается создание модульной конструкции, позволяющей осуществлять посадку и взлет БЛА с твердой и водной поверхностей.The closest technical solution to the proposed one is a modular unmanned aerial vehicle with a traction propeller protection system adopted by the authors as a prototype (see RU 2752110 C1, 22.07.2021). This unmanned aerial vehicle has a rigid supporting frame, two oppositely rotating engines with fixed-size swashplates for propellers are located and rigidly fixed on one central axis. Eight hollow sealed modules, rigidly fastened to the supporting frame and to each other through seals, form a rigid aerodynamic profile with a protective mesh at the top and bottom with engines and propellers inside. Power elements of the propulsion units, a control system with navigation, a device for collecting and processing information are located inside sealed hollow modules, allowing landing on a hard and water surface with the possibility of subsequent takeoff. The supporting rigid frame and UAV modules are made of high-strength plastic, which ensures rigidity, reliability and low weight of the structure. The creation of a modular design is ensured, allowing the landing and takeoff of UAVs from solid and water surfaces.

К недостатку этого беспилотного летательного аппарата можно отнести узкий диапазон функциональной возможности аппарата в зависимости от его географического места положения.The disadvantage of this unmanned aerial vehicle is the narrow range of the device's functionality depending on its geographic location.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение диапазона функциональной возможности беспилотного летательного аппарата.The technical result of the proposed technical solution is the expansion of the range of functional capabilities of the unmanned aerial vehicle.

Технический результат достигается тем, что в беспилотный летательный аппарат, включающий каркас, электродвигатель с воздушными винтами, видеокамеру, питающий элемент и устройство сбора и обработки информации, введены полетный контроллер, распределитель напряжения, первый шаговый двигатель с регулируемыми двумя мини-лыжами, причем каркас, снабженный четырьмя колесными роликами, регулируемыми вторым шаговым двигателем, мини-лыжи и воздушные винты выполнены из бамбука, выход питающего элемента соединен с входом распределителя напряжения, первый, второй и третий, выходы распределителя напряжения соответственно подключены к видеокамере, полетному контроллеру по питанию и устройству сбора и обработки информации по питанию, выход последнего соединен с входом полетного контроллера, первый, второй и третий выходы полетного контроллера соответственно подключены к электродвигателю с воздушными винтами, первому шаговому двигателю с регулируемыми двумя мини-лыжами и второму шаговому двигателю с регулируемыми четырьмя колесными роликами. При этом электродвигатель выполнен поворотным с возможностью вращения воздушных винтов в параллельной и перпендикулярной плоскостях относительно бамбукового каркаса.The technical result is achieved in that a flight controller, a voltage distributor, a first stepper motor with two adjustable mini-skis are introduced into an unmanned aerial vehicle, including a frame, an electric motor with propellers, a video camera, a power supply element and a device for collecting and processing information, wherein the frame is equipped with four wheel rollers, adjustable by a second stepper motor, the mini-skis and propellers are made of bamboo, the output of the power supply element is connected to the input of the voltage distributor, the first, second and third outputs of the voltage distributor are respectively connected to the video camera, the flight controller for power supply and the device for collecting and processing information on power supply, the output of the latter is connected to the input of the flight controller, the first, second and third outputs of the flight controller are respectively connected to the electric motor with propellers, the first stepper motor with two adjustable mini-skis and the second stepper motor with four adjustable wheel rollers. In this case, the electric motor is made to rotate with the ability to rotate the propellers in parallel and perpendicular planes relative to the bamboo frame.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что на базе поворотного электродвигателя с вращающимся воздушными винтами в параллельной и перпендикулярной плоскостях относительно бамбукового каркаса, четырех регулируемых колесных роликов и двух мини-лыж можно обеспечить мобильность беспилотного летательного аппарата, заключающейся в его передвижении по воздуху, земле, воде и снегу.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above-mentioned features, is that on the basis of a rotary electric motor with rotating propellers in parallel and perpendicular planes relative to the bamboo frame, four adjustable wheel rollers and two mini-skis, it is possible to ensure the mobility of an unmanned aerial vehicle, consisting of its movement through the air, land, water and snow.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу создания мобильного беспилотного летательного аппарата, благодаря применению в его конструкции поворотного электродвигателя с вращающимся воздушными винтами в параллельной и перпендикулярной плоскостях относительно бамбукового каркаса, регулируемых четырех колесных роликов и двух мини-лыж с желаемым техническим результатом, т.е. расширением диапазона функциональной возможности беспилотного летательного аппарата.The presence in the claimed device of a set of the listed existing features allows solving the problem of creating a mobile unmanned aerial vehicle, due to the use in its design of a rotary electric motor with rotating propellers in parallel and perpendicular planes relative to the bamboo frame, adjustable four wheel rollers and two mini-skis with the desired technical result, i.e. expansion of the range of functional capabilities of the unmanned aerial vehicle.

