Антенный обтекатель


 


Владельцы патента RU 2536360:

Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей, являющихся укрытием от аэродинамического воздействия антенных устройств головок самонаведения (АУ ГСН). Технический результат - снижение теплового воздействия на АУ ГСН и снижение температуры прогрева шпангоута в условиях нестационарного аэродинамического нагрева с обеспечением высоких радиотехнических характеристик в широком диапазоне частот. Для этого антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут, куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран и теплоизоляционное кольцо. Экран выполнен трехслойным с внешними слоями из термостойкого стеклопластика на основе хромалюмофосфатного, полиимидного, кремнийорганического или фенолформальдегидного связующих и внутренним слоем, выполненным из теплостойкого материала на основе стеклянного или кремнеземного волокон. На наружную поверхность экрана нанесено теплостойкое покрытие. Теплоизоляционное кольцо жестко присоединено к экрану или выполнено за одно целое с ним из материала внешних слоев экрана, и соединено с оболочкой и шпангоутом термостойким адгезивом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей, являющихся укрытием от аэродинамического воздействия антенных устройств головок самонаведения (АУ ГСН).

Рост скоростей и длительности полетов современных летательных аппаратов (ЛА), приводящих к значительному нагреву радиопрозрачных оболочек обтекателей, изготавливаемых из керамических диэлектрических материалов, вызвал ряд технических проблем, связанных с обеспечением заданных радиотехнических характеристик (РТХ) в более широкой, чем обычно, полосе частот сантиметрового диапазона длин волн (до 1 ГГц вместо ±1% от F0) и надежностью функционирования как самого обтекателя, так и размещенной в нем аппаратуры, т.к.:

- большая длительность высокотемпературного аэродинамического воздействия на обтекатель приводит к нагреву АУ ГСН, превышающему допустимый для ее надежного функционирования;

- повышенный нагрев оболочки в зоне узла соединения обтекателя с соседним отсеком ЛА (ракеты) не позволяет использовать в конструкции наиболее оптимальный вариант непосредственного соединения керамической оболочки с металлическим стыковым шпангоутом с помощью термостойких адгезивов.

Нагрев элементов АУ ГСН сверх допустимого обусловлен переизлучением тепла от нагретой до высоких температур внутренней поверхности керамической оболочки (1000-1200°С) в радиопрозрачной зоне. При автономных полетах ракет в течение длительного времени (до 10-15 мин) с возрастанием нагрева наружной поверхности обтекателя на отдельных участках траектории до 1500-1700°C при полуволновой толщине стенки керамической оболочки максимальная температура внутренней поверхности стенки может достигать 1000-1200°C. При таком тепловом состоянии внутри оболочки температура в центре и на периферии зеркала антенны за счет переотражений тепла от внутренней поверхности стенки может достичь 400-450°C, что не приемлемо для обеспечения надежной работы АУ ГСН. Кроме того, при непосредственном соединении оболочки и шпангоута температура в клеевом соединении также повышается до 450-500°C и растягивающие напряжения в оболочке от распора шпангоутом, за счет значительной разницы ТКЛР их материалов, превышают предел прочности керамического материала.

Задача разработки конструкции обтекателя в радиопрозрачной зоне в этом случае сводится к нахождению варианта защиты АУ ГСН от недопустимого нагрева с помощью конструктивно-технологических решений, не снижающих радиотехнические характеристики (РТХ) АУ при прохождении электромагнитных волн через диэлектрическую стенку оболочки, а в зоне узла соединения - снижения прогрева шпангоута с целью ограничения его радиальных тепловых перемещений.

Известна конструкция антенного обтекателя по патенту США №3128466, кл. Н01Q 1/42, 1964, состоящая из керамической оболочки, металлического шпангоута и теплозащитного экрана (ТЗЭ), изготавливаемого в виде плоской пластины из высокопористого теплозащитного материала и устанавливаемого в носовой части керамической оболочки. Недостатком такой конструкции является то, что в ней теплозащитная пластина уменьшает переизлучение тепловой энергии только с той части внутренней поверхности оболочки, которая ограничена теплозащитной пластиной, что не обеспечивает защиту антенны от излучения тепла с остальной поверхности при большой длительности теплового воздействия.

