Антенный обтекатель

 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов. Достигнутый технический результат заключается в увеличении продолжительности режима эксплуатации и повышении прочности соединения металл-керамика при силовых и тепловых воздействиях на обтекатель. Сущность изобретения заключается в том, что обтекатель содержит керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, который соединен с металлическим шпангоутом слоем эластичного клея-герметика толщиной, превышающей разницу тепловых расширений керамического колпака и металлического шпангоута на всем рабочем диапазоне температур, при этом на внутренней поверхности керамического колпака выполнен дополнительный конус, обратный посадочному конусу, на котором клеем-герметиком закреплено разрезное металлическое кольцо, механически связанное с обечайкой шпангоута соединительными элементами: шпонками, клиньями, винтами и т.п. Кроме того, между торцами керамического колпака и стыковочного кольца шпангоута размещена упругодеформированная прокладка, выполненная на основе теплостойкой резины. 2 ил.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов. Техническим результатом использования изобретения является увеличение продолжительности регламентируемого полета за счет предотвращения теплового распора металлическим шпангоутом керамического колпака обтекателя.

Конструкция антенного обтекателя содержит керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, металлический шпангоут, включающий коническую обечайку и стыковочное кольцо и соединенный с керамическим колпаком по сопрягаемым поверхностям слоем эластичного клея.

На внутренней поверхности керамического колпака предусмотрен дополнительный конус, обратный посадочному, в котором эластичным клеем закреплено разрезное металлическое кольцо, связанное о обечайкой шпангоута соединительными элементами. Между торцами керамического колпака и стыковочного кольца установлена упругодеформируемая неметаллическая прокладка, обеспечивающая снижение опасных для керамики контактных напряжений, возникающих при силовом нагружении обтекателя.

Возникающее в результате аэродинамического нагрева расширение металлического шпангоута относительно керамического колпака ввиду разницы коэффициентов термического расширения металла и керамики компенсируется слоем эластичного теплостойкого клея, причем толщина клея выбирается исходя из расчетных пределов компенсации, определяемых продолжительностью режима полета.

Известен антенный обтекатель (патент США 4520364, МПК H 01 Q 1/42, 1985), содержащий колпак из керамической оболочки, шпангоут, переходную секцию с изолирующей прокладкой и стыковочное кольцо, причем керамическая оболочка соединяется со шпангоутом по коническим сопрягаемым поверхностям клеем на силокcановой основе.

Шпангоут в рассматриваемой конструкции выполнен из композиционного материала, состоящего из углепластика с наполнителем из теплостойкой резины, обеспечивающего компенсацию теплового расширения разнородных материалов. Соединение подобного шпангоута с металлическим стыковочным кольцом осуществляется через переходную секцию посредством множества крепежных элементов заклепок. Размеры переходной секции и количество крепежных элементов являются зависимыми факторами от величины воспринимаемой нагрузки.

Аэродинамические и конструктивные требования ограничивают величины этих параметров и неизбежно снижают воспринимаемую силовую нагрузку соединения металла с композиционным материалом.

В силу этого оптимальная реализация рассматриваемой конструкции возможна только для режимов эксплуатации с невысоким уровнем силовых нагрузок.

Наиболее близким устройством по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является антенный обтекатель по патенту РФ 2090956 МПК 6 H 01 Q 1/42 от 19.04.94г.

Рассматриваемый антенный обтекатель включает керамический колпак, переходной шпангоут из инвара, склеенный эластичным клеем-герметиком по внутренней расточке в керамическом колпаке и теплозащитное кольцо из стеклопластика. Свободный конец шпангоута входит в кольцевую вильчатую проточку в стыковочном шпангоуте с предусмотренным зазором и фиксируется радиально расположенными стержнями, установленными также с зазором.

Имеющееся в конструкции теплозащитное кольцо предназначено для снижения общего уровня аэродинамического прогрева, а разница тепловых расширений переходного и стыковочного шпангоутов компенсируется за счет предусмотренных зазоров. При этом разница между тепловым расширением керамического колпака и переходного шпангоута из инвара компенсируется за счет эластичного клеевого соединения между ними.

Данная конструкция применима для использования при малой длительности эксплуатации и сравнительно невысоком уровне силовых нагрузок.

Причинами, препятствующими достижению более высоких технических характеристик, являются нижеперечисленные факторы. Компенсирующая способность эластичного клеевого соединения между керамическим колпаком и металлическим шпангоутом из инвара является ограниченной ввиду быстрого роста коэффициента термического расширения инвара при температурах свыше 100^oС и малой толщины клеевого слоя клея-герметика, которая определяется параметрами прочности клеевого соединения на сдвиг.

Повышение термокомпенсационной способности за счет увеличения толщины слоя клея-герметика недопустимо ввиду неизбежного снижения несущей способности клеевого соединения.