На чертеже схематически представлено предложенное техническое решение.The drawing schematically shows the proposed technical solution.

Беспилотный летательный аппарат содержит каркас 1 с четырьмя колесными роликам, электродвигатель с воздушными винтами 2, видеокамеру 3, питающий элемент 4, устройство сбора и обработки информации 5, полетный контроллер 6, распределитель напряжения 7, первый и шаговый двигатель с регулируемыми мини-лыжами 8 и второй шаговый двигатель с регулируемыми колесными роликами 9.The unmanned aerial vehicle comprises a frame 1 with four wheel rollers, an electric motor with propellers 2, a video camera 3, a power supply element 4, a device for collecting and processing information 5, a flight controller 6, a voltage distributor 7, a first and stepper motor with adjustable mini-skis 8 and a second stepper motor with adjustable wheel rollers 9.

Все содержащие элементы беспилотного аппарата расположены на его бамбуковом каркасе.All the components of the unmanned vehicle are located on its bamboo frame.

Беспилотный летательный аппарат работает следующим образом. Перед запуском аппарата вверх, поворотный электродвигатель с воздушными винтами 2 должен располагаться на каркасе 1 с четырьмя колесными роликами вертикально относительно каркаса так, чтобы его воздушные винты вращались в параллельной плоскости относительно поверхности каркаса. После этого от питающего элемента 4 питание через распределитель напряжения 7, устройство сбора и обработки информации 5 и полетный контроллер 6 (первый выход контроллера), подают на электродвигатель с воздушными бамбуковыми пропеллерами. В силу этого вращение винтов приводит к вытеснению воздуха в вертикальной плоскости воздуха с созданием тяги, толкающей летательный аппарат вверх (ротор толкает воздух вниз, воздух толкает ротор вверх). При этом сила, направленная вверх, должна быть больше веса и вертикальной силы тяжести. В результате беспилотный аппарат поднимается вверх на определенную высоту от земли и можно произвести разные манипулирования в зависимости от характера поставленной задачи, например, доставка груза по воздуху до заранее известной местности или проведение мониторинга окружающей среды с высоты. По окончании работы в воздухе, аппарат сажают на землю благодаря сигналу, полученному от пульта управления устройством сбора и обработки информации, снабженным приемником. Пульт управления на фигуре не показан. Для спуска вниз требуется выполнения полной противоположности подъему. Уменьшается тяга, чтобы сила была направлена вниз.The unmanned aerial vehicle operates as follows. Before the vehicle is launched upward, the rotary electric motor with propellers 2 must be positioned on the frame 1 with four wheel rollers vertically relative to the frame so that its propellers rotate in a parallel plane relative to the surface of the frame. After this, power is supplied from the power supply element 4 through the voltage distributor 7, the data collection and processing device 5 and the flight controller 6 (the first controller output) to the electric motor with air bamboo propellers. Due to this, the rotation of the propellers leads to the displacement of air in the vertical plane of air with the creation of thrust pushing the aircraft upward (the rotor pushes the air down, the air pushes the rotor up). In this case, the force directed upward must be greater than the weight and vertical gravity. As a result, the unmanned vehicle rises upward to a certain height from the ground and various manipulations can be performed depending on the nature of the task, for example, delivering cargo by air to a previously known location or monitoring the environment from a height. After finishing work in the air, the device is landed on the ground thanks to a signal received from the control panel of the data collection and processing device, equipped with a receiver. The control panel is not shown in the figure. To descend downwards, the exact opposite of the ascent is required. The thrust is reduced so that the force is directed downwards.