Наиболее близким конструктивным решением является антенный обтекатель по патенту США №5691736, кл. H01Q 1/42, 1997, выбранный в качестве прототипа. Обтекатель включает установленные соосно внешнюю керамическую оболочку, внутреннюю оболочку, выполняющую функцию теплозащитного экрана, и металлический стыковой шпангоут. Теплозащитный экран куполообразной формы выполнен из легкого высокопористого керамического материала и присоединен к керамической оболочке, которая, в свою очередь, соединена со шпангоутом термостойким адгезивом. При этом между керамической оболочкой и внутренней оболочкой образован воздушный зазор, а металлический шпангоут защищен от внешнего нагрева теплозащитным покрытием в виде дополнительной оболочки.

Основным недостатком такого решения является то, что внутренняя однослойная радиопрозрачная оболочка экрана не обеспечивает требуемых радиотехнических параметров защищаемого антенного устройства, работающего в широком диапазоне рабочих частот, а дополнительная оболочка, защищающая металлический шпангоут узла соединения с соседним отсеком ракеты, не гарантирует его от недопустимого прогрева при длительном высокотемпературном аэродинамическом воздействии.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение работоспособности антенного обтекателя в широком диапазоне рабочих частот в условиях высокотемпературного нагрева элементов АУ ГСН и узла соединения, вызванного большой длительностью нестационарного высокотемпературного воздействия на конструкцию.

Поставленная задача решается тем, что предложен:

1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный соосно во внутренней полости оболочки куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, присоединенный к оболочке, отличающийся тем, что экран выполнен трехслойным, в котором внешние слои изготовлены из термостойкого стеклопластика с диэлектрической проницаемостью ε=3,0-3,5, а внутренний слой - из теплостойкого материала с диэлектрической проницаемостью ε=1,2-1,4 и коэффициентом теплопроводности λ≤0,1 Вт/м·К, на наружную поверхность экрана нанесено теплостойкое покрытие с коэффициентом излучения ε≤0,4, между оболочкой и шпангоутом размещено теплоизоляционное кольцо, жестко присоединенное к экрану или выполненное за одно целое с ним из материала внешних слоев экрана и соединенное с керамической оболочкой и металлическим шпангоутом теплостойким адгезивом.

2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что внешние слои теплозащитного экрана выполнены из стеклопластика на основе хромалюмофосфатного, полиимидного, кремнийорганического или фенолформальдегидного связующих.

3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что внутренний слой теплозащитного экрана выполнен из высокопористого теплостойкого материала на основе стеклянного или кремнеземного волокон.

4. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что теплостойкое покрытие наружной поверхности экрана выполнено кремнийорганической или фторопластовой эмалью.

На чертеже представлено продольное сечение антенного обтекателя.

Антенный обтекатель включает керамическую оболочку 1, металлический стыковой шпангоут 2 и теплозащитный экран 3 куполообразной формы со сферической радиопрозрачной частью 4, состоящий из трех слоев - внешних 5 и 6 и внутреннего 7 - и соосно соединенный термостойкими адгезивами 8 и 9 с оболочкой и шпангоутом. Общая толщина экрана δ и толщина внешних слоев 5 и 6 определяются из условий максимального пропускания электромагнитной энергии с минимальными искажениями электромагнитного поля при обеспечении тепловой защиты антенного устройства не выше заданных температур. Внутренний слой 7 изготовлен, например, из пластин или блоков высокопористого теплостойкого материала на основе стеклянного или кремнеземного волокон и уложен во внутренней полости экрана, как показано на выносном элементе А.

Между керамической оболочкой и шпангоутом размещено теплоизоляционное кольцо 10, выполненное отдельно и жестко присоединенное к теплозащитному экрану 3, как показано на выносном элементе Б, или выполнено за одно целое с теплозащитным экраном из материала внешних слоев экрана, как показано на выносном элементе В, и соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойким адгезивом.

Внешняя поверхность теплозащитного экрана защищена покрытием с низким коэффициентом излучения, например, кремнийорганической или фторопластовой эмалью белого цвета.

Выбор термостойких адгезивов для соединения элементов конструкции между собой обусловлен уровнем температур на стыке соединяемых деталей. Например, теплоизоляционное кольцо теплозащитного экрана, снижая прогрев шпангоута, может быть соединено с ним эластичным термостойким герметиком типа "Виксинт" У-2-28, а керамическая оболочка, теплозащитный экран по внешней поверхности в нерадиопрозрачной части и теплоизоляционное кольцо - жестким термостойким клеем, например, ВК-58 или ВК-15.

