Научное направление:
«Поисковые исследования по разработке и комплексному применению нового поколения пилотируемых и беспилотных «летающих платформ» вертикального взлета, зависания и посадки, для обеспечения спасательных работ в зонах бедствий»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
Наше время характеризуется значительным увеличением количества и интенсивности природных катаклизмов.
Но одновременно, существенно возрос риск аварий и катастроф крупных технических объектов и систем, что связано, во-первых, с увеличением их сложности и количества, во-вторых, с существенным повышением энергетической мощности, в-третьих, с высокой концентрацией на единицу площади. Во многих случаях такого типа аварии сопровождаются крупномасштабными пожарами с возникновением огненных штормов, сильным тепловым излучением, взрывами, в том числе объёмными, выбросами токсических веществ, образованием паровых и газовых облаков и т. д. Зачастую, в таких условиях, люди оказываются в беспомощном состоянии в помещениях, заблокированных огнём. Необходимо в значительной степени сократить время начала эвакуации, оказания помощи пострадавшим, а также снять ограничения выполнения спасательных работ по высоте.
Общие сведения
Для успешного выполнения спасательных операций, становится целесообразным применение летательных аппаратов типа «летающая платформа». Под этим названием, обычно понимают аппараты вертикального взлета и посадки, использующие для создания вертикальной и горизонтальной скоростей полета работу винтов малого диаметра или специальных нагнетающих агрегатов. Винты, как правило, помещаются в особого рода кольцах, основным назначением которых является получение дополнительной тяги, а также ограждение вращающихся винтов, или нагнетающих агрегатов, от соударения с посторонними предметами. Такое техническое решение подразумевает совместное применение пилотируемого летательного аппарата вертикального взлета и посадки с возможностью зависания, в комплексе со специально спроектированными Беспилотными Летательными Аппаратами Вертикального Взлёта и Посадки (БЛАВВП). В зависимости от сложившейся ситуации, возможно, обеспечить и их групповую работу, например, один пилотируемый ЛА и два, три, четыре БЛАВВП спасения.
Задачами пилотируемого ЛА являются: дистанционное обследование охваченной огнем зоны, определение предполагаемого места посадки БЛАВВП и закрепления спасательной платформы, с доставляемым спасательным оборудованием. С борта пилотируемого летательного аппарата обеспечивается управление и контроль взлёта БЛАВВП, его полёт, зависание и наиболее безопасный привод БЛАВВП, со спасательной платформой, в зону оказания помощи пострадавшим по точным азимутальным, высотным координатам и визуальному контролю зоны доставки спасательного оборудования.
Основной задачей БЛАВВП, при этом, является: транспортировка (доставка) в режиме самонаведения, спасательной платформы, несущей специальное оборудование, в наиболее безопасное место охваченного огнём здания, сооружения. Обеспечение надёжной фиксации платформы к элементам здания, расстыковка с платформой и уход от неё на безопасное расстояние. Выполнение перечисленных задач должно обеспечиваться в автоматизированном режиме.
Эвакуация, терпящих бедствие людей, при этом, производится путем использования спасательных средств и оборудования, доставляемых БЛАВВП.
Пилотируемый аппарат
По результатам наших предварительных исследований, пилотируемый летательный аппарат может быть выполнен в виде аэродинамического крыла малого удлинения, внутри которого размещена неподвижно пара подъёмно-маршевых вентиляторов в каналах, а на его верхней панели - кабина экипажа и П-образное оперение, за которым установлена вторая пара управляемых поворотных подъемно-маршевых вентиляторов в кольцах. Все четыре подъёмно-маршевых вентилятора приводятся во вращение высокоэффективными электрическими приводами, обеспечиваемыми электроэнергией от двух бортовых газотурбогенераторов аппарата. Продольное управление аппаратом осуществляется путём дифференциального изменения тяги пары передних и пары задних вентиляторов, поперечное - путём дифференциального изменения силы тяги и её направления боковых вентиляторов, расположенных справа и слева, а путевое - дифференциальным изменением силы и направления тяги задних вентиляторов одновременно с отклонением рулей направления. Система автоматического управления аппаратом обеспечивает реализацию алгоритмов универсальных базовых синергетических законов взаимосвязанного управления его пространственным движением с учётом компоновочной схемы данного аппарата.