Компенсация теплового расширения между переходным и стыковочным шпангоутами за счет зазоров между ними также обладает аналогичными противоречиями. Для большей компенсации при увеличении длительности эксплуатации необходимо увеличивать величину зазоров, а это вызывает снижение несущей способности обтекателя. Эффективность теплозащитного кольца, предназначенного для снижения прогрева ввиду его малой толщины при увеличении длительности эксплуатации становится незначительной. Увеличение толщины теплозащитного кольца для повышения теплозащиты ограничено из-за малой строительной высоты конструкции т.е. разницы между наружным и внутренним диаметром, которая регламентирована рядом аэродинамических, радиотехнических и конструктивных требований.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик увеличение длительности эксплуатации и повышение прочности при силовых и тепловых воздействиях на обтекатель. Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве, включающем керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, металлический шпангоут, состоящий из конической обечайки и стыковочного кольца и соединенный с керамическим колпаком слоем эластичного теплостойкого клея, на внутренней поверхности предусмотрен дополнительный конус, обратный посадочному, в котором эластичным теплостойким клеем закреплено разрезное металлическое кольцо, связанное с обечайкой шпангоута соединительными элементами.

Толщина клеевого слоя принята превышающей разницу тепловых расширений металлического шпангоута и керамического колпака на всем рабочем диапазоне температур, а между торцами стыковочного кольца и керамического колпака установлена упругодеформируемая прокладка, обеспечивающая снижение опасных для керамики контактных напряжений, возникающих при силовом нагружении обтекателя.

Названная совокупность признаков антенного обтекателя обеспечивает клеевое и механическое крепление металлического шпангоута к керамическому колпаку, что позволяет увеличить длительность эксплуатация обтекателя без снижения воспринимаемых нагрузок.

Проведенный анализ уровня техники, включающей поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Выделение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволяет определить совокупность существенных признаков, обеспечивающих достижение технического результата в заявленном устройстве и изложенных в формуле. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Заявителем проведен анализ известных технических решений и сравнение их с отличительными признаками заявляемого устройства. Заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, который позволил бы достигнуть вышеуказанного технического результата - компенсацию тепловых расширений разнородных материалов на более длинном температурном интервале.

Следовательно, заявленное изобретений соответствует условию "изобретательский уровень".

На приведенных чертежах изображен общий вид заявляемого антенного обтекателя. На фиг. 1 представлен общий вид. На фиг.2 в увеличенном масштабе изображен местный продольный разрез соединения керамического колпака с металлическим шпангоутом.

Антенный обтекатель включает керамический колчак 1 с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом и металлический шпангоут 2.

Металлический шпангоут состоит из конической обечайки 3, соединенной слоем эластичного клея-герметика 4 по сопрягаемым поверхностям с керамическим колпаком, и стыковочного кольца 5 - для соединения с ответным фланцем летательного аппарата.

На внутренней поверхности керамического колпака предусмотрен дополнительный конус 6, обратный посадочному конусу, в который слоем клея-герметика 7 вклеено разрезное металлическое кольцо 8, механически соединенное с обечайкой шпангоута ленточной шпонкой 9 или другими крепежными деталями: клиньями, винтами и т.п.

Между торцами керамического колпака и стыковочного кольца установлена упругодеформируемая неметаллическая прокладка 10 на основе термостойкой резины, обеспечивающая снижение контактных напряжений, возникающих при неосесимметричном нагружении обтекателя. Резиновое кольцо 11 обеспечивает герметизацию при соединении обтекателя с корпусом летательного аппарата.

В заявляемой конструкции обтекателя допустимо применение в качестве материала деталей шпангоута, кроме инвара, таких металлов, как титан, сталь, имеющих значительное рассогласование по коэффициенту термического расширения с керамикой. Значительно большее по сравнению с инваром тепловое расширение шпангоута из указанных материалов компенсируется соответствующим увеличением клеевого слоя. При этом несущая способность обтекателя не уменьшается, так как крепление керамического колпака к металлическому шпангоуту осуществлено не только клеевым, но и механическим способом, позволяющим сохранить работоспособность обтекателя при температурах аэродинамического разогрева, достигающего предельных значений температуры работоспособности клея-герметика, составляющей 350-400^oC, что вдвое превышает предельный температурный уровень работоспособности прототипа.

На основании этого следует заключить, что заявляемое изобретение соответствует условию промышленной применимости.

Источники информации 1. Патент США 4520364, кл. Н 01 Q 1/28, 1/42, 1985.

2. Патент РФ 2090956, кл. Н 01 Q 1/42, 1994.

Формула изобретения

Антенный обтекатель, содержащий керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, металлический шпангоут, состоящий из конической обечайки и стыковочного кольца, и соединенный с керамическим колпаком слоем эластичного теплостойкого клея, отличающийся тем, что на внутренней поверхности керамического колпака предусмотрен конус, обратный посадочному конусу, в котором эластичным теплостойким клеем закреплено разрезное металлическое кольцо, связанное с обечайкой шпангоута соединительными элементами, при этом толщина клеевого слоя между керамическим колпаком и обечайкой шпангоута принята превышающей разницу их тепловых расширений на всем рабочем диапазоне температур, а между торцами керамического колпака и стыковочного кольца шпангоута установлена упругодеформируемая неметаллическая прокладка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2