Расчетным путем получено и экспериментально подтверждено, что применение трехслойного радиопрозрачного теплозащитного экрана в предлагаемой конструкции обтекателя позволяет снизить нагрев АУ ГСН до 70-80°С, что допустимо для нормальной работы системы наведения, а теплоизоляционное кольцо в узле соединения позволяет снизить температуру металлического шпангоута до 180-200°С, т.е. до диапазона совместимости ТКЛР материалов оболочки и шпангоута. При этом коэффициент пропускания электромагнитной энергии непосредственно через ТЗЭ в широкой полосе частот (до 1 ГГц) достигает 0,95-0,98, что, в целом, обеспечивает высокие радиотехнические характеристики антенного обтекателя в этом диапазоне.

Достигнутым результатом применения изобретения явилось создание работоспособной конструкции антенного обтекателя для условий повышенного нестационарного аэродинамического воздействия общей длительностью до 10 минут.

1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный соосно во внутренней полости оболочки куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, присоединенный к оболочке, отличающийся тем, что экран выполнен трехслойным, в котором внешние слои изготовлены из термостойкого стеклопластика с диэлектрической проницаемостью ε=3,0-3,5, а внутренний слой - из теплостойкого материала с диэлектрической проницаемостью ε=1,2-1,4 и коэффициентом теплопроводности λ≤0,1 Вт/м·К, на наружную поверхность экрана нанесено теплостойкое покрытие с коэффициентом излучения ε≤0,4, между оболочкой и шпангоутом размещено теплоизоляционное кольцо, жестко присоединенное к экрану или выполненное за одно целое с ним из материала внешних слоев экрана и соединенное с керамической оболочкой и металлическим шпангоутом термостойким адгезивом.

2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что внешние слои теплозащитного экрана выполнены из стеклопластика на основе хромалюмофосфатного, полиимидного, кремнийорганического или фенолформальдегидного связующих.

3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что внутренний слой теплозащитного экрана выполнен из высокопористого теплостойкого материала на основе стеклянного или кремнеземного волокон.

4. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что теплостойкое покрытие наружной поверхности экрана выполнено кремнийорганической или фторопластовой эмалью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей, являющихся укрытием от аэродинамического воздействия антенных устройств головок самонаведения (АУ ГСН).

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенным системам. Технический результат - упрощение конструкции антенной системы и ослабление климатико-механических требований к составным частям антенной системы.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель». Технический результат - повышение коэффициента прохождения электромагнитной волны и снижение пеленгационных ошибок в системе «антенна-обтекатель» в широкой полосе частот.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к обтекателям гидроакустических станций. Технический результат - создание обтекателя антенн гидроакустических станций из композиционных материалов, обладающего повышенной прочностью и эксплуатационной надежностью с улучшенными акустическими свойствами.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиотехнических устройствах подводных судов. Технический результат - уменьшение громоздкости без увеличения задержки излучения и приема электромагнитных сигналов.

Изобретение относится к авиационной и ракетно-космической технике, а именно к головным отсекам (ГО) летательных аппаратов (ЛА). ГО ЛА содержит переднюю панель в виде клина с плоскими иллюминаторами, осесимметричную с переменным сечением боковую обечайку со стыковочным шпангоутом, складную телескопическую аэродинамическую иглу.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к защите антенн от воздействия внешних факторов окружающей среды. Техническим результатом является расширение диапазона частот проходящих радиоволн от 3 до 30 ГГц через многослойное радиопрозрачное укрытие для антенн с одновременным упрощением его конструкции.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может использоваться преимущественно в конструкциях высокоскоростных ракет различных классов. Технический результат - увеличение длительности эксплуатационного режима за счет сохранения прочности соединения металл-керамика при силовых и тепловых воздействиях на обтекатель.

Изобретение относится к конструктивным элементам фюзеляжа летательного аппарата. Обтекатель антенны, установленный на самолете, содержит радиопрозрачную переднюю и металлическую заднюю части, обшивку, подкрепленную силовым набором.

Изобретение относится к области создания конструкций антенных обтекателей высокоскоростных ракет с оболочками из жаростойких керамических материалов. Технический результат - обеспечение работоспособности антенного обтекателя для условий одновременного удовлетворения воздействию превалирующих нагрузок: тепловой - при менее значительной силовой и силовой - при менее значительной тепловой, а также при любом соотношении нагрузок на промежуточных траекториях.

