Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей. Антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное соосно между ними теплоизоляционное кольцо, выполненное из термостойкого стеклопластика с низким модулем нормальной упругости при растяжении и тепловым коэффициентом линейного расширения, превышающим тепловой коэффициент линейного расширения керамики, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойкими адгезивами. При этом оболочка и кольцо соединены адгезивом с низкой пластичностью и величина радиального зазора между ними составляет 0,25-0,4 мм, а кольцо и шпангоут соединены эластичным адгезивом на основе силоксанового каучука и величина радиального зазора между ними рассчитывается по формуле S=ΔR1+ΔR2, где S - радиальный зазор между теплоизоляционным кольцом и металлическим стыковым шпангоутом; ΔR1 - расчетное радиальное расширение теплоизоляционного кольца; ΔR2 - расчетное радиальное расширение металлического стыкового шпангоута. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности антенного обтекателя в условиях длительного теплосилового воздействия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей с оболочками, изготавливаемыми из термостойкой конструкционной керамики, обеспечивающих защиту антенных устройств головок самонаведения ракет (АУ ГСН) от аэродинамического теплосилового воздействия в автономном полете ракеты.

Основной проблемой создания работоспособного и надежного во всех условиях эксплуатации такого обтекателя является разработка конструкции узла стыковки хрупкой керамической оболочки с металлическим шпангоутом, обеспечивающим соединение обтекателя с соседним отсеком ракеты.

Эта проблема обусловлена сложностью соединения керамической оболочки, диэлектрический материал которой имеет низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) и невысокие прочностные характеристики, с металлическим шпангоутом, материал которого, напротив, имеет более высокие ТКЛР и модуль нормальной упругости. Их непосредственное соединение, например, с помощью термостойкого адгезива в условиях повышенного нагрева при эксплуатации приводит к разрушению керамической оболочки, чаще всего от теплового распора шпангоутом.

В ракетной технике в последнее время находят применение новые конструктивно-технологические решения по созданию обтекателей, в которых для снижения теплового воздействия шпангоута на керамическую оболочку уже используются установленные между ними промежуточные элементы, обладающие относительно невысокой жесткостью. Это позволяет уменьшить прогрев шпангоута, демпфировать его радиальные тепловые перемещения и обеспечить работоспособность обтекателя при длительном теплосиловом воздействии, вызванном увеличением параметров полета ракет.

Известна конструкция антенного обтекателя (патент США №4520364, МПК 6 H01Q 1/28, 1/42, 1985), состоящая из керамической диэлектрической оболочки, металлического шпангоута и теплоизолирующей секции в виде кольца, расположенной соосно с ними, введение которой в конструкцию позволяет снизить температуру металлического шпангоута до приемлемых значений и избежать теплового распора оболочки. Однако такая конструкция имеет ограниченное применение, т.к. не может обеспечить работоспособность обтекателя в условиях повышенного теплосилового воздействия в течение длительного времени, поскольку зависит от теплопрочности применяемых в соединениях адгезивов и теплоизолирующей секции.

Наиболее близким устройством по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является антенный обтекатель по патенту РФ №2536361, МПК H01Q 1/42, 2014, включающий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное во внутренней полости оболочки, соосно с ними, теплоизоляционное кольцо, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойким адгезивом. Теплоизоляционное кольцо выполнено из термостойкого конструкционного стеклопластика с ТКЛР, превышающим ТКЛР керамики, но с модулем нормальной упругости, значительно меньшим модуля нормальной упругости материала оболочки, с целью снижения напряжений растяжения в оболочке, вызываемых радиальными тепловыми перемещениями элементов конструкции.

Причинами, ограничивающими применение данного изобретения, являются:

- при использовании в обоих клеевых слоях трехслойной конструкции узла соединения обтекателя термостойких адгезивов типа герметиков, обладающих высокими пластическими свойствами (относительным удлинением не менее 100%), величина радиальных зазоров между элементами конструкции, заполняемых адгезивом, определяется обычным расчетом их радиальных перемещений при нагреве: оптимальный зазор между оболочкой и кольцом при температуре клеевого слоя, достигающей 450-550°C, составляет 0,5-0,7 мм, а зазор между кольцом и шпангоутом при температуре клеевого слоя, достигающей 280-320°C, не должен превышать 0,3 мм. При этом суммарное радиальное перемещение кольца и шпангоута, прочно соединенных между собой, демпфируется слоем адгезива в зазоре между оболочкой и экраном, имеющем высокие пластические свойства, сопровождающееся неразрушающим поджатием оболочки, тепловое стеснение элементов конструкции отсутствует, и ее работоспособность зависит только от уровня воздействия внешней нагрузки;

- в узлах соединения, воспринимающих значительное теплосиловое воздействие на обтекатель, используются адгезивы с более высокими характеристиками прочности (τсдв), но они обладают, как правило, пониженными пластическими свойствами (относительное удлинение значительно меньше 100%), и демпфирования суммарных радиальных перемещений экрана и шпангоута не происходит, что приводит к усилению теплового стеснения элементов конструкции и разрушению оболочки от распора. При этом стеклопластиковое кольцо, будучи зажатым между оболочкой и шпангоутом, не имеет возможности упруго деформироваться и передает даже незначительные тепловые перемещения шпангоута на оболочку, что приводит к разрушению обтекателя от суммарного воздействия внешней нагрузки и теплового распора оболочки. Поскольку собственное тепловое расширение кольца, имеющего относительно низкий модуль нормальной упругости и, чаще всего, меньшую толщину стенки, вызвать распор оболочки не может, основная роль в разрушении оболочки от распора принадлежит металлическому шпангоуту, имеющему значительно более высокий модуль нормальной упругости, хотя и меньший ТКЛР в рабочем интервале температур (инварные сплавы);

- стеклопластиковые кольца, как правило, имеют теплопроводность ниже теплопроводности керамической оболочки, и это способствует тому, что в клеевом соединении с эластичным адгезивом замедляется передача тепла по толщине стенки кольца, радиальное расширение кольца "запаздывает" и либо температура адгезива превышает допустимую, либо задерживается поджатие оболочки через адгезив, происходит деструкция адгезива и сползание оболочки с кольца, а затем и разрушение под действием внешней нагрузки (изгибающего момента).

Обтекатель состоит из керамической оболочки, теплоизоляционного кольца и металлического шпангоута. Эти детали значительно отличаются по теплофизическим характеристикам материалов, из которых они изготовлены, и при использовании в значительно теплонагруженных соединениях оболочки с кольцом термостойких адгезивов, характеризующихся высокой прочностью, но пониженными пластичностью и демпфирующей способностью, чтобы избежать разрушения оболочки от распирающего воздействия суммарного расширения теплоизоляционного кольца и шпангоута, необходимо отделить воздействие радиального расширения шпангоута от воздействия радиального расширения кольца.

Задачей настоящего изобретения является создание антенного обтекателя, работоспособного в условиях значительного теплосилового воздействия на него.

Поставленная задача решается тем, что предложен:

1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное соосно между ними теплоизоляционное кольцо, выполненное из термостойкого стеклопластика с низким модулем нормальной упругости при растяжении и тепловым коэффициентом линейного расширения, превышающим тепловой коэффициент линейного расширения керамики, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойкими адгезивами, отличающийся тем, что оболочка и кольцо соединены адгезивом с низкой пластичностью и величина радиального зазора между ними составляет 0,25-0,4 мм, а кольцо и шпангоут соединены эластичным адгезивом на основе силоксанового каучука и величина радиального зазора между ними рассчитывается по формуле

S=ΔR1+ΔR2,

где S - радиальный зазор между теплоизоляционным кольцом и металлическим стыковым шпангоутом;

ΔR1 - расчетное радиальное расширение теплоизоляционного кольца;

ΔR2 - расчетное радиальное расширение стыкового шпангоута.

2. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого адгезива с низкой пластичностью выбран высокотемпературный кремнийорганический клей-герметик полиаддиционного отверждения или клей на основе модифицированных фенольных смол и кремнийорганических соединений.

На чертеже представлено продольное сечение антенного обтекателя в зоне узла соединения с соседним отсеком.

Антенный обтекатель включает керамическую оболочку 1, металлический стыковой шпангоут 2 и теплоизоляционное кольцо 3, соосно соединенное термостойкими адгезивами 4 и 5 с оболочкой и шпангоутом. Теплоизоляционное кольцо изготовлено из стеклопластика с модулем нормальной упругости, значительно меньшим, а ТКЛР большим, чем у материала керамической оболочки в интервале эксплуатационных температур обтекателя.

В представленной конструкции узла соединения в клеевом соединении оболочки с кольцом используются адгезивы типа высокотемпературных кремнийорганических клеев-герметиков полиаддиционного отверждения ГПО-2 (ТУ 1-596-483-2011) и ГПО-15 (ТУ 1-596-522-2015), теряющие свои пластические свойства при нагреве свыше 300°C, или жесткие клеи типа ВК-15 (ТУ 6-05-1456-77), созданные на основе модифицированных фенольных смол и кремнийорганических соединений. Поскольку температура в клеевом соединении шпангоута и стеклопластикового кольца не должна превышать 280-320°C, в этом соединении может быть использован эластичный адгезив с высокой пластичностью на основе силоксанового каучука типа герметика Виксинт У-2-28 (ТУ 38.303-04-04-90).

Стеклопластиковое кольцо, будучи жестко связанным с оболочкой, передает внешнюю нагрузку, воздействующую на оболочку, на металлический шпангоут и не может своим радиальным расширением вызвать распор оболочки, поскольку имеет низкий модуль нормальной упругости и, как правило, меньшую толщину стенки. В то же время радиальное расширение шпангоута демпфируется достаточной величиной слоя адгезива с высокой пластичностью и осуществляет поджатие кольца, чтобы не возникло отрыва адгезива ни от кольца, ни от шпангоута.

Такое взаимодействие элементов конструкции достигается тем, что радиальный зазор между оболочкой и кольцом S1 выбирают из условия обеспечения прочности при сдвиге, как это делается в клеевых соединениях с жестким адгезивом, а расчетный тепловой зазор между шпангоутом и кольцом S увеличивают на величину расчетного суммарного радиального расширения стеклопластикового кольца и шпангоута, выполняя соотношение

S=ΔR1+ΔR2.

В оптимальном варианте величина зазора в соединении кольца со шпангоутом в реальной конструкции обтекателя составляет 0,5-0,6 мм, а величина зазора в клеевом соединении оболочки и кольца принимается:

- S1=0,2-0,4 - для клеев-герметиков с пониженной пластичностью (менее 100%);

- S1=0,1-0,3 мм - для жестких клеев.

Для относительно жестких термостойких адгезивов, в рабочем состоянии подвергающихся циклической смене положительных и отрицательных температур, зазор между кольцом и шпангоутом может быть скорректирован с учетом температурных перемещений керамической оболочки.

Торцевой зазор S2 по стыку оболочки и шпангоута соседнего отсека ракеты может быть выбран конструктивно, исходя из особенностей обеспечения герметичности изделия, и на выбор радиальных зазоров практически не влияет.

Достигнутым техническим результатом применения изобретения является создание работоспособной конструкции обтекателя для условий повышенного и длительного аэродинамического воздействия.

1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное соосно между ними теплоизоляционное кольцо, выполненное из термостойкого стеклопластика с низким модулем нормальной упругости при растяжении и тепловым коэффициентом линейного расширения, превышающим тепловой коэффициент линейного расширения керамики, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойкими адгезивами, отличающийся тем, что оболочка и кольцо соединены адгезивом с низкой пластичностью и величина радиального зазора между ними составляет 0,25-0,4 мм, а кольцо и шпангоут соединены эластичным адгезивом на основе силоксанового каучука и величина радиального зазора между ними рассчитывается по формуле

S=ΔR1+ΔR2,

где S - радиальный зазор между теплоизоляционным кольцом и металлическим стыковым шпангоутом;

ΔR1 - расчетное радиальное расширение теплоизоляционного кольца;

ΔR2 - расчетное радиальное расширение металлического стыкового шпангоута.

2. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого адгезива с низкой пластичностью выбран высокотемпературный кремнийорганический клей-герметик полиаддиционного отверждения или клей на основе модифицированных фенольных смол и кремнийорганических соединений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к радиопрозрачным обтекателям скоростных летательных аппаратов различных классов.

Изобретение относится к авиационной технике. Самолет с обтекателем антенн содержит радиопрозрачный обтекатель и элементы его стыковки с поверхностью фюзеляжа.

Использование: изобретение относится к области судостроения, а именно к способам изготовления обтекателей антенн гидроакустических станций, и касается вопросов их конструирования.

Изобретение относится к области радиотехники и касается разработки конструкций с пониженным коэффициентом отражения радиоволн для защиты плавающих средств от воздействия падающего излучения и внешних факторов окружающей среды.
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и касается изготовления антенных обтекателей скоростных ракет различных классов. Узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата содержит металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности по центру склейки выполнены продольные сквозные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея, и уплотнительное кольцо.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано при изготовлении радиоэлектронных устройств, в частности приемо-передающих модулей активных фазированных антенных решеток.

Использование: область судостроения, а именно при разработке конструкций гидроакустических станций, и касается наружных форм и размеров обтекателя антенны. Сущность: разработана конструкция гибкого безреберного обтекателя антенны гидроакустической станции, конструкция которой содержит узел крепления, имеющий зону плавного перехода от участка локального усиления к остальной части оболочки обтекателя, выполненного в виде двух сужающихся пучков ткани.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к антенным обтекателям. Техническим результатом изобретения является снижение искажений вносимых обтекателем в поле падающей волны.

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.

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.

Изобретение относится к радиопрозрачному компоненту. Радиопрозрачный компонент (1), который включает в себя радиопрозрачное тело (3), предпочтительно пластиковое тело, причем по меньшей мере часть поверхности имеет слой (5), состоящий в основном из кремния, причем толщина состоящего в основном из кремния слоя (5) находится в пределах от 10 нм до 100 нм, причем между радиопрозрачным телом и состоящим в основном из кремния слоем (5) нанесен промежуточный слой (7), включающий в себя полимерный слой, который состоит из отверждаемого УФ-излучением лака, для сглаживания возможных поверхностных структур, при этом на состоящий в основном из кремния слой (5) в качестве защищающего от окружающей среды слоя нанесен полимерный слой (9), который состоит из отверждаемого ультрафиолетовым излучением лака. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники, преимущественно к головным обтекателям летательных аппаратов различных классов.Головной антенный обтекатель ракеты включает оболочку из керамического материала, переходной металлический шпангоут, согласованный по КТЛР с материалом оболочки, соединенный с оболочкой по сопрягаемым коническим поверхностям эластичным термостойким адгезивом, стыковой шпангоут, переходной шпангоут, соединенный со стыковым шпангоутом соосно и ограниченный от осевого перемещения с одной стороны двумя взаимно ответными буртиками, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, а с другой стороны - штифтами, зафиксированными в стыковом шпангоуте и установленными с зазором в глухие отверстия переходного шпангоута, уплотнительное кольцо, установленное в проточку на торце переходного шпангоута. На наружной поверхности переходного металлического шпангоута вдоль образующей выполнены канавки шириной 10-20 мм и глубиной до 2/3 от исходной толщины в каждом поперечном сечении соединяемой части шпангоута с керамической оболочкой, и шириной 10÷20 мм. На взаимно ответных буртиках выполнены конические посадочные поверхности, а у штифтов на одном конце выполнен конус для фиксации в ответной конической расточке в глухих отверстиях переходного шпангоута, а на другом - резьба для крепления в стыковом шпангоуте.Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является повышение технических характеристик летательных аппаратов, в частности по продолжительности рабочего режима. 3 ил.
Изобретение относится к способу изготовления антенных обтекателей ракет из кварцевой керамики, работающих в сложных климатических условиях. Способ включает формование керамической оболочки методом шликерного литья из водной суспензии кварцевого стекла в гипсовой форме, сушку, обжиг и механическую обработку оболочки алмазным инструментом, герметизацию и упрочнение оболочки органополимером, радиодоводку, сборку оболочки с металлическим шпангоутом при помощи герметика. В качестве исходного сырья используется кварцевое стекло с содержанием SiO2 не менее 99,8%, а формование керамической заготовки осуществляют из полидисперсного водного шликера кварцевого стекла с зерновым составом от 0,1 до 500 мкм, плотностью 1,87-1,90 г/см3 с предусмотренным отводом и сбором гравитационного осадка, спекание материала производится в воздушной среде по режимам, исключающим образование кристобалита до пористости 8,0-11,0% и прочности при изгибе не менее 35 МПа, затем производят механическую обработку изделия до заданных размеров алмазным инструментом с глубиной резания не более 2,0 мм, упрочнение и герметизацию пористой оболочки пропиткой по внутренней поверхности высокотемпературным кремнийорганическим полимером до 20-40% толщины стенки и диэлектрической проницаемостью материала радиопрозрачной зоны оболочки не выше 3,5 единиц, радиодоводку по наружной поверхности путем плавного профилирования толщины стенки алмазным инструментом, соблюдая требования по контуру изделия, после чего наносятся два слоя кремнийорганической эмали типа КО-5189, один слой суспензии эмали с пониженной вязкостью (для частичной пропитки пористой керамики), второй - для формирования сплошной пленки с общей толщиной до 100 мкм, а сборка изделия с инваровым шпангоутом осуществляется при помощи эластичного герметика У-2-28 на специальном стапеле с центровкой и прижимом шпангоута и оболочки до постоянной толщины клеевого шва в пределах 0,1-0,4 мм. Технический результат заключается в повышении работоспособности обтекателей ракет.

Изобретение «Антенный обтекатель ракеты из кварцевой керамики и способ его изготовления» относится к конструкции и технологии изготовления антенных обтекателей ракет из керамических материалов, а точнее из кварцевой керамики. Представленное техническое решение, включающее оболочку из пористой кварцевой керамики, упрочненную и герметизированную органополимером и соединенную с металлическим шпангоутом из инварового сплава при помощи герметика, отличается тем, что оболочка представляет собой резонансную конструкцию с утолщением стенки в зоне крепления шпангоута на 15-45% по сравнению с радиопрозрачной зоной с целью повышения прочностных и теплозащитных свойств оболочки и увеличением осевой толщины носка внутрь оболочки до (0,3-1,0)λ - рабочей длины волны антенны для улучшения РТХ обтекателя, выполненного из кварцевой керамики плотностью 1,97-2,01 г/см3, прочностью при изгибе не ниже 50 МПа после упрочнения и герметизации по внутренней и наружной поверхности органополимером на общую толщину (глубину) не более 0,1λ. Способ изготовления антенного обтекателя ракеты включает формование керамической заготовки методом шликерного литья в гипсовой форме из водного шликера кварцевого стекла с содержанием SiO2 не менее 99,9% при влажности 13-16% полидисперсного зернового состава с размером частиц в пределах 0,1-500 мкм, спекание оболочки по режиму, исключающему образование в материале кристобалита до плотности 1,97-2,01 г/см3, после чего производят механическую обработку изделия алмазным инструментом до заданных параметром и толщины стенки с утолщением в зоне шпангоута и носка, а также нанесение и пропитку пористой оболочки органополимером, например ТМФТ, МФСС-8, по внутренней поверхности и фторопластовыми или кремнийорганическими эмалями по наружной поверхности до общей толщины не более 0,1λ. Предложенное техническое решение обеспечивает получение антенных обтекателей ракет с улучшенными радиотехническими и прочностными характеристиками. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель», предназначенным для работы в совмещенных диапазонах. Широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных частотных некратных диапазонах содержит обтекатель со стенкой из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, у которого электрическая толщина стенки для среднего угла падения плоской волны на обтекатель на нижней кратной частоте, расположенной ниже средней частоты нижнего рабочего диапазона на величину, равную сумме четверти от средней частоты верхнего рабочего диапазона и половины средней частоты нижнего рабочего диапазона, кратна π, причем внутренний и внешний слои выполнены с профилем по толщине, подобранным при доводке на радиотехническом стенде. Технический результат заключается в снижении искажений, вносимых стенкой в фазу поля падающей волны. 18 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей. Антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное соосно между ними теплоизоляционное кольцо, выполненное из термостойкого стеклопластика с низким модулем нормальной упругости при растяжении и тепловым коэффициентом линейного расширения, превышающим тепловой коэффициент линейного расширения керамики, соединенное с оболочкой и шпангоутом термостойкими адгезивами. При этом оболочка и кольцо соединены адгезивом с низкой пластичностью и величина радиального зазора между ними составляет 0,25-0,4 мм, а кольцо и шпангоут соединены эластичным адгезивом на основе силоксанового каучука и величина радиального зазора между ними рассчитывается по формуле SΔR1+ΔR2, где S - радиальный зазор между теплоизоляционным кольцом и металлическим стыковым шпангоутом; ΔR1 - расчетное радиальное расширение теплоизоляционного кольца; ΔR2 - расчетное радиальное расширение металлического стыкового шпангоута. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности антенного обтекателя в условиях длительного теплосилового воздействия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх