Рупорный излучатель и способ его изготовления
Владельцы патента RU 2466484:
Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)
Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам их изготовления, и к способам соединения деталей, охватывающих одна другую, с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала, а другая из металла. Рупорный излучатель содержит трубу с раструбом и фланец, соединенные с помощью клея так, что внутренние поверхности фланца и раструба образуют внутреннюю поверхность излучателя. В трубе выполнены продольные прорези длиной, меньшей или равной длине трубы до начала раструба. Способ соединения деталей, при котором одна деталь охватывает другую, характеризуется тем, что в месте соединения на охватывающей детали - трубе, устанавливается бандаж из нитей, пропитанных клеем, при этом нить наматывается с усилием, а на трубе выполнены продольные прорези. Техническим результатом является повышение технологичности изготовления, снижение массы конструкции, повышение качества клеевого соединения деталей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам их изготовления, и к способам соединения деталей, охватывающих одна другую, с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала, а другая из металла.
Известно рупорное антенное устройство, состоящее из полого металлического волновода круглого сечения (трубы), к одному концу которого присоединен полый металлический волновод в виде конического рупора и диэлектрического излучателя (патент РФ №2052876).
Раструб, питающий волновод (труба) и фланец вышеупомянутого устройства конструктивно выполнены в виде одной детали. Такие детали обычно изготавливают методом механической обработки. Известен способ обработки конической поверхности детали вращающимся цилиндрическим инструментом (а.с. СССР №1379017), а также способ обработки деталей с коническими поверхностями, имеющими поперечное сечение в форме эллипса (патент РФ №2071395).
Недостатками конструкции и способов изготовления являются низкая технологичность, низкий коэффициент использования материала (КИМ), относительно высокая масса конструкции излучателя, полученного таким способом.
Известен способ соединения деталей, охватывающих одна другую, между которыми помещают трикотажный шнур-чулок из металлонитей, поверх которого наносят слой клея, совмещают и фиксируют детали (прототип, патент РФ №2179268).
Недостатком способа является недостаточная прочность соединения в условиях знакопеременных температур при использовании деталей из материалов с различными коэффициентами линейного теплового расширений (КЛТР), например, при соединении, когда деталь из композиционного материала охватывает деталь из металла, так как в этом случае охватывающая деталь не имеет возможности свободно деформироваться.
Задачей изобретения ставится повышение технологичности изготовления рупорного излучателя, снижение массы конструкции, повышение качества клеевого соединения деталей, охватывающих одна другую, и прочности этого соединения в условиях знакопеременных температур.
Поставленная задача решается тем. что рупорный излучатель состоит из трубы с раструбом и фланца, при этом трубу из углепластика соединяют с помощью клея с металлическим фланцем, предназначенным для крепления излучателя, имеющим наружную охватываемую поверхность с сечением, по форме идентичным сечению трубы, но с меньшими размерами, при которых образуется по контуру зазор между этими деталями, равный предполагаемой толщине сетчатой основы и клея, и внутреннюю поверхность так, что внутренняя поверхность фланца и внутренняя поверхность раструба принадлежат теоретической (расчетной) поверхности излучателя, а также тем, что склеивание деталей, охватывающих одна другую, при котором производят подготовку поверхностей соединяемых деталей, между которыми помещают сетчатую основу - шнур-чулок из металлонитей, поверх которой наносят слой клея, совмещают и фиксируют детали, осуществляют так, что место соединения подматывают нитями, пропитанными клеем, с натяжением, необходимым для плотного прилегания деталей, при этом на охватывающей детали - трубе - предварительно выполняют продольные прорези длиной, меньшей или равной, чем длина трубы до начала раструба.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых показано:
- на фиг.1 - общий вид рупорного излучателя в разрезе;
- на фиг.2 - выносной элемент А с фиг.1;
- на фиг.3 - разрез трубы с раструбом;
- на фиг.4 - вид на трубу по стрелке Б с фиг.3.
Заявляемый рупорный излучатель конструктивно выполнен в виде сборочной единицы, состоящей из двух деталей: трубы с раструбом 1 и фланца 2. Труба может иметь любое сечение (круг, эллипс, многоугольник), а также изменять свое сечение на расширяющемся участке - раструбе, например с круга на эллипс, при этом внутренняя поверхность раструба принадлежит теоретической поверхности излучателя. На трубе имеются продольные прорези 5 длиной, меньшей или равной длине трубы до начала раструба, с равномерным шагом а. Фланец служит для крепления излучателя к элементам антенны. Фланец имеет наружную охватываемую поверхность с сечением, по форме идентичным сечению трубы, но с меньшими размерами, при которых образуется по контуру зазор между данной поверхностью и трубой, равный предполагаемой толщине сетчатой основы и клея. Внутренняя поверхность фланца повторяет теоретическую поверхность излучателя на данном участке. Фланец устанавливается в трубу так, что его внутренняя поверхность и внутренняя поверхность раструба принадлежат теоретической поверхности излучателя. Соединение этих деталей осуществляется с помощью клея, при этом в клеевое соединение помещают сетчатую основу - шнур-чулок 3.
Заявляемый рупорный излучатель изготавливается следующим образом.
Изготавливают трубу с раструбом 1 необходимого сечения из углепластика известными приемами формообразования на оправке. На трубе выполняют продольные прорези 5. Изготавливают фланец 2 необходимой конфигурации. Производят подготовку соединяемых поверхностей деталей известными приемами обезжиривания. На охватываемую поверхность фланца в качестве тепло- и электропроводной сетчатой основы надевают металлотрикотажный шнур-чулок 3 и фиксируют его от сползания, затем наносят клей. Детали совмещают на оправке таким образом, что внутренняя поверхность фланца и внутренняя поверхность раструба принадлежат теоретической поверхности излучателя. Затем при помощи этой оправки детали фиксируют. На наружную поверхность трубы в месте соединения устанавливают бандаж 4 из нитей, пропитанных клеем, при этом нить наматывают с натяжением, необходимым для плотного прилегания деталей. После отверждения клея сборочную единицу снимают с оправки. Выступающий во внутреннюю полость излучателя шнур-чулок обрезают.
Положительный эффект достигается применением трубы с раструбом из углепластика, которая образует практически всю внутреннюю поверхность рупорного излучателя. В результате значительно повышается технологичность изготовления и КИМ, при этом расходы на материалы уменьшаются на 70%, а трудозатраты на 40% (по сравнению с рупорными излучателями, изготавливаемыми механической обработкой), а также снижается масса конструкции (до 40%).
Повышение качества клеевого соединения деталей и прочности этого соединения в условиях знакопеременных температур достигается за счет того, что охватывающая деталь - труба, имеющая продольные прорези на цилиндрическом участке, стягивается бандажом из нитей, пропитанных клеем, при этом обеспечивается лучшее прилегание деталей друг к другу и практически отсутствует вероятность непроклея. Также продольные прорези повышают прочность соединения деталей в условиях знакопеременных температур, так как охватывающая деталь может свободно деформироваться.
Испытания заявляемого рупорного излучателя показали, что использование углепластикового раструба вместо металлического обеспечивает требуемые радиотехнические характеристики. Клеевое соединение деталей выдержало нагрузку 5000 Н (500 кгс), при этом разрушения клеевого соединения не обнаружено. В ходе испытания на термоциклирование (±150°С) разрушений (трещин, расслоений и сколов углепластика, трещин и отслоений клеевого соединения) не отмечено.
1. Рупорный излучатель, состоящий из трубы, раструба и фланца, отличающийся тем, что труба с раструбом и фланец являются отдельными деталями, при этом материалом трубы является углепластик, а материалом фланца - металл; фланец имеет наружную охватываемую поверхность с сечением, по форме идентичным сечению трубы, но с меньшими размерами, при которых образуется по контуру зазор между этими деталями, равный предполагаемой толщине сетчатой основы и клея, а детали соединяются так, что внутренняя поверхность фланца и внутренняя поверхность раструба принадлежат теоретической поверхности излучателя, при этом на трубе выполнены продольные прорези длиной, меньшей или равной длине трубы до начала раструба.
2. Способ соединения деталей, охватывающих одна другую, при котором осуществляют подготовку поверхностей соединяемых деталей, между которыми помещают шнур-чулок из металлонитей, поверх которого наносят слой клея, совмещают и фиксируют детали, отличающийся тем, что на охватывающей детали - трубе выполняют продольные прорези длиной, меньшей или равной длине трубы до начала раструба, а место соединения подматывают с усилием нитями, пропитанными клеем.
3. Способ соединения деталей по п.2, отличающийся тем, что в качестве нитей используют стеклянные нити, которые укладывают в несколько слоев.