По принципу работы предлагаемый мобильный беспилотный аппарат, помимо полета в воздухе, может передвигаться по земле, воде и снегу.According to the operating principle, the proposed mobile unmanned vehicle, in addition to flying in the air, can move on land, water and snow.

Для передвижения аппарата по земле, воде и снегу, положение поворотного электродвигателя с воздушными винтами меняют так, чтобы электродвигатель располагался на каркасе горизонтально, т.е. положение двигателя, при котором, его пропеллеры должны вращаться в перпендикулярной плоскости относительно каркаса. При этом движение аппарата по земле производится с помощью четырех регулируемых колесных роликов, закрепленных в разных симметричных точках бамбукового каркаса с нижней его стороны. Предварительно регулируемые мини-лыжи, расположенные также на нижней стороне каркаса по его центру, благодаря сигналу первого шагового двигателя 8, прошедшему через устройство сбора и обработки информации, обработанному в полетном контроллере и снимаемому со второго выхода пролетного контроллера, поднимаются вверх так, чтобы они не препятствовали колесам вращаться по земле. В других случаях, в частности при передвижении аппарата по снегу и воде, мини-лыжи опускают вниз так, чтобы колесные ролики не создавали помеху лыжам, скользящим по поверхности снега и воды. При передвижении аппарата по земле, воде и снегу, горизонтальная тяга, способствующая передвижению аппарата в горизонтальной плоскости, создается за счет вытеснения воздуха в его горизонтальной плоскости, т.е. ротор толкает воздух назад, воздух толкает ротор вперед. При этом горизонтальная толкающая сила должна быть больше силы трения колес с землей, лыж с поверхностью воды и снега, а также силы лобового сопротивления движению встречного потока воздуха.In order to move the apparatus on the ground, water and snow, the position of the rotary electric motor with propellers is changed so that the electric motor is located horizontally on the frame, i.e. the position of the motor, in which its propellers should rotate in a plane perpendicular to the frame. In this case, the movement of the apparatus on the ground is performed with the help of four adjustable wheel rollers, fixed in different symmetrical points of the bamboo frame on its lower side. Preliminary adjustable mini-skis, also located on the lower side of the frame in its center, thanks to the signal of the first stepper motor 8, passed through the device for collecting and processing information, processed in the flight controller and removed from the second output of the flight controller, are raised up so that they do not prevent the wheels from rotating on the ground. In other cases, in particular when moving the apparatus on snow and water, the mini-skis are lowered down so that the wheel rollers do not create an obstacle for the skis sliding on the surface of the snow and water. When the device moves on the ground, water and snow, the horizontal thrust that facilitates the movement of the device in the horizontal plane is created by displacing air in its horizontal plane, i.e. the rotor pushes the air back, the air pushes the rotor forward. In this case, the horizontal pushing force must be greater than the friction force of the wheels with the ground, the skis with the surface of the water and snow, as well as the force of frontal resistance to the movement of the oncoming air flow.

Видеокамера 3, расположенная на каркасе летательного аппарата и выполненная в виде видеопередатчика, передает сигнал на землю в виде радиоволны. Передаваемый сигнал видеокамеры улавливается пультом управления, выполненным в виде приемника - пульта управления, находящегося на земле. В процессе передвижения летательного аппарата происходит непрерывная двусторонняя передача данных между аппаратом и оператором на земле в реальном времени.Video camera 3, located on the frame of the aircraft and made in the form of a video transmitter, transmits a signal to the ground in the form of a radio wave. The transmitted signal of the video camera is captured by the control panel, made in the form of a receiver - a control panel located on the ground. During the movement of the aircraft, continuous two-way data transmission between the device and the operator on the ground occurs in real time.

