Соосный подузел трансмиссия/центральная втулка узла несущих винтов беспилотного воздушного летательного аппарата

Соосный подузел трансмиссия/центральная втулка узла несущих винтов беспилотного воздушного летательного аппарата

Реферат

 

Изобретение относится к соосному подузлу трансмиссия/центральная втулка узла несущих винтов беспилотного воздушного летательного аппарата. Сущность изобретения: соосный подузел содержит опорную конструкцию центральной втулки, установленную между соосными несущими винтами, верхний и нижний подузлы колец автомата перекоса несущих винтов, одноступенчатую трансмиссию, размещенную в многоэлементном корпусе, энергетическую подсистему. Согласно изобретению многоэлементный корпус трансмиссии содержит верхний и нижний вертикальные корпусы, размещенные вдоль оси фюзеляжа и соединенные с опорной конструкцией центральной втулки таким образом, что наружные поверхности верхнего и нижнего вертикальных корпусов выполняют функцию поверхности скольжения для верхнего и нижнего колец автомата перекоса, при этом в вертикальных корпусах трансмиссии установлены соответственно верхнее и нижнее коническое зубчатые колеса, каждое из которых выполнено за одно целое с валом соответствующего несущего винта, а опорная конструкция центральной втулки содержит входное зубчатое колесо, установленное с возможностью взаимодействия с верхним и нижним коническими зубчатыми колесами. 5 з.п.ф-лы, 32 ил.

Изобретение относится к подузлу трансмиссия/центральная втулка узла несущих винтов с противоположным направлением вращения для беспилотного воздушного летательного аппарата, содержащему одноступенчатую трансмиссию, корпус трансмиссии и опорную конструкцию центральной втулки.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) используют для выполнения множества различных задач, в том числе для наблюдения, разведки, захвата цели, целеуказания, сбора данных, передачи данных в системах связи, в качестве ложных целей, для постановки помех и т.д. При этом главным образом используются БПЛА, имеющие типовую самолетную конфигурацию, т.е. фюзеляж, крылья с горизонтально установленными двигателями для горизонтального полета и хвостовое оперение, в противоположность БПЛА вертолетного типа, что объясняется целым рядом причин.

Во-первых, конструкция, изготовление и функционирование крылатых БПЛА являются экстраполяцией авиационной технологии пилотируемых аппаратов и, следовательно, могут выполняться относительно просто и экономично. В частности, аэродинамические характеристики таких БПЛА хорошо документированы, так что пилотаж таких летательных аппаратов, будь то с помощью дистанционных команд, передаваемых по каналу передачи данных на БПЛА, и/или программного обеспечения бортового компьютера, осуществляется относительно просто.

Во-вторых, радиус действия и скорость таких БПЛА обычно больше, чем у БПЛА вертолетного типа, а их более высокая грузоподъемность позволяют крылатым БПЛА нести большую целевую нагрузку и/или больший запас топлива, благодаря чему увеличивается боевая эффективность БПЛА. Эти качества делают крылатые БПЛА более пригодными, чем БПЛА вертолетного типа, для решения задач определенного характера, для которых критичными являются рабочий ресурс, дальность действия и грузоподъемность.

Однако крылатые БПЛА имеют существенный недостаток, который ограничивает их применение. Так для оптимального выполнения многих типовых задач, упомянутых выше, желательно, чтобы БПЛА имели возможность сохранять пространственную систему отсчета координат неподвижной относительно статических точек на земле в течение продолжительного периода времени, например, при захвате цели. Известно, что летные качества крылатых БПЛА не позволяют им сохранять пространственную систему отсчета координат неподвижной относительно статических точек на земле, т.е. зависать. Следовательно, аппаратура для выполнения задач на крылатых БПЛА должна включать в свой состав сложные, чувствительные и дорогостоящие средства компенсации движения, чтобы требуемым образом выполнять такие задачи, т.е. сохранять постоянный угол наблюдения для статических точек на земле.

В противоположность этому, БПЛА вертолетного типа аэродинамически подходят для решения задач, требующих зависания. Несущими винтами главного узла несущих винтов таких БПЛА можно управлять для обеспечения зависания БПЛА в неподвижной пространственной системе отсчета координат относительно статических точек на земле.

Из заявки PCT WO 84/00339 известен подузел трансмиссии/центральной втулки узла несущих винтов БПЛА, содержащий опорную конструкцию центральной втулки, установленную между соосными несущими винтами, выполненными с возможностью вращения в противоположные стороны, верхний и нижний подузлы колец автомата перекоса несущих винтов, одноступенчатую трансмиссию, размещенную в многоэлементном корпусе, и энергетическую подсистему.

Анализ предшествующего уровня техники показывает, что существует потребность в БПЛА вертолетного типа, обеспечивающего решение широкого спектра рекогносцировочных и/или связных задач, особенно тактических рекогносцировочных задач. При этом конструкция такого БПЛА должна быть оптимизирована для получения требуемых эксплуатационных характеристик.

Задачей настоящего изобретения является создание соосного подузла трансмиссия/центральная втулка вышеуказанного типа, конструктивное и функциональное взаимодействие элементов которого обеспечивает вращение валов несущих винтов в противоположные стороны и при этом позволяет повысить эффективность передачи мощности от двигателя к несущим винтам.

Кроме того, задачей изобретения является оптимизация конструкции корпуса трансмиссии, внешние поверхности которого служат поверхностями скольжения для подузлов колец автомата перекоса несущих винтов для минимизации разноса между несущими винтами, а также такое выполнение опорной конструкции центральной втулки, которая позволяет сочетать динамические нагрузки вращающихся в противоположные стороны несущих винтов с тепловыми нагрузками на корпус БПЛА и устранять изгибающие моменты вращающихся в противоположные стороны несущих винтов.

А также задачей изобретения является создание такой конструкции корпуса трансмиссии, которая позволяет реализовать функцию подсистемы смазки разбрызгиванием.

Указанный технический результат достигается тем, что в соосном подузле трансмиссия/центральная втулка узла несущих винтов БПЛА, содержащем опорную конструкцию центральной втулки, установленную между соосными несущими винтами, выполненными с возможностью вращения в противоположные Друг относительно друга стороны, верхний и нижний подузлы колец автомата перекоса несущих винтов, одноступенчатую трансмиссию, размещенную в многоэлементном корпусе, энергетическую подсистему, в соответствии с изобретением, многоэлементный корпус трансмиссии содержит верхний и нижний вертикальные корпусы, размещенные вдоль оси фюзеляжа напротив друг друга и соединенные с опорной конструкцией центральной втулки таким образом, что наружные поверхности верхнего и нижнего вертикальных корпусов выполняют функцию поверхности скольжения для верхнего и нижнего колец автомата перекоса, при этом в вертикальных корпусах трансмиссии установлены, соответственно, верхнее и нижнее конические зубчатые колеса, каждое из которых выполнено за одно целое с валом соответствующего несущего винта, а опорная конструкция центральной втулки содержит входное зубчатое колесо, установленное с возможностью взаимодействия с верхним и нижним коническими зубчатыми колесами и связанное с энергетической подсистемой для передачи вращающего момента на несущие винты.

Опорная конструкция центральной втулки в одном из вариантов осуществления включает средний корпус с установленным в нем входным зубчатым колесом, при этом опорная конструкция центральной втулки выполнена в форме цилиндра, снабженного множеством наружных радиальных консолей, выполненных с ним за одно целое и соединенных радиальными распорками тороидального фюзеляжа, установленными на нем в направлении от стенки к центру для крепления соосного подузла трансмиссия/центральная втулка, а средний корпус опорной конструкции размещен в ее цилиндрическом корпусе таким образом, что наружная поверхность среднего корпуса примыкает к внутренней поверхности цилиндрического корпуса опорной конструкции, при этом средний корпус составляет часть многоэлементного корпуса трансмиссии.

Опорная конструкция центральной втулки в другом варианте осуществления включает средний корпус с установленным в нем входным зубчатым колесом, при этом опорная конструкция центральной втулки выполнена в форме цилиндра, снабженного множеством наружных радиальных консолей, выполненных с ним за одно целое и соединенных с радиальными распорками тороидального фюзеляжа, установленными на нем в направлении от стенки к центру для крепления соосного подузла трансмиссия/центральная втулка, а средний корпус опорной конструкции выполнен за одно целое с ее цилиндрической частью, при этом средний корпус составляет часть многоэлементного корпуса трансмиссии.

При этом соосный подузел трансмиссия/центральная втулка предпочтительно содержит подсистему смазки разбрызгиванием, которая в одном из вариантов осуществления включает средний корпус опорной конструкции центральной втулки с камерой смазки входного зубчатого колеса, камеры верхнего и нижнего вертикальных корпусов трансмиссии, образующие центральный масляный резервуар, сообщенный проточными каналами с камерой смазки зубчатого колеса с возможностью циркуляции масла путем его разбрызгивания при вращении верхнего и нижнего конических колес трансмиссии.

В другом варианте осуществления подсистема смазки разбрызгиванием включает средний корпус, выполненный за одно целое с опорной конструкцией центральной втулки и содержащий камеру смазки входного зубчатого колеса, камеры верхнего и нижнего вертикальных корпусов трансмиссии, образующие центральный масляный резервуар, сообщенный проточными каналами с камерой смазки зубчатого колеса с возможностью циркуляции масла путем его разбрызгивания при вращении верхнего и нижнего конических колес трансмиссии.

На фиг.1 показан пространственный вид, с вырывом, варианта осуществления БПЛА соответственно изобретению; на фиг.2 - вид в поперечном сечении, иллюстрирующий предпочтительный аэродинамический профиль тороидального фюзеляжа БПЛА по фиг.1; на фиг.3 - вид в поперечном сечении, иллюстрирующий приводной кинематический узел для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.4 - увеличенный вид в поперечном сечении части приводного кинематического узла по фиг. 3; на фиг.5 - частичный вид в плане, иллюстрирующий вариант осуществления узла несущих винтов для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.6 - вид в плане сверху варианта осуществления подузла кольца автомата перекоса для узла несущих винтов по фиг.5; на фиг.7 - вид сбоку подузла кольца автомата перекоса по фиг.6; на фиг.8 - вид в поперечном сечении предпочтительного варианта осуществления соосного подузла трансмиссии/центральной втулки для узла несущих винтов по фиг.5; на фиг.9 - вид в плане сверху опорной конструкции центральной втулки соосного подузла трансмиссии/центральной втулки по фиг. 8; на фиг.10 - конфигурация известного шлицевого/конусного опорного подузла для узла несущих винтов; на фиг.11 - конфигурация объединенного шлицевого/конусного опорного подузла узла несущих винтов для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.12 - вид сверху в плане втулки несущих винтов объединенного шлицевого/конусного опорного подузла по фиг.11; на фиг. 13 - вид в поперечном сечении втулки несущих винтов по фиг.12; на фиг.14 - вид в плане сверху узла верхнего несущего винта для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.15 - боковой вид с вырывами узла несущего винта по фиг. 14; на фиг.16 - частичный увеличенный вид фиг.15, иллюстрирующий демпфирующий узел для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг. 17 - разрез А - А на фиг. 16; - на фиг.18 - график рабочей кривой для БПЛА, соответствующего изобретению, в условиях резонанса узла несущих винтов; на фиг.19 - вид в поперечном сечении лонжеронного сегмента единого конструктивного узла торсионной трубы и лонжерона лопастного подузла для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг. 20 - вид в поперечном сечении сегмента торсионной трубы единого конструктивного узла торсионной трубы и лонжерона лопастного подузла для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.21 - график, определяющий предварительную закрутку гибкой балки лопасти несущего винта для БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.22 - частичный вид в плане оптимального расположения сочленения лопасти узла несущего винта БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.23 - график, показывающий смещение оптимальной позиции сочленения лопасти относительно внешнего центра тяжести лопастного подузла; на фиг. 24 - схема известной установки опоры тяги управления шагом для обычного узла несущих винтов; на фиг.25 - схема установки опоры тяги управления шагом для узла несущих винтов, согласно изобретению; на фиг.26 - вид в плане сверху варианта осуществления тороидального фюзеляжа БПЛА по фиг.1; на фиг. 27 - вид профиля С-образной кольцевой конструкции тороидального фюзеляжа БПЛА, соответствующего изобретению; на фиг.28 - сечение по линии Б-Б на фиг. 26; на фиг.29 - сечение по линии В-В на фиг.26; на фиг.30 - сечение по линии Г-Г на фиг.26; на фиг.31 - фюзеляж, поперечное сечение; на фиг.32 - разрез Д-Д на фиг.26.

Фиг. 1 и 2 иллюстрируют вариант осуществления БПЛА 10, соответствующего изобретению. БПЛА 10 содержит тороидальный фюзеляж 20, имеющий аэродинамический профиль 22, полетное и специальное оборудование 30, энергетическую подсистему 50 и узел 100 несущих винтов. Аэродинамический профиль 22 тороидального фюзеляжа 20 описываемого варианта осуществления может быть оптимизирован для минимизации моментов кабрирующего изменения шага во время горизонтального полета. Один из вариантов аэродинамического профиля 22 для БПЛА 10 описан в патенте США N 5150857. Другой вариант осуществления БПЛА 10, содержащего тороидальный фюзеляж, имеющий полуцилиндрический аэродинамический профиль, описан в патенте США N 5152478. Этот вариант использует циклический шаг для компенсации создаваемых фюзеляжем моментов кабрирующего изменения шага, испытываемых во время горизонтального полета.

В рассматриваемом варианте осуществления БПЛА 10 диаметр тороидального фюзеляжа 20 составляет около 1,98 м, высота оболочки тороидального фюзеляжа 20 - около 0,48 м, масса незагруженного БПЛА - около 79,3 кг, общая масса - около 113,4 кг. Тороидальный фюзеляж 20 имеет множество опорных распорок 24, которые жестко прикреплены к узлу 100 несущих винтов в фиксированном соосном положении с тороидальным фюзеляжем 20, т.е. ось вращения узла 100 несущих винтов совпадает с осью 12 фюзеляжа. Опорные распорки 24 выполнены полыми для минимизации общей массы БПЛА и обеспечения трубопроводов для взаимного соединения рабочих элементов БПЛА 10. Например, приводной вал двигателя проходит через одну из опорных распорок 24, как показано на фиг.2. Электропроводка для электронной управляющей серво-подсистемы проходит через другую опорную распорку 24.

Тороидальный фюзеляж 20 и множество опорных распорок 24 предпочтительно изготовлены из композиционного материала для обеспечения высокой прочности конструкции при минимальном весе. Тороидальный фюзеляж 20 является частично полой структурой и образует множество внутренних отсеков 26.

Расположенные впереди внутренние отсеки 26 обычно используются для размещения различного полетного и специального оборудования 30. Специальное оборудование 32 для выполнения задач предпочтительно размещают во внутреннем отсеке 26 в положении с азимутом 180^o. Обычно специальное оборудование 32 полезной нагрузки состоит из пассивных датчиков, например инфракрасных обнаружителей, телевизионных камер и т.п., и/или активных устройств, например лазеров, аппаратуры радиосвязи, радара и т.п., и соответствующей аппаратуры обработки. Передний внутренний отсек 26 обеспечивает требуемое поле обзора для специального оборудования 32 полезной нагрузки. Другое оборудование, включая авиационные электронные системы 34, навигационную аппаратуру 36, бортовой компьютер 38, аппаратуру связи 40 (для ретрансляции данных реального времени от датчиков и приема входных командных сигналов реального времени), антенна и т.д. распределены по разным отсекам 26, как показано на фиг.1.

Размещение полетного и специального оборудования 30 оптимизируют во взаимосвязи с размещением энергетической подсистемы 50, как описано ниже.

Согласно фиг.26 узел 100 несущих винтов включает в себя два тяговых несущих винта 200, 202 с противоположным вращением, соосно установленные в проточном канале 402, образуемом тороидальным фюзеляжем 20, и предназначенные для создания прямого нисходящего воздушного потока через проточный канал 402. Каждый несущий винт 200, 202 включает в себя четыре лопастных подузла 250, верхние концевые части 284 которых расположены с малым зазором относительно стенок 402 проточного канала. Концевые части 284 при вращении несущих винтов задают плоскость 404 траекторий верхних концов. Малый зазор между верхними концевыми частями 284 и стенками 402 проточного канала минимизирует или устраняет завихрения от концов лопастей несущих винтов, что улучшает тяговую эффективность БПЛА 10.

Как показано на фиг.26 узел 100 несущих винтов поддерживается множеством распорок 24, которые крепятся к внутреннему краю или стенке 402 проточного канала тороидального фюзеляжа 20. Продольная ось 24А каждой распорки ориентирована радиально относительно оси 12 вращения несущего винта, причем продольные оси 24А образуют между собой сектора 120^o. На фиг.26 также иллюстрируются три пары шпангоутных переборок 410, которые расположены по кругу на равном расстоянии друг от друга и размещены внутри тороидального фюзеляжа 20.

Каждая пара шпангоутных переборок 410 ограничивает между собой первую область 418, которая пересекается продольной осью 24А соответствующей распорки 24. Вторая область 420 ограничена смежными парами шпангоутных переборок 410. Первая область 418 задает сектор тороидального фюзеляжа предпочтительно не более примерно 45^o, и более предпочтительно, менее 30^o. Такой промежуток для каждой пары шпангоутных переборок 410 создает, по существу, жесткую конструктивную коробчатую секцию для противодействия подъемным нагрузкам от узла 100 несущих винтов, передаваемым на тороидальный фюзеляж 20 через соответствующие распорки 24. Поскольку жесткость первой области 418 зависит от размеров сектора, предпочтительнее относительно малый размер сектора по сравнению со второй областью 420. Для описываемого варианта осуществления тороидального фюзеляжа 20, имеющего три пары шпангоутных переборок 410, каждая вторая область 420 предпочтительно должна образовывать сектор больше примерно 75^o. Очевидно, что чем больше число шпангоутных пар, тем меньше размеры сектора, заключенного в каждой второй области 420.

Инфраструктура тороидального фюзеляжа 20 иллюстрируется на фиг.27-31 и содержит кольцевую конструкцию 430, имеющую в поперечном сечении С-образную конфигурацию. Первый и второй концы С- образной конструкции 430 обозначены на фиг.27, 28 позициями 432, 434 соответственно. С-образная кольцевая конструкция 430 образует стенку 402 проточного канала тороидального фюзеляжа 20 и ограничивает внутреннюю полость 436. Кольцевая конструкция 430, в сочетании с парами шпангоутных переборок 410, обеспечивает основные конструктивные элементы тороидального фюзеляжа 20. Внутренняя полость 436 тороидального фюзеляжа 20, ограниченная парами шпангоутных переборок 410, ограничивает внутренние отсеки 26.

Стенка 402 проточного канала, образуемого С-образной конструкцией 430. предпочтительно включает в себя верхний и нижний краевые элементы жесткости 438, 440, выполненные за одно целое со стенкой и расположенные во внутренней полости 436. Элементы жесткости 438, 440 обеспечивают жесткость непрерывного пути нагружения по окружности стенки 402 проточного канала, тем самым обеспечивая дополнительную прочность на изгиб для тороидального фюзеляжа 20.

Множество расположенных на равном расстоянии друг от друга элементов жесткости 442, обращенных к внутренней полости 436, сформированы за одно целое в стенке 402 проточного канала. Вертикальные элементы жесткости 442 сформированы лишь во вторых областях 420 тороидального фюзеляжа 20. Смежные вертикальные элементы жесткости 442 предпочтительно разделены углом примерно 15^o с осью фюзеляжа.

Стенка 402 проточного канала дополнительно включает в себя выполненные за одно целое с ней элементы жесткости 444, обращенные лицевой стороной к внутренней полости 436. Элементы жесткости 444 проточного канала сформированы лишь в первых областях 418 тороидального фюзеляжа 20 между верхним и нижним краевыми элементами жесткости 438, 440. Каждый элемент жесткости 444 предпочтительно проходит между парой шпангоутных переборок 410 и служит для них в качестве монтажной поверхности. Элементы жесткости 444, в сочетании с соответствующей парой шпангоутных переборок 410, создают, по существу, жесткую коробчатую конструкцию для противодействия тяговым нагрузкам несущих винтов, передаваемым на тороидальный фюзеляж 20 через распорки 24, как описано ниже.

Горизонтальная опорная плита 414 прикреплена к соответствующим боковым стенкам 412 соответствующих шпангоутных переборок 410 для увеличения жесткости коробчатых конструкций (фиг. 26). Кроме того, горизонтальные опорные плиты 414 обеспечивают конструктивный путь нагружения для передачи веса подузлов БПЛА 10 и оборудования 30 на коробчатую конструкцию, определяемую элементами жесткости 444 проточного канала в сочетании со шпангоутными переборками 410.

Вертикально ориентированные монтажные плиты 446 могут использоваться для крепления дополнительных подузлов БПЛА, например оборудования 30, энергетической подсистемы 50 и т.п., во внутренней полости 436 в одной или более вторых областей 420. Каждая монтажная плита 446 предпочтительно крепится по меньшей мере к двум смежным вертикальным элементам жесткости 442, благодаря чему обеспечивается соответствующее противодействие весу прикрепленного узла. Необходимо иметь в виду, что любой из подузлов БПЛА может быть прикреплен непосредственно к вертикальным элементам жесткости 442.

На фиг. 28 показан разрез по линии Б-Б на фиг.26 тороидального фюзеляжа 20, который отображает три конструктивных сегмента тороидального фюзеляжа 20: стенку 402 проточного канала, нижний сегмент 450 и замыкающий сегмент 452, связывающий между собой сегмент 450 со стенкой 402 проточного канала. Стенка 402 проточного канала содержит, по существу, цилиндрический главный сегмент 454, продольная ось которого соосна оси 12 фюзеляжа, и верхний краевой сегмент 456, который идет от верхнего края 458 цилиндрического главного сегмента 454. Сегмент 450 проходит радиально наружу от нижнего края 460 цилиндрического главного сегмента 454 стенки 402 проточного канала. Стенка 402 проточного канала и нижний сегмент 450 образуют С-образную кольцевую конструкцию 430 тороидального фюзеляжа 20.

Замыкающий сегмент 452 тороидального фюзеляжа 20 ограничен двумя точками касания T1 и T2, где горизонтальные и вертикальные линии XX и YY пересекают самые верхние и радиально самые внешние сегменты тороидального фюзеляжа 20 соответственно. Верхний сегмент 462 замыкающего сегмента 452 предпочтительно выполняется за одно целое и с плавным переходом от верхнего краевого сегмента 456 стенки проточного канала 402. С- образная конструкция 430 включает в себя верхний сегмент 462 замыкающего сегмента 452, который обеспечивает дополнительную жесткость на изгиб и позиционирует первый конец 432 С-образной конструкции 430 вне профиля всасывания, который создается на тороидальном фюзеляже 20 при функционировании БПЛА 10. Конструктивная жесткость кольцевой С-образной конструкции 430 может быть дополнительно усилена путем расширения нижнего сегмента 450.

Замыкающий сегмент 452 включает в себя съемные панели 464, которые обеспечивают доступ к внутренней полости 436 тороидального фюзеляжа 20. Каждая панель 464 имеет достаточные размеры, обеспечивающие простоту установки и снятия полетного и специального оборудования 30 и энергетической подсистемы 50 внутри различных внутренних отсеков 26.

В предпочтительном варианте осуществления С-образной конструкции 430 цилиндрический главный сегмент 454 стенки 402 проточного канала изготовлен из сплошного пакета из шести слоев графито-эпоксидного материала, имеющих общую толщину 470 (фиг.28) около 0,077 см. Цилиндрический главный сегмент 454 включает в себя верхний и нижний краевые элементы жесткости 438, 440, расположенные во внутренней полости 436, которая образует соответствующие карманы 472, 474 на внутренней поверхности 476 цилиндрического главного сегмента 454. Каждый карман 472, 474 имеет среднюю ширину 478 около 3,85 см и среднюю глубину 480 около 1,28 см. Сужение карманов 472, 474 по глубине 480 предусмотрено для упрощения изготовления.

Верхняя и нижняя контактные фрикционные полосы 482, 484 расположены внутри соответствующих карманов 472, 474 и выполнены из обычного пеноматериала. Каждая из полос 482, 484 имеет толщину и форму, обеспечивающие заполнение соответствующих карманов 472, 474. Соответствующие внутренние поверхности 486, 488, определяемые фрикционными контактными полосами 482, 484, расположены, по существу, заподлицо с внутренней поверхностью 476 цилиндрического главного сегмента 454. Контактные фрикционные полосы 482, 484 функционируют в качестве жертвенных элементов для защиты стенки 402 проточного канала от контакта с концами 284 лопастных подузлов 250 несущих винтов.

Контактные фрикционные полосы 482, 484 расположены в плоскости 404 перемещения концевых частей 284 при вращении несущих винтов 200, 202 в противоположные стороны. В предпочтительном варианте узел 100 несущих винтов включает в себя два несущих винта 200, 202 с противоположным вращением, которые определяют верхнюю и нижнюю плоскости 404 перемещения концевых частей, разделенные расстоянием 490 (фиг. 28) по вертикали, равным приблизительно 28,2 см. Концы 284 лопастей предпочтительно размещены в непосредственной близости относительно внутренней поверхности 476 цилиндрического главного сегмента 454, чтобы минимизировать или устранить турбулентности у концов лопастей и улучшить тем самым тяговую эффективность.

Верхний краевой сегмент 456 предпочтительно изготовлен из шести слоев графито-эпоксидного материала с общей толщиной 492 (фиг.28) приблизительно 0,077 см, что обеспечивает достаточную прочность при противодействии нагрузкам, обусловленным всасыванием, испытываемым верхним краевым сегментом 456 при функционировании БПЛА. Нижний сегмент 450 предпочтительно изготовлен из шести слоев графито-эпоксидного материала с общей толщиной 494 (фиг.28), равной приблизительно 0,077 см.

В предпочтительном варианте осуществления замыкающий сегмент 452 изготовлен из графито-эпоксидного материала, причем его верхний сегмент изготовлен из шести слоев, толщина 496 (фиг.28) которых приблизительно равна 0,077 см. Съемные панели 464 изготовлены из трех слоев, толщина 498 (фиг.28) которых приблизительно равна 0,038 см. Крепление съемных панелей 464 замыкающего сегмента 452 к первому и второму краям 432 и 434 С- образной кольцевой конструкции 430 может быть выполнено любым известным способом.

Первый и второй концы 432, 434 С-образной кольцевой конструкции 430 имеют обратные фланцы 500, 502 для повышения прочности на продольный изгиб и выпучивание первого и второго концов 432, 434, обеспечивающие также передачу нагрузок, приложенных к ним, от съемных панелей 464 замыкающего сегмента 452. Обратные фланцы 500, 502 включают в себя дополнительный слой, наращенный так, чтобы общая толщина 504 (фиг.28) составила приблизительно 0,12 см.

На фиг.29 представлен разрез по линии В-В на фиг.26 который иллюстрирует тороидальный фюзеляж 20 в месте расположения вертикального элемента жесткости 442 во второй области 420. Вертикальный элемент жесткости 442 проходит между верхним и нижним краевыми элементами жесткости 438, 440 и выполнен за одно целое со стенкой 402 проточного канала, обращенной к внутренней полости 436. Вертикальные элементы жесткости 442 служат для увеличения жесткости всего тороидального фюзеляжа 20. Кроме того, вертикальные элементы жесткости 443 укрепляют стенку 402 проточного канала для предотвращения деформации под воздействием усилий всасывания, создаваемых потоком масс воздуха, перемещаемых вниз от несущих винтов. Вертикальный элемент жесткости 442 предпочтительно содержит сердечник 510 из пеноматериала. Сердечник 510 имеет высоту 512 ребра жесткости (фиг.29), достаточную для пересечения с верхним и нижним элементами жесткости 438, 440. Глубина 514 ребра жесткости (фиг.29) вертикального элемента жесткости составляет примерно 1,28 см для обеспечения плавного перехода от верхнего и нижнего элементов жесткости 438, 440 к вертикальному элементу жесткости 442.

На фиг.30 представлен разрез в поперечном сечении стенки 402 проточного канала по линии Г-Г на фиг.26 в месте расположения вертикального элемента жесткости 442. Вертикальный элемент жесткости 442 имеет трапециевидную конфигурацию при ширине нижнего основания 516 примерно 5,13 см и ширине верхнего основания 518 примерно 2,56 см. Вертикальный элемент жесткости 442 выполнен профилированным по глубине для облегчения изготовления. Сердечник 510 вертикального элемента жесткости 442 располагают в пакете слоев, который образует стенку 402 канала для повышения жесткости конструкции при передаче нагрузок. При изготовлении тороидального фюзеляжа 20 сердечник 510 помещают внутри пакета слоев, причем с каждой стороны сердечника 510 имеется три из шести слоев стенки канала.

На фиг. 31 показано поперечное сечение на фиг.26 в месте расположения элемента жесткости 444 канала, расположенного в пределах первой области 418 внутренней полости 436. Элемент жесткости 444 канала расположен между верхним и нижним краевыми элементами жесткости 438, 440 и выполнен за одно целое на цилиндрическом главном сегменте 454 стенки 402 проточного канала. Элемент жесткости 444 канала увеличивает прочность на изгиб всей тороидальной фюзеляжной конструкции 20 и, работая в сочетании с соответствующей парой шпангоутных переборок 410, создает, по существу, жесткую коробчатую конструкцию для крепления соответствующей распорки 24. Жесткое крепление распорки 24 к тороидальному фюзеляжу 20 минимизирует относительное перемещение тягового узла 100 несущих винтов относительно тороидального фюзеляжа 20 и обеспечивает путь для передачи нагрузок от тягового узла 100 несущих винтов.

Элемент жесткости 444 канала предпочтительно изготовлен из сотовой многослойной конструкции, лицевой лист 520 которой содержит три слоя графито-эпоксидного материала толщиной около 0,038 см. Элемент жесткости 444 канала имеет высоту 522, достаточную для пересечения с верхним и нижним краевыми элементами жесткости 438, 440. Ширина 524 элемента жесткости 444 канала составляет предпочтительно около 1,28 см для обеспечения плавного перехода между верхним и нижним краевыми элементами жесткости 438, 440 и элементом жесткости 440 канала. Элемент жесткости 444 канала размещается поверх и прикрепляется к пакету из шести слоев, образующему стенку 402 проточного канала, с лицевым листом 520, обращенным наружу.

Каждая пара шпангоутных переборок 410 крепится к С-образной кольцевой конструкции 430 внутри внутренней полости 438. Пары шпангоутных переборок 410 действуют согласованно с элементом жесткости 444 канала. С-образная кольцевая конструкция 430 образует, по существу, жесткую коробчатую конструкцию для крепления распорки 24. Шпангоутные переборки 410 предпочтительно формируют из девяти слоев графито-эпоксидного материала толщиной около 0,12 см. Форма шпангоутных переборок 410 приблизительно определяет форму тороидального фюзеляжа 20. Шпангоутные переборки 410 включают в себя фланцевые части 530, 532, 534, соответствующие стенке 402 проточного канала, нижний сегмент 450 и замыкающий сегмент 452 соответственно. Фланцевые части 530, 532 предназначены для крепления шпангоутных переборок 410 к С-образной кольцевой конструкции 430 во внутренней полости 435. Фланцевая часть 534 обеспечивает крепление съемной панели 464 к тороидальному фюзеляжу 20. Фланцевые части 530, 532, 534 изготовлены из пакетов графито-эпоксидных слоев и предпочтительно образованы за одно целое со шпангоутными переборками.

На фиг.31 также показана горизонтальная опорная плита 414, которая используется для монтажа самых тяжелых подсистем БПЛА 10 и/или оборудования 30, так что их вес передается на шпангоутные переборки 410. Горизонтальная опорная плита 414 также действует как дополнительный элемент жесткости, увеличивающий жесткость коробчатых структур, образованных шпангоутными переборками 410 и связанными с ними конструктивными элементами. Горизонтальные опорные плиты 414 предпочтительно изготавливают из графито-эпоксидного материала и крепят к боковым стенкам 412 соответствующих шпангоутных переборок 410. Внутри первой области 418 предпочтительно добавлены три дополнительных слоя к стенке 402 проточного канала и нижнему сегменту 450 для увеличения локальной жесткости.

На фиг. 32 увеличенном масштабе представлено крепление съемных панелей 464 замыкающего сегмента 452 к соответствующей шпангоутной переборке 410. Для минимизации веса БПЛА 10, смежные съемные панели 464 образуют соответствующую переходную зону (стык) 540 для их крепления к фланцевой части 534 шпангоутной переборки 410. Стык 540 имеет пилообразную конфигурацию, в которой каждый выступ 542 одной съемной панели 464 сопрягается с впадиной 544 смежной съемной панели 464. Каждый сегмент 542 панели 464 крепится к фланцевой части 543 винтом или иным крепежным средством. Ширина основания 546 выступа 542 составляет примерно 5,13 см, а ширина вершины 548 выступа составляет приблизительно 2,56 см. Впадина 544 должна быть больше по размеру, чем сопрягаемый выступ 542, для обеспечения плотного контакта между ними.

Энергетическая подсистема 50 включает в себя топливные баки 52, двигатель 54 и приводной кинематический узел 60. Топливные баки 52 расположены внутри соответствующих внутренних отсеков 26, предпочтительно противоположно отсекам 26 оборудования, в позициях с азимутом 90 и 270^o чтобы сохранить постоянное положение центра тяжести БПЛА 10 при эволюциях в полете. Двигатель 54 также установлен внутри внутреннего отсека 26. Положение двигателя 54 оптимизировано так, чтобы уравновесить вес оборудования 30 полезной нагрузки, которое предпочтительно расположено в противоположной части тороидального фюзеляжа 20. В рассматриваемом варианте осуществления БПЛА 10 используется роторно-поршневой двигатель фирмы Нортон Моторс, модели NR801Т, модифицированный, как описано ниже, обеспечивающий высокое отношение мощности к весу и хорошую характеристику потребления топлива при неполной мощности. Двигатель NR801T является двигателем с воздушно-жидкостным охлаждением и имеет мощность 45 л.с. при 6000 об/мин. Работа двигателя 54 контролируется и регулируется бортовым компьютером 38.

Стандартный двигатель Нортона включает в себя маховик, который предназначен для сохранения и высвобождения энергии вращения в требуемые моменты, вследствие чего он обеспечивает относительно постоянный выходной крутящий момент. Кроме того, стандартный двигатель Нортона включает в себя отдельный генератор Плесси, который приводится в действие двигателем, для выработки электрической энергии. Генератор Плесси стандартного двигателя Нортона является громоздким устройством, имеющим нестандартные размеры. Вследствие этого стандартный двигатель Нортона не может быть установлен во внутренних отсеках 26 БПЛА 10, ограниченных тороидальным фюзеляжем 20. Кроме того, вес стандартного двигателя Нортона привел бы к значительному увеличению общего веса БПЛА 10 и обусловил бы смещение наружу центра тяжести БПЛА 10, что создало бы проблемы в распределении веса и балансировке оборудования 30 полезной нагрузки.

Поэтому стандартный двигатель Нортона был модифицирован путем комбинирования функциональных особенностей маховика и генератора Плесси в объединенном подузле 55, как показано на фиг. 3. Объединенный подузел 55 маховик/генератор предназначен для сохранения/высвобождения энергии крутящего момента в требуемые моменты, чтобы модифицированный двигатель Нортона 54 обеспечивал относите