Беспилотный аппарат БЛАВВП
Беспилотный аппарат БЛАВВП выполнен по аэродинамической схеме «винт в кольце» с соосными несущими винтами, приводимыми во вращение высокоэффективным электродвигателем (на основе магнитов из редкоземельных металлов). Закрепляемая на нём спасательная платформа несёт спасательные средства и оснащение, обеспечивающие первую помощь и эвакуацию пострадавших.
Спасательная платформа крепится, с возможностью её быстрой отстыковки, снизу БЛАВВП, не исключая возможность крепления и отстыковки её от верхней части аппарата. Аппарат БЛАВВП оснащен автоматизированным управлением и возможностью самонаведения на терпящий бедствие объект, на основе использования принципов комплексирования инерциальных навигационных систем со спутниковыми навигационными и корреляционно-экстремальными системами. В некоторых случаях не исключено применение привязного варианта БЛАВВП.
Конструктивно БЛАВВП представляет собой тороидальную оболочку («кольцо»), состоящую из композиционной и металлической (съемной) частей. В центре кольца расположена мотогондола с воздушными винтами. Вся конструкция скрепляется с помощью четырёх пилонов. В мотогондоле, на силовой раме, между винтами расположен редукционно-силовой управляющий подузел, который совмещает в себе функции создания крутящих моментов, их передачи на несущие винты, а также, функции управления несущими винтами. Аппарат оснащён опорами шасси для перемещения, стоянки и обеспечения взлёта-посадки. Пульт управления БЛАВВП размещен на борту пилотируемого ЛА, в виде командных органами управления и контроля
Но одновременно, существенно возрос риск аварий и катастроф крупных технических объектов и систем, что связано, во-первых, с увеличением их сложности и количества, во-вторых, с существенным повышением энергетической мощности, в-третьих, с высокой концентрацией на единицу площади. Во многих случаях такого типа аварии сопровождаются крупномасштабными пожарами с возникновением огненных штормов, сильным тепловым излучением, взрывами, в том числе объёмными, выбросами токсических веществ, образованием паровых и газовых облаков и т. д. Зачастую, в таких условиях, люди оказываются в беспомощном состоянии в помещениях, заблокированных огнём. Необходимо в значительной степени сократить время начала эвакуации, оказания помощи пострадавшим, а также снять ограничения выполнения спасательных работ по высоте.
Общие сведения
Для успешного выполнения спасательных операций, становится целесообразным применение летательных аппаратов типа «летающая платформа». Под этим названием, обычно понимают аппараты вертикального взлета и посадки, использующие для создания вертикальной и горизонтальной скоростей полета работу винтов малого диаметра или специальных нагнетающих агрегатов. Винты, как правило, помещаются в особого рода кольцах, основным назначением которых является получение дополнительной тяги, а также ограждение вращающихся винтов, или нагнетающих агрегатов, от соударения с посторонними предметами. Такое техническое решение подразумевает совместное применение пилотируемого летательного аппарата вертикального взлета и посадки с возможностью зависания, в комплексе со специально спроектированными Беспилотными Летательными Аппаратами Вертикального Взлёта и Посадки (БЛАВВП). В зависимости от сложившейся ситуации, возможно, обеспечить и их групповую работу, например, один пилотируемый ЛА и два, три, четыре БЛАВВП спасения.
Задачами пилотируемого ЛА являются: дистанционное обследование охваченной огнем зоны, определение предполагаемого места посадки БЛАВВП и закрепления спасательной платформы, с доставляемым спасательным оборудованием. С борта пилотируемого летательного аппарата обеспечивается управление и контроль взлёта БЛАВВП, его полёт, зависание и наиболее безопасный привод БЛАВВП, со спасательной платформой, в зону оказания помощи пострадавшим по точным азимутальным, высотным координатам и визуальному контролю зоны доставки спасательного оборудования.
Основной задачей БЛАВВП, при этом, является: транспортировка (доставка) в режиме самонаведения, спасательной платформы, несущей специальное оборудование, в наиболее безопасное место охваченного огнём здания, сооружения. Обеспечение надёжной фиксации платформы к элементам здания, расстыковка с платформой и уход от неё на безопасное расстояние. Выполнение перечисленных задач должно обеспечиваться в автоматизированном режиме.
Эвакуация, терпящих бедствие людей, при этом, производится путем использования спасательных средств и оборудования, доставляемых БЛАВВП.
Пилотируемый аппарат
По результатам наших предварительных исследований, пилотируемый летательный аппарат может быть выполнен в виде аэродинамического крыла малого удлинения, внутри которого размещена неподвижно пара подъёмно-маршевых вентиляторов в каналах, а на его верхней панели - кабина экипажа и П-образное оперение, за которым установлена вторая пара управляемых поворотных подъемно-маршевых вентиляторов в кольцах. Все четыре подъёмно-маршевых вентилятора приводятся во вращение высокоэффективными электрическими приводами, обеспечиваемыми электроэнергией от двух бортовых газотурбогенераторов аппарата. Продольное управление аппаратом осуществляется путём дифференциального изменения тяги пары передних и пары задних вентиляторов, поперечное - путём дифференциального изменения силы тяги и её направления боковых вентиляторов, расположенных справа и слева, а путевое - дифференциальным изменением силы и направления тяги задних вентиляторов одновременно с отклонением рулей направления. Система автоматического управления аппаратом обеспечивает реализацию алгоритмов универсальных базовых синергетических законов взаимосвязанного управления его пространственным движением с учётом компоновочной схемы данного аппарата.
Беспилотный аппарат БЛАВВП
Беспилотный аппарат БЛАВВП выполнен по аэродинамической схеме «винт в кольце» с соосными несущими винтами, приводимыми во вращение высокоэффективным электродвигателем (на основе магнитов из редкоземельных металлов). Закрепляемая на нём спасательная платформа несёт спасательные средства и оснащение, обеспечивающие первую помощь и эвакуацию пострадавших.
Спасательная платформа крепится, с возможностью её быстрой отстыковки, снизу БЛАВВП, не исключая возможность крепления и отстыковки её от верхней части аппарата. Аппарат БЛАВВП оснащен автоматизированным управлением и возможностью самонаведения на терпящий бедствие объект, на основе использования принципов комплексирования инерциальных навигационных систем со спутниковыми навигационными и корреляционно-экстремальными системами. В некоторых случаях не исключено применение привязного варианта БЛАВВП.
Конструктивно БЛАВВП представляет собой тороидальную оболочку («кольцо»), состоящую из композиционной и металлической (съемной) частей. В центре кольца расположена мотогондола с воздушными винтами. Вся конструкция скрепляется с помощью четырёх пилонов. В мотогондоле, на силовой раме, между винтами расположен редукционно-силовой управляющий подузел, который совмещает в себе функции создания крутящих моментов, их передачи на несущие винты, а также, функции управления несущими винтами. Аппарат оснащён опорами шасси для перемещения, стоянки и обеспечения взлёта-посадки. Пульт управления БЛАВВП размещен на борту пилотируемого ЛА, в виде командных органами управления и контроля
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
1. Воронков Ю.С., Воронков О.Ю. «Авиационная система обеспечения спасательных работ», Патент РФ № 2381959 от 11июля 2008 года, МПК B64C 27/00, A62B 1/00. В основе предлагаемого технического решения содержится идея совместного применения пилотируемого летательного аппарата вертикального взлета и посадки с возможностью зависания «Аэроджип-02» и беспилотных летательных аппаратов вертикального взлёта и посадки (БЛАВВП), которые, в зависимости от сложившейся ситуации, могут работать и группами, например, «Аэроджип» и два, три, четыре БЛА. Задачами «Аэроджипа» являются: обследование охваченной огнем зоны для определения предполагаемого места закрепления спасательной платформы, обеспечение управления и контроля взлёта БЛАВВП, (в том числе со своего борта), его полёта, зависания и привод БЛАВВП со спасательной платформой в зону оказания помощи пострадавшим по точным азимутальным и высотным координатам.
Основной задачей БЛАВВП является: транспортировка (доставка) в режиме самонаведения спасательной платформы со спасательным оборудованием, к оконному проёму охваченного огнём здания, обеспечение её надёжной фиксации к элементам здания, расстыковка БЛАВВП с платформой и уход от неё на безопасное расстояние. Выполнение перечисленных задач обеспечивается в автоматизированном режиме. Эвакуация, при этом, терпящих бедствие людей, производится путем использования спасательного оборудования, доставленного на борту БЛАВВП.
2. Воронков Ю.С., Воронков О.Ю. АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 4. – С. 17-25; Воронков Ю.С. Общество «Ювенал» – молодым авиаконструкторам: монография. – М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2017. – 316 с. Раздел шестой С. 205-247. Предлагаемая авиационная система обеспечения спасательных работ позволяет оперативно доставить и надёжно закрепить спасательные средства на любом этаже высотного здания, без опасения соударения воздушных винтов со зданием. Обеспечивает безопасную эвакуацию пострадавших, или обеспечивает подъём спасателей на терпящий бедствие этаж здания. Данная авиационная система позволяет повысить безопасность спасения большого количества людей из труднодоступных мест высотного здания и снизить стоимость спасательных работ.
3. Воронков Ю.С., Воронков О.Ю. «Лёгкий многорежимный летательный аппарат», Патент РФ № 2348568 от 29.06.2007, МПК8 В64С 15/00, В64С 15/12.
Искра творчества из детства, (записки изобретателей). Монография, Воронков Ю.С., Воронков О.Ю., Воронкова О.Ю. Германия, Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014год. – 276 стр. ISBN: 978-3-659-51474-6. Раздел второй С. 73-103.
Периодически в авиационных кругах отмечается определенный интерес к такому виду летательных аппаратов, как «летающая платформа». Под этим названием, обычно понимают аппараты вертикального взлета и посадки, использующие для создания вертикальной и горизонтальной скоростей полета работу винтов малого диаметра или специальных нагнетающих агрегатов. Винты, как правило, помещаются в особого рода кольцах, основным назначением которых является получение дополнительной тяги, а также ограждение вращающихся винтов от соударения с посторонними предметами. Исследования в области ЛАВВП типа «летающих платформ» проводились особенно усиленно в США. Четыре фирмы – «Хиллер», «Пясецкий», «Крайслер» и «Аэрофизик» занимались разработкой и постройкой легких «летающих платформ» специального назначения (полетным весом не более 900–1000 кг), получивших название «летающие джипы». В 1958?1961гг. в СССР аналогичные исследования проводились в Московском Авиационном Институте (МАИ). Как показали результаты исследований, по стоимости изготовления, простоте управления и эксплуатации «летающие платформы» вполне могут конкурировать с обыкновенными автомобилями, а по тактическим возможностям значительно превосходят их. При этом нужно иметь ввиду, что вследствие большой энерговооруженности и, следовательно, повышенного расхода топлива, экономичными эти аппараты могут оказаться только при полете на малые расстояния. Такие аппараты могут применяться с неподготовленных площадок, в труднодоступных зонах, летать между верхушками деревьев, без риска своего повреждения. Четное количество подъемно-маршевых агрегатов в каналах и тяговых поворотных кольцах, позволит в случаях возможного отказа одного из агрегатов, перейти на чрезвычайный режим двух других, расположенных по диагонали относительно оси аппарата, с выключением вентилятора, расположенного по диагонали напротив отказавшего. Установка набора управляемых решетчатых крыльев над верхней хвостовой частью крыла и установка за решетчатыми крыльями поворотных подъемно-маршевых вентиляторов, способны образовать некую аэродинамическую систему. Сквозь такую систему просасывается интенсивный, высокоскоростной поток воздуха, устраняющий положительный градиент давления над верхней поверхностью крыла малого удлинения, что, в конечном итоге, предотвращает срыв потока с крыла в большом диапазоне его углов атаки и создает дополнительную подъемную силу на переходных режимах. Выполнение диффузорных каналов на нижней поверхности крыла малого удлинения аппарата, и перепуск в них части воздушного потока от передних подъемно-маршевых вентиляторов, позволят обеспечивать более эффективное поперечное управление аппаратом на малом плече действия управляющих моментов, при нулевой и очень малых скоростях полета, а также, в режиме зависания. Диффузорные каналы позволяют формировать воздушные жгуты, которые уменьшают перетекание воздуха в полете с нижней поверхности крыла на верхнюю, что ведет, в конечном итоге, к сокращению величины индуктивного сопротивления крыла малого удлинения и повышению его аэродинамической эффективности.
Основной задачей БЛАВВП является: транспортировка (доставка) в режиме самонаведения спасательной платформы со спасательным оборудованием, к оконному проёму охваченного огнём здания, обеспечение её надёжной фиксации к элементам здания, расстыковка БЛАВВП с платформой и уход от неё на безопасное расстояние. Выполнение перечисленных задач обеспечивается в автоматизированном режиме. Эвакуация, при этом, терпящих бедствие людей, производится путем использования спасательного оборудования, доставленного на борту БЛАВВП.
2. Воронков Ю.С., Воронков О.Ю. АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 4. – С. 17-25; Воронков Ю.С. Общество «Ювенал» – молодым авиаконструкторам: монография. – М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2017. – 316 с. Раздел шестой С. 205-247. Предлагаемая авиационная система обеспечения спасательных работ позволяет оперативно доставить и надёжно закрепить спасательные средства на любом этаже высотного здания, без опасения соударения воздушных винтов со зданием. Обеспечивает безопасную эвакуацию пострадавших, или обеспечивает подъём спасателей на терпящий бедствие этаж здания. Данная авиационная система позволяет повысить безопасность спасения большого количества людей из труднодоступных мест высотного здания и снизить стоимость спасательных работ.
3. Воронков Ю.С., Воронков О.Ю. «Лёгкий многорежимный летательный аппарат», Патент РФ № 2348568 от 29.06.2007, МПК8 В64С 15/00, В64С 15/12.
Искра творчества из детства, (записки изобретателей). Монография, Воронков Ю.С., Воронков О.Ю., Воронкова О.Ю. Германия, Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014год. – 276 стр. ISBN: 978-3-659-51474-6. Раздел второй С. 73-103.
Периодически в авиационных кругах отмечается определенный интерес к такому виду летательных аппаратов, как «летающая платформа». Под этим названием, обычно понимают аппараты вертикального взлета и посадки, использующие для создания вертикальной и горизонтальной скоростей полета работу винтов малого диаметра или специальных нагнетающих агрегатов. Винты, как правило, помещаются в особого рода кольцах, основным назначением которых является получение дополнительной тяги, а также ограждение вращающихся винтов от соударения с посторонними предметами. Исследования в области ЛАВВП типа «летающих платформ» проводились особенно усиленно в США. Четыре фирмы – «Хиллер», «Пясецкий», «Крайслер» и «Аэрофизик» занимались разработкой и постройкой легких «летающих платформ» специального назначения (полетным весом не более 900–1000 кг), получивших название «летающие джипы». В 1958?1961гг. в СССР аналогичные исследования проводились в Московском Авиационном Институте (МАИ). Как показали результаты исследований, по стоимости изготовления, простоте управления и эксплуатации «летающие платформы» вполне могут конкурировать с обыкновенными автомобилями, а по тактическим возможностям значительно превосходят их. При этом нужно иметь ввиду, что вследствие большой энерговооруженности и, следовательно, повышенного расхода топлива, экономичными эти аппараты могут оказаться только при полете на малые расстояния. Такие аппараты могут применяться с неподготовленных площадок, в труднодоступных зонах, летать между верхушками деревьев, без риска своего повреждения. Четное количество подъемно-маршевых агрегатов в каналах и тяговых поворотных кольцах, позволит в случаях возможного отказа одного из агрегатов, перейти на чрезвычайный режим двух других, расположенных по диагонали относительно оси аппарата, с выключением вентилятора, расположенного по диагонали напротив отказавшего. Установка набора управляемых решетчатых крыльев над верхней хвостовой частью крыла и установка за решетчатыми крыльями поворотных подъемно-маршевых вентиляторов, способны образовать некую аэродинамическую систему. Сквозь такую систему просасывается интенсивный, высокоскоростной поток воздуха, устраняющий положительный градиент давления над верхней поверхностью крыла малого удлинения, что, в конечном итоге, предотвращает срыв потока с крыла в большом диапазоне его углов атаки и создает дополнительную подъемную силу на переходных режимах. Выполнение диффузорных каналов на нижней поверхности крыла малого удлинения аппарата, и перепуск в них части воздушного потока от передних подъемно-маршевых вентиляторов, позволят обеспечивать более эффективное поперечное управление аппаратом на малом плече действия управляющих моментов, при нулевой и очень малых скоростях полета, а также, в режиме зависания. Диффузорные каналы позволяют формировать воздушные жгуты, которые уменьшают перетекание воздуха в полете с нижней поверхности крыла на верхнюю, что ведет, в конечном итоге, к сокращению величины индуктивного сопротивления крыла малого удлинения и повышению его аэродинамической эффективности.