Изобретение относится к области создания конструкций носовых антенных обтекателей ракет с оболочками, изготавливаемыми из жаростойких неорганических (керамических) материалов. Технический результат - повышение герметичности и устойчивости антенного обтекателя к воздействию динамических нагрузок в условиях длительного теплосилового воздействия. Для этого антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное между ними теплоизоляционное кольцо, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойким адгезивом. Кольцо выполнено из термостойкого стеклопластика на основе алюмохромфосфатного, полиимидного, кремнийорганического и фенолформальдегидного связующих. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при креплении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности узла крепления обтекателя с корпусом летательного аппарата за счет более точного базирования (центрирования) антенного обтекателя на шпангоуте. Узел крепления обтекателя с корпусом летательного аппарата содержит металлический шпангоут, соединенный с керамическим обтекателем слоем эластичного термостойкого клея. По окружности шпангоут имеет кольцевую проточку, заполненную эластичным термостойким клеем, по центру которой выполнены крестообразные сквозные пазы под углом 45° к продольной оси шпангоута. По краям и в центре пересечения пазов имеются сквозные отверстия. В части шпангоута, обращенной в сторону обтекателя, выполнены компенсаторы теплового расширения в виде осевых сквозных дополнительных пазов с отверстиями с образованием цанговых лепестков, непосредственно контактирующих своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью обтекателя. Крестообразные пазы и компенсаторы теплового расширения размещены поочередно и равномерно. 1 ил.

Изобретение относится к способу изготовления термостойкого элемента корпуса сверхзвукового летательного аппарата (ЛА) и касается переднего радиопрозрачного обтекателя корпуса. При изготовлении клиновидного радиопрозрачного переднего обтекателя корпуса ЛА применяют объемную многослойную пряжу оболочки обтекателя из термостойкой нити с пропиткой термоактивным связующим, формуют оболочки на оправке и отверждают связующее, затем механически обрабатывают поверхности оболочки, стыкуемые с корпусом. При этом предварительно изготавливают части обтекателя, в том числе верхнюю и нижнюю части оболочки, соединительную дугу, с формированием передней кромки обтекателя и стыковочных полок на ее верхней и нижней поверхностях для верхней и нижней частей оболочки и элементы их механического крепления. При изготовлении соединительной дуги продольные нити слоев пряжи укладывают по радиусу изгиба передней кромки обтекателя. После изготовления производят механическую обработку стыкуемых поверхностей частей обтекателя, наносят на них высокотемпературный клей и осуществляют механическую сборку и склеивание частей обтекателя. Достигается обеспечение возможности изготовления термостойкого клиновидного переднего обтекателя ЛА с необходимой продолжительностью работы и радиотехническими характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

,Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к широкополосным антенным обтекателям. Техническим результатом является повышение коэффициента прохождения и снижение искажений, вносимых обтекателем в поле падающей волны в широкой полосе частот. Для этого широкополосный обтекатель, содержащий однослойную стенку из материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, характеризуется тем, что стенка выполнена из диамагнитного материала µ≤1, с диэлектрической проницаемостью ε = 1 μ , с диэлектрическими tg(δε)<0,0100 и магнитными tg(δµ)<0,0100 потерями, где диэлектрическая проницаемость определяется как ε=ε′·(1+i·tg(δε)), а магнитная проницаемость определяется как µ=µ′·(1+i·tg(δµ)). 5 ил.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к разработке и производству радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов. Технический результат - повышение прочности узла соединения керамической оболочки с металлическим шпангоутом при теплопрочностных нагрузках и улучшение технологии изготовления. Узел крепления керамической оболочки антенного обтекателя с металлическим шпангоутом содержит керамическую оболочку и металлический шпангоут, соединенный с керамической оболочкой по сопрягаемым поверхностям слоем эластичного термостойкого адгезива. В шпангоуте выполнены равномерно расположенные по окружности отверстия, плотность распределения которых в осевом направлении для области соединения оболочки со шпангоутом пропорциональна величине распорных усилий, передаваемых от шпангоута к оболочке, при этом радиусы описанных окружностей отверстий выбираются из условия: R≥5H, где R - радиус описанной окружности, Н - толщина адгезив. 3 ил.

Способ по изобретению заключается в создании прочных тонких, механических поддерживающих структур для электромагнитного калориметра. Такими структурами являются ячеистые структуры из пропитанной эпоксидным связующим ткани из углеродного волокна. Техническим результатом, достигаемым при использовании способа по изобретению, является возможность изготовления механической структуры из углеродного волокна с высокой прочностью и точностью по толщине тонких стенок 20 мкм и плоскостности. Технический результат обеспечивается тем, что в отсутствии внешнего давления и автоклавов, для формирования нужных поверхностей и толщины стенок используются внешние формообразующие пластины и бруски сложной формы из высоколегированной стали, собранные в единую конструкцию высокопрочными винтами. Требуемые толщины и точность ячеистой структуры достигаются созданием при изготовлении формообразующих пластин и брусков гарантированных зазоров, задающих толщины стенки готового изделия с точностью 20 мкм, и качеством обработанной поверхности. Для осуществления способа по изобретению используется устройство, которое включает в себя детали формирования высокоточной внутренней и внешней геометрии тонкостенных сотовых структур, а также комплект дополнительных деталей, необходимых для сборки и перемещения устройства, и датчики системы контроля температуры оснастки в процессе изготовления ячеистых структур. Точность размеров изготавливаемых сотовых структур обеспечивается, прежде всего, за счет прецизионного позиционирования этих деталей относительно друг друга во время сборки пресс-формы, а также высокоточной обработки деталей оснастки. Для успешного создания требуемого образца в дальнейшем необходимо выполнить ряд стандартных операций, не относящихся к использованию данного устройства, а именно производится обрезка технологических и конструктивных элементов по краям альвеолы. Результатом создания устройства является возможность изготовления опорных ячеистых структур с толщиной стенки 200 мкм, точностью изготовления каждой ячейки 20 мкм и плоскостностью от 10 мкм. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности, может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей. Способ соединения керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата предполагает выполнение в металлическом шпангоуте продольных сквозных пазов. Пазы выполняются равномерно по окружности, а шпангоут соединяют с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея и посредством уплотнительного кольца. При этом перед соединением шпангоут со стороны, противоположной сопрягаемой поверхности, обклеивают полиэтиленовой лентой с липким слоем шириной, превышающей длину продольных пазов на 5-10 мм. Технический результат - повышение прочности и герметичности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях защитных устройств для различных антенн. Предложенный антенный обтекатель состоит из набора слоев высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов. Слои стеклопластика изготовлены на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°. Сектора слоев, выполненные в виде сферических треугольников, соединены между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированы по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу. Каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°. Полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента. Данное изобретение позволяет расширить область применения антенных обтекателей с упрощением технологического процесса изготовления и повышением прочности и надежности. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к полимерным радиопрозрачным композициям, предназначенным для устранения поверхностных дефектов радиопрозрачных обтекателей из ПКМ, и может быть использовано в изделиях ГА и других конструкциях из ПКМ. Полимерная радиопрозрачная композиция включает эпоксидный олигомер, модификатор-полиэфир, пигменты и органический растворитель. Композиция дополнительно содержит наполнитель - стеклянные микросферы и отвердитель - смесь полиэтиленполиамина и 50% раствора гексаметилендиамина или 2-метилпентаметилендиамина в изопропиловом спирте (при следующем соотношении компонентов, мас.%: эпоксидный олигомер 19-29; модификатор 20,7-31; пигменты 11,5-18,3; наполнитель 3-10; отвердитель 1-5; органический растворитель 21-35. В качестве пигментов композиция содержит смесь диоксида титана с оксидом хрома, или с цинковыми белилами, или с оксидом хрома. В качестве полиэфира полимерная композиция содержит полиэфир, представляющий собой продукт поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой. В качестве органического растворителя могут быть использованы этилгликольацетат, бутилацетат, ксилол, метилэтилкетон или их смесь в соотношении 4:4:1:1. Техническим результатом настоящего изобретения является понижение водопоглощения и повышение грибостойкости при сохранении адгезионных свойств полимерной композиции.3 з.п. ф-лы, 2 табл,1 пр.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к антенным обтекателям. Техническим результатом изобретения является снижение искажений вносимых обтекателем в поле падающей волны. Антенный обтекатель, снабженный узлом крепления к летательному аппарату, содержит диэлектрический корпус в форме колпака, на внешней и внутренней поверхностях которого закреплены реактивные двухмерные решетки из проводников, выполненные в виде доводочных кольцевых поясов. Подбором посредством доводочных операций на радиотехническом стенде места расположения доводочных кольцевых поясов по образующей, их количества и типа реактивных решеток обеспечивается снижение искажений вносимых обтекателем в поле падающей волны. 20 ил.
Наверх