Согласно работе предлагаемого мобильного летательного аппарата все манипуляции, связанные с взлетом аппарата в воздух, передвижением по воздуху и поворотом в воздухе, спуском аппарата на землю, передвижением по земле, воде и снегу и другими комбинациями, выполняются с помощью пульта управления и видеокамеры, транслирующей видеоизображения в реальном времени. Благодаря пульту управления под его воздействием на устройство сбора и обработки информации и полетный контроллер, можно произвести изменения скорости вращения воздушных винтов и направления движения по курсу.According to the operation of the proposed mobile aircraft, all manipulations related to the takeoff of the apparatus into the air, movement through the air and turning in the air, descent of the apparatus to the ground, movement on the ground, water and snow and other combinations are performed using the control panel and a video camera broadcasting video images in real time. Thanks to the control panel, under its influence on the device for collecting and processing information and the flight controller, it is possible to change the rotation speed of the propellers and the direction of movement along the course.

В предлагаемом техническом решении благодаря наличию первого и второго шаговых двигателей, предусмотрена, дополнительно, возможность поворота летательного аппарата при его передвижении по земле, воде и снегу. Для этого, например, при передвижении по земле, сигнал от пульта управления, улавливаемый устройством сбора и обработки информации, и поступающий на полетный контроллер, после обработки в последнем (третий выход контроллера), воздействует на второй шаговый двигатель 9, чтобы регулируемые ролики изменили положения в зависимости от направления поворотного движения аппарата. В случае передвижения (скольжение) аппарата по снегу и воде, обработанный в полетном контроллере соответствующий сигнал (второй выход контроллера) воздействует на первый шаговый двигатель, чтобы мини-лыжи изменили положение в зависимости от направления поворота летающего аппарата. При этом колесные ролики и мини-лыжи при поворотах летательного аппарата не должны создавать препятствия друг другу.In the proposed technical solution, due to the presence of the first and second stepper motors, the possibility of turning the aircraft during its movement on the ground, water and snow is additionally provided. For this purpose, for example, during movement on the ground, the signal from the control panel, captured by the data collection and processing device and received by the flight controller, after processing in the latter (the third controller output), acts on the second stepper motor 9 so that the adjustable rollers change positions depending on the direction of the rotary movement of the aircraft. In the case of movement (sliding) of the aircraft on snow and water, the corresponding signal processed in the flight controller (the second controller output) acts on the first stepper motor so that the mini-skis change position depending on the direction of rotation of the aircraft. In this case, the wheel rollers and mini-skis should not create obstacles to each other during turns of the aircraft.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на базе поворотного электродвигателя с вращающимися воздушными винтами в параллельной и перпендикулярной плоскостях относительно бамбукового каркаса, регулируемых четырех колесных роликов и двух мини-лыж, можно обеспечить расширение диапазона функциональной возможности беспилотного летательного аппарата.Thus, in the proposed technical solution based on a rotary electric motor with rotating propellers in parallel and perpendicular planes relative to the bamboo frame, adjustable four wheel rollers and two mini-skis, it is possible to expand the range of functional capabilities of the unmanned aerial vehicle.

Предлагаемый беспилотный летательный аппарат благодаря выполнению его каркаса, мини-лыж и пропеллеров из бамбука (относительно малый вес), а также широким диапазоном функциональной возможности, может найти широкое применение для решения многих народнохозяйственных задач, например, в логистике.The proposed unmanned aerial vehicle, due to the fact that its frame, mini-skis and propellers are made of bamboo (relatively light weight), as well as a wide range of functional capabilities, can find wide application for solving many national economic problems, for example, in logistics.

Claims

1. An unmanned aerial vehicle comprising a frame, an electric motor with propellers, a video camera, a power supply element and a device for collecting and processing information, characterized in that a flight controller, a voltage distributor, a first stepper motor with two adjustable mini-skis are introduced into it, wherein the frame is equipped with four wheel rollers adjustable by a second stepper motor, the mini-skis and propellers are made of bamboo, the output of the power supply element is connected to the input of the voltage distributor, the first, second and third outputs of the voltage distributor are respectively connected to the video camera, the flight controller for power supply and the device for collecting and processing information on power supply, the output of the latter is connected to the input of the flight controller, the first, second and third outputs of the flight controller are respectively connected to the electric motor with propellers, the first stepper motor with two adjustable mini-skis and the third stepper motor with four adjustable wheel rollers.

2. An aircraft according to paragraph 1, characterized in that the electric motor is made rotatable with the possibility of rotating the propellers in parallel and perpendicular planes relative to the bamboo frame.