Конструкция рефлектора зеркала антенного из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к области авиационно-космической техники, в частности к созданию прецизионных размеростабильных антенных рефлекторов с высокоточными отражающими поверхностями сложной геометрии, искривленными в двух измерениях. Антенный рефлектор из полимерных композиционных материалов состоит из подкрепленной тонкой оболочки сложной кривизны и набора ребер. Причем ребра расположены ортогональным образом и совпадают по направлению со структурой армирования слоев композита оболочки. В максимально нагруженных местах используются ребра двутаврового типа. Технический результат заключается в повышении прочности, жесткости, увеличении размерной стабильности, снижении веса, а также в упрощении размещения крепления изделия и различного подвесного оборудования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области авиационно-космической техники, в частности к созданию прецизионных размеростабильных антенных рефлекторов с высокоточными отражающими поверхностями сложной геометрии, искривленными в двух измерениях. Такие рефлекторы применяют в панорамных радиолокационных системах самолетов, выполненных из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с минимальными массовыми характеристиками для эксплуатации в условия полета, с большими механическими и тепловыми нагрузками.

Уровень техники

В настоящее время антенные рефлекторы различного конструктивного исполнения широко используются в системах связи, дистанционного зондирования и природного мониторинга. Совокупная жесткость оболочки отражателя и подкрепляющего ее оребрения должна обеспечивать значительные нагрузки на рефлектор без нарушения геометрии его отражающей поверхности. Основными требованиями, предъявляемыми к антенным отражателям для авиации и космоса помимо радиотехнических, являются высокая жесткость, терморазмеростабильность и низкий вес.

При этом отклонение профилей отражающих поверхностей антенных рефлекторов от теоретических должно быть не более 0,02…0,05 мм.

Известны сборные, многослойные сотовые, сетчатые оребренные конструкции с различным расположением ребер. Например, отражатели с гибридной треугольно-гексагональной структурой, где ребра располагают под углом 60°, Патент RU 2556424 С2. Данные конструктивные решения в основном применимы для осесимметричных конструкций, когда поверхность рабочей части антенного рефлектора получается вращением кривой, гиперболы, вокруг фокальной оси. Такие конструктивные решения не в полной мере отвечают требованиям по размеростабильности и термостабильности конструкции рефлекторов с рабочими поверхностями более сложной формы, например многодиапазонными антеннами; а также затрудняют процесс конструирования рефлектора с возможностью подвижного крепления рефлектора и имеющего подвесного оборудования. Методы изготовления дороги и малоэффективны, а применение механических и клеевых соединений снижает эффективность использования ПКМ. Многоступенчатость технологий изготовления рассматриваемых конструкций приводит к накоплению технологических дефектов и, следовательно, к значительному разбросу термомеханических свойств материала, что усложняет задачу получения изделия с высокими требованиями к точности геометрических параметров рабочей поверхности в условиях эксплуатации.

Для достижения максимальной эффективности при использовании ПКМ предлагается применить метод интегральной конструкции, при котором конструкция, которая формируется (собирается) из не отвержденных или частично отвержденных компонентов с возможностью присоединения к ним также отвержденных элементов и последующим совместным формованием всей конструкции за один технологический цикл.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является патент RU 2230406 С2 от 27.08.2001 г.

Рефлектор представляет собой монолитную конструкцию интегрального типа, состоящую из тонкой оболочки с радиоотражающим покрытием рабочей стороны, подкрепленной с тыльной стороны радиальными Т-образными ребрами жесткости, вместе с опорными площадками выполнены из одного материала с оболочкой. Структура композита имеет продольную и поперечную схему армирования слоев. Ребра жесткости в данной конструкции располагаются по нормали к поверхности оболочки. Изготовление данной конструкции производится за один цикл термокомпрессионным методом в комбинации с вакуумным или автоклавным формированием.

Данное конструктивное решение, с радиальным расположением ребер, целесообразнее принять к осесимметричным конструкциям. В настоящее время для изготовления разнодиапазонных антенн и уменьшения поводок укладка тонких оболочек рефлекторов осуществляется двумя способами под углом 0°-90° или 0°-45°-90°. Применение первого способа увеличивает технологичность и уменьшает трудоемкость изготовления. В рассматриваемом рефлекторе ребра, не совпадающие по направлению со структурой армирования первого или второго способа укладки, несмотря на то, что сделаны из одинакового квазиизотропного ПКМ с оболочкой, будут иметь в пограничных слоях с оболочкой остаточные напряжения. В предложенной конструкции вместо Т-образных ребер можно использовать ребра двутаврового типа. В максимально нагруженных точках крепления рефлектора Т-образные ребра имеют меньшую прочность и жесткость по сравнению с ребрами двутаврового типа и для увеличения этих показателей приходится увеличивать количество ребер или толщину ребер, что негативно сказываться на изделии в целом при формовании за один цикл, а также приводит к увеличению массы изделия. В местах выкладки усиления таких ребер происходит осмоление, и это в свою очередь ухудшает радиофизические показатели рабочей поверхности рефлектора. Также радиальное расположение ребер предполагает специфическую разметку крепления рефