RU2565157C1

RU2565157C1 - Drone

Info

Publication number: RU2565157C1
Application number: RU2014117909/11A
Authority: RU
Inventors: Александра Сергеевна Мицына; Анатолий Петрович Мищенко; Сергей Павлович Полунин
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-10-20

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: drone contains the housing with independent source of plasma-forming mix of gases, a tight radiotransparent front fairing with lines with reusable and electrically operated shutters for supply of plasma-forming mix of gases into a cavity and dumping, a control system with a homing head with a radar antenna, a high voltage power source with a starter, electrodes, a gas flow limiting device in the form of pressure reducer, electric connections.

EFFECT: invention allows to reduce a radar visibility and provide sufficient degree of tightness of the drone front fairing.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), к их устройствам для поглощения излучаемых антенной волн.The invention relates to unmanned aerial vehicles (UAVs), to their devices for absorbing radiated antenna waves.

Известен способ снижения радиолокационной заметности объекта, оборудованного по меньшей мере одной антенной, патент №2 469 447. В описании известного способа для его использования на БПЛА и снижения заметности антенны (головки самонаведения системы управления БПЛА), расположенной под носовым обтекателем (радиопрозрачным, для обеспечения работоспособности антенны), предлагается носовой (передний) обтекатель БПЛА выполнить герметичным, снабдить средствами заполнения рабочим газом (плазмообразующей смесью газов), плазменной системой и оборудовать подводом электропитания. Данное устройство принято за прототип. Для заполнения полости обтекатель снабжают линиями подачи смеси газов в полость обтекателя и сброса смеси (первоначально, воздуха) из нее, снабженными устройствами перекрытия, для последующей герметизации полости переднего обтекателя. Для образования плазмы в полости переднего обтекателя плазменная система должна содержать источник электрической энергии высокого напряжения с электродами, закрепленными перед радиолокационной антенной в полости переднего обтекателя, и пусковым устройством, обеспечивающим дополнительное увеличение напряжения для первичного пробоя промежутка газовой смеси между электродами (электрического разряда), по аналогии с лампами дневного света.A known method for reducing the radar visibility of an object equipped with at least one antenna патент 2 469 447. In the description of the known method for its use on UAVs and reduce the visibility of the antenna (homing head UAV control system) located under the nose fairing (radiolucent, to ensure antenna performance), it is proposed that the UAV's nose (front) fairing be sealed, equipped with means for filling with working gas (plasma-forming gas mixture), a plasma system and both udovat power supply. This device is taken as a prototype. To fill the cavity, the fairing is equipped with lines for supplying a mixture of gases to the cavity of the fairing and discharge of the mixture (initially, air) from it, equipped with overlapping devices for subsequent sealing of the cavity of the front fairing. For plasma formation in the front fairing cavity, the plasma system must contain a high voltage electric energy source with electrodes fixed in front of the radome antenna in front of the radar antenna and a starting device that provides an additional voltage increase for the initial breakdown of the gas mixture gap between the electrodes (electrical discharge), analogies with fluorescent lamps.

Существенными признаками предлагаемого устройства, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: беспилотный летательный аппарат, содержащий корпус с герметичным радиопрозрачным передним обтекателем и размещенные в корпусе систему управления, снабженную головкой самонаведения с радиолокационной антенной, при этом радиолокационная антенна размещена в полости переднего обтекателя, а также источник электрической энергии высокого напряжения с пусковым устройством и по крайней мере одной парой электродов, закрепленной перед радиолокационной антенной в полости переднего обтекателя, который при этом содержит линии подачи плазмообразующей рабочей смеси газов в его полость и сброса смеси газов из нее, снабженные устройствами перекрытия.The essential features of the proposed device that match the features of the prototype are the following: an unmanned aerial vehicle, comprising a hull with a sealed radio-transparent front fairing and a control system located in the housing, equipped with a homing head with a radar antenna, while the radar antenna is located in the cavity of the front fairing, as well as high voltage electrical energy source with a starting device and at least one pair of electrodes secured by d radar antenna in the cavity of the front cowl, which thus comprises a line supplying a plasma working gas mixture into its cavity and discharge the gas mixture therefrom, provided with shut-off devices.

Применение известного устройства многократно уменьшает эффективную поверхность рассеяния (ЭПР, радиолокационную заметность, основной вклад в которую вносит антенна) БПЛА при прохождении зоны противовоздушной обороны. Однако плазмообразование и эффективность поглощения радиоволн образованной плазмой зависит от параметров смеси газов (давления и соотношения компонентов), как при хранении, так и при длительном полете. Для стабильности параметров смеси газов и существенного уменьшения ЭПР требуется высокая степень герметичности его носового обтекателя, что увеличивает сложность и стоимость БПЛА. Во время хранения БПЛА необходим контроль параметров смеси газов в полости обтекателя БПЛА и при необходимости их восстановление, что увеличивает трудоемкость обслуживания и стоимость эксплуатации БПЛА.The use of the known device many times reduces the effective dispersion surface (EPR, radar signature, the main contribution to which the antenna makes) of the UAV during the passage of the air defense zone. However, the plasma formation and the efficiency of absorption of radio waves by the generated plasma depends on the parameters of the gas mixture (pressure and ratio of components), both during storage and during long-term flight. For the stability of the parameters of the gas mixture and a significant reduction in the EPR, a high degree of tightness of its nose cone is required, which increases the complexity and cost of the UAV. During UAV storage, it is necessary to control the parameters of the gas mixture in the cavity of the UAV fairing and, if necessary, restore them, which increases the complexity of maintenance and the cost of operating the UAV.

Техническим результатом, на решении которого направлено изобретение, является уменьшение необходимой степени герметичности переднего обтекателя, трудоемкости и стоимости изготовления и эксплуатации БПЛА с сохранением эффективного уменьшения его ЭПР.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to reduce the required degree of tightness of the front fairing, the complexity and cost of manufacturing and operating the UAV while maintaining an effective reduction in its EPR.

Для решения поставленной задачи в беспилотном летательном аппарате, содержащем корпус с герметичным радиопрозрачным передним обтекателем и размещенные в корпусе систему управления, снабженную головкой самонаведения с радиолокационной антенной, размещенной в полости переднего обтекателя, а также источник электрической энергии высокого напряжения с пусковым устройством и по крайней мере одной парой электродов, закрепленной перед радиолокационной антенной в полости переднего обтекателя, который при этом содержит линии подачи плазмообразующей смеси газов в его полость и сброса смеси газов из нее, снабженные устройствами перекрытия, корпус снабжен автономным источником плазмообразующей смеси газов, сообщенным с полостью переднего обтекателя через устройство ограничения расхода газа и пусковое устройство, связанное с системой управления линией электрической связи. Дополнительно для уменьшения разбросов рабочих характеристик устройство перекрытия в линии сброса смеси газов из полости переднего обтекателя выполнено многоразовым, электроуправляемым и связано с системой управления линией электрической связи. С этой же целью устройство ограничения расхода газа выполнено в виде редуктора давления.To solve the problem in an unmanned aerial vehicle, comprising a housing with a sealed radio-transparent front fairing and a control system located in the housing, equipped with a homing head with a radar antenna located in the cavity of the front fairing, as well as a high-voltage electric power source with a starting device and at least one pair of electrodes fixed in front of the radar antenna in the cavity of the front fairing, which at the same time contains plasma supply lines Braz gas mixture into its cavity and discharge the gas mixture therefrom, provided with shut-off devices, the housing is provided with an autonomous source of plasma-forming gas mixture cavity communicating with the front cowl through the gas flow limiting device and a triggering device connected to the telecommunications line control system. Additionally, to reduce the dispersion of operating characteristics, the overlapping device in the line for discharging a mixture of gases from the cavity of the front cowl is made reusable, electrically controlled and connected to the control system of the electric communication line. For the same purpose, the gas flow limiting device is made in the form of a pressure reducer.

Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что корпус снабжен автономным источником плазмообразующей смеси газов, сообщенным с полостью переднего обтекателя через устройство ограничения расхода газа и пусковое устройство, связанное с системой управления линией электрической связи; устройство перекрытия в линии сброса смеси газов из полости переднего обтекателя выполнено многоразовым, электроуправляемым и связано с системой управления линией электрической связи; устройство ограничения расхода газа выполнено в виде редуктора давления.Distinctive features of the proposed device is that the housing is equipped with an autonomous source of plasma-forming gas mixture in communication with the cavity of the front fairing through the device for limiting the flow of gas and a starting device associated with the control system of the electric communication line; the overlapping device in the line for discharging the gas mixture from the front fairing cavity is reusable, electrically controlled and connected to the control system of the electric communication line; The device for limiting gas flow is made in the form of a pressure reducer.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: обеспечивается уменьшение необходимой степени герметичности переднего обтекателя БПЛА и стоимости его изготовления, трудоемкости обслуживания и стоимости эксплуатации БПЛА, повышается стабильность технических характеристик БПЛА и надежность его применения по назначению.Due to the presence of the indicated distinctive features, together with the known ones, the following technical result is achieved: the required degree of tightness of the UAV front fairing and its manufacturing cost are reduced, the maintenance time and the cost of UAV operation are labor intensive, the stability of UAV technical characteristics and the reliability of its intended use are increased.

Предложенное изобретение может найти применение при разработке БПЛА, обеспечивающих повышенную надежность применения по назначению, при уменьшении затрат средств и времени на изготовление и эксплуатацию БПЛА.The proposed invention can find application in the development of UAVs, providing increased reliability of the intended use, while reducing the cost of funds and time for the manufacture and operation of UAVs.

Устройство поясняется чертежом. Представленный на чертеже БПЛА содержит корпус 1 с герметичным радиопрозрачным передним обтекателем 2 и размещенные в корпусе 1 систему 3 управления, снабженную головкой 4 самонаведения с радиолокационной антенной 5, размещенной в полости 6 переднего обтекателя 2, а также источник 7 электрической энергии высокого напряжения с пусковым устройством 8 и двумя парами электродов 9, 10 и 11, 12, закрепленными перед радиолокационной антенной 5 в полости 6 переднего обтекателя 2, который при этом содержит линию 13 подачи плазмообразующей смеси газов в его полость 6 и линию 14 сброса смеси газов из полости 6, которые снабжены устройствами перекрытия соответственно, 15 и 16. Устройство перекрытия 15 может быть выполнено в виде пробки, заглушки, вентиля, управляемого клапана, с ручным или электроуправляемым приводом. Корпус 1 снабжен автономным источником 17 плазмообразующей смеси газов, сообщенным линией 18 с полостью 6 переднего обтекателя 2 через устройство ограничения расхода газа, выполненное в виде редуктора давления 19, и пусковое устройство 20, связанное с системой 3 управления линией 21 электрической связи. Устройство ограничения расхода газа может быть выполнено также в виде дросселя, дроссельного пакета или системы дросселей с клапанами их переключения. Как вариант источник 17 выполнен в виде баллона высокого давления и снабжен зарядным устройством 22. Возможны и другие варианты исполнения источника 17, например химический, термохимический, десорбционный. Устройство 16 перекрытия в линии 14 сброса смеси газов из полости 6 переднего обтекателя 2 выполнено многоразовым, электроуправляемым и связано с системой 3 управления линией 23 электрической связи.The device is illustrated in the drawing. Presented on the drawing, the UAV contains a housing 1 with a sealed radio-transparent front fairing 2 and a control system 3 located in the housing 1, equipped with a homing head 4 with a radar antenna 5 located in the cavity 6 of the front fairing 2, as well as a high voltage electric power source 7 with a starting device 8 and two pairs of electrodes 9, 10 and 11, 12, mounted in front of the radar antenna 5 in the cavity 6 of the front fairing 2, which at the same time contains a line 13 for supplying a plasma-forming gas mixture to it olost 6 and the reset line 14 of the gas mixture from the cavity 6, which are provided with shut-off devices, respectively, 15 and 16. The apparatus 15 overlap may be designed as a cork plug, a valve, a controllable valve, a manual or electrically driven. The housing 1 is equipped with an autonomous source 17 of a plasma-forming gas mixture, connected by a line 18 with a cavity 6 of the front cowl 2 through a gas flow limiting device made in the form of a pressure reducer 19, and a starting device 20 connected to the control system 3 of the electric communication line 21. The gas flow limiting device can also be made in the form of a throttle, a throttle package or a system of chokes with their switching valves. Alternatively, the source 17 is made in the form of a high-pressure cylinder and is equipped with a charging device 22. There are other possible versions of the source 17, for example, chemical, thermochemical, desorption. The device 16 overlap in line 14 of the discharge of the mixture of gases from the cavity 6 of the front fairing 2 is made reusable, electrically controlled and connected to the control system 3 of the line 23 of the electrical connection.

Представленное на чертеже устройство работает следующим образом. После изготовления БПЛА к устройству 15 перекрытия подстыковывается источник плазмообразующей смеси газов (на чертеже не показан) и задействуется для обеспечения расхода смеси. Открываются устройства 15 и 16 перекрытия, при этом плазмообразующая смесь газов через устройство 15 по линии 13 поступает в полость 6 переднего обтекателя 2, а находившийся после изготовления переднего обтекателя 2 в его полости 6 воздух по линии 14 вытесняется в окружающую среду. После замещения воздуха в полости 6 плазмообразующей смесью газов закрываются устройства 15 и 16 перекрытия и осуществляется хранение БПЛА до применения. При полете БПЛА перед входом БПЛА в зону облучения средствами противодействия ПВО система 3 управления по линиям 21 и 23 электрической связи открывает устройства 16 и 20 перекрытия, при этом плазмообразующая смесь газов из источника 17 по линии 18 через редуктор 19 давления поступает в полость 6, восстанавливая в ней параметры плазмообразующей смеси газов, нарушенные из-за утечек газа и попадания в полость воздуха, вследствие негерметичности обтекателя 2 при хранении БПЛА. Стабилизация параметров плазмообразующей смеси газов в полости 6 обеспечивает, после запуска плазмообразования, стабилизацию степени поглощения и отражения плазмой радиоволн и степени уменьшения радиолокационной заметности антенны 5 и БПЛА в целом. Излишки смеси газов (в том числе с отклоненными параметрами) стравливаются по линии 14 в окружающую среду, что дополнительно способствует стабилизации параметров смеси газов в полости 6. Затем система управления 3 по линии 23 электрической связи обеспечивает закрытие устройства 16 при остаточном давлении смеси газов в полости 6, превышающем давление окружающей среды, в пределах 1-100 кПа, обеспечивающего формирование поглощающего радиоволны плазменного объема в полости 6 между электродами 9, 10 и 11, 12 перед антенной 5, после чего система 3 управления задействует пусковое устройство 8 источника 7 высокого напряжения, для первичного пробоя промежутка смеси газов между электродами 9, 10 и 11, 12 и запуска плазменного объема в полости 6 перед антенной 5. Наличие второй пары электродов 11,12 уменьшает величину порогового электрического напряжения источника 7 и способствует увеличению объема плазменного образования и его устойчивости в полости 6 переднего обтекателя 2 перед антенной 5. После запуска источник 7 обеспечивает поддержание плазменного объема при пониженных значениях электрического тока и напряжения (меньшей электрической мощности). Наличие расхода смеси газов из автономного источника 17 по линии 18 в полость 6 обтекателя 2 в процессе плазмообразования позволяет уменьшить необходимую степень герметичности обтекателя 2. Настройка редуктора 19 давления выбирается из условия компенсации утечек смеси газов из полости 6 обтекателя 2 при пониженной степени его герметичности. Выполнение устройства ограничения расхода газа в линии 18 в виде редуктора 19 давления позволяет уменьшить разброс давления плазмообразующей смеси газов в полости 6 обтекателя 2 и за счет этого уменьшить разброс степени поглощения и отражения плазмой радиоволн и степени уменьшения радиолокационной заметности антенны 5 и БПЛА в целом. В момент включения головки самонаведения система 3 управления обеспечивает отключение подачи высокого напряжения от источника 7 на электроды 9, 10 и 11, 12 и плазменный объем между ними перед антенной 5 гаснет, что обеспечивает эффективную работу антенны 5 головки самонаведения 4 для эффективного выполнения БПЛА полетного задания. Уменьшенная степень герметичности обтекателя 2 упрощает его конструкцию и конструкцию его стыковки с корпусом 1, благодаря чему уменьшается стоимость изготовления БПЛА. Поступление смеси газов из источника 17 по линии 18 в полость 6 компенсирует возможные утечки смеси газов и обеспечивает уменьшение разброса параметров смеси газов в ней и соответственно уменьшается разброс степени поглощения радиоволн плазменным объемом между электродами 9, 10 и 11, 12 и минимальная степень поглощения радиоволн (максимальная ЭПР), что повышает надежность прохождения БПЛА зоны действия ПВО и выполнения полетного задания.Presented on the drawing, the device operates as follows. After manufacturing the UAV, the source of the plasma-forming gas mixture (not shown) is docked to the overlap device 15 and is used to ensure the flow rate of the mixture. The devices 15 and 16 of the overlap are opened, while the plasma-forming mixture of gases through the device 15 through line 13 enters the cavity 6 of the front fairing 2, and the air that is located after manufacturing the front fairing 2 in its cavity 6 is displaced through the line 14 into the environment. After replacing the air in the cavity 6 with a plasma-forming gas mixture, the devices 15 and 16 of the overlap are closed and the UAV is stored until use. When a UAV is flying in front of the UAV entering the irradiation zone with anti-aircraft defense means, the control system 3 on the electric communication lines 21 and 23 opens the shutdown devices 16 and 20, while the plasma-forming gas mixture from the source 17 passes through the pressure reducer 19 through the pressure reducer 19 to the cavity 6, restoring in it, the parameters of the plasma-forming gas mixture, violated due to gas leaks and air entering the cavity, due to leakage of the fairing 2 during storage of the UAV. The stabilization of the parameters of the plasma-forming gas mixture in the cavity 6, after starting the plasma formation, ensures the stabilization of the degree of absorption and reflection by the plasma of the radio waves and the degree of reduction of the radar visibility of the antenna 5 and the UAV as a whole. Excess gas mixtures (including those with deviated parameters) are discharged via line 14 into the environment, which further helps to stabilize the parameters of the gas mixture in the cavity 6. Then, the control system 3 through the electric communication line 23 closes the device 16 at the residual pressure of the gas mixture in the cavity 6, exceeding the ambient pressure, in the range of 1-100 kPa, which ensures the formation of absorbing radio waves of the plasma volume in the cavity 6 between the electrodes 9, 10 and 11, 12 in front of the antenna 5, after which the system 3 is controlled Ia activates the starting device 8 of the high voltage source 7, for the initial breakdown of the gas mixture gap between the electrodes 9, 10 and 11, 12 and the start of the plasma volume in the cavity 6 in front of the antenna 5. The presence of a second pair of electrodes 11,12 reduces the threshold electric voltage of the source 7 and contributes to an increase in the volume of plasma formation and its stability in the cavity 6 of the front fairing 2 in front of the antenna 5. After starting, the source 7 maintains the plasma volume at low electric values current and voltage (lower electrical power). The presence of gas mixture flow from an autonomous source 17 through line 18 to cavity 6 of cowl 2 during plasma formation allows one to reduce the required degree of tightness of cowl 2. The pressure reducer 19 is selected from the condition of compensation for leakage of gas mixture from cavity 6 of cowl 2 with a reduced degree of tightness. The implementation of the device for limiting the gas flow in line 18 in the form of a pressure reducer 19 allows to reduce the pressure spread of the plasma-forming gas mixture in the cavity 6 of the fairing 2 and thereby reduce the spread of the absorption and reflection of radio waves by the plasma and the degree of decrease in the radar visibility of the antenna 5 and the UAV as a whole. At the moment the homing head is turned on, the control system 3 ensures that the high voltage supply is disconnected from the source 7 to the electrodes 9, 10 and 11, 12 and the plasma volume between them in front of the antenna 5 goes out, which ensures the effective operation of the antenna 5 of the homing head 4 for the efficient performance of the UAV flight mission . The reduced degree of tightness of the fairing 2 simplifies its design and the design of its docking with the housing 1, thereby reducing the cost of manufacturing UAVs. The arrival of the gas mixture from the source 17 through line 18 into the cavity 6 compensates for possible leakages of the gas mixture and ensures a decrease in the spread of the parameters of the gas mixture in it and, accordingly, the spread in the degree of absorption of radio waves by the plasma volume between electrodes 9, 10 and 11, 12 and the minimum degree of absorption of radio waves ( maximum EPR), which increases the reliability of the UAV passing the air defense coverage area and completing the flight mission.

Claims

1. An unmanned aerial vehicle, comprising a housing with a sealed radio-transparent front fairing and a control system located in the housing, equipped with a homing head with a radar antenna located in the cavity of the front fairing, as well as a high voltage electric energy source with a starting device and at least one pair of electrodes fixed in front of the radar antenna in the cavity of the front fairing, which at the same time contains the supply lines of the plasma-forming mixture of gases in its bands and discharging a mixture of gases from it, equipped with overlapping devices, characterized in that the housing is equipped with an autonomous source of plasma-forming gas mixture in communication with the front fairing cavity through a gas flow limiting device and a starting device connected to the electric communication line control system.

2. The unmanned aerial vehicle according to claim 1, characterized in that the overlapping device in the line for discharging the gas mixture from the front fairing cavity is reusable, electrically controlled and connected to the electrical communication line control system.

3. An unmanned aerial vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the gas flow limiting device is made in the form of a pressure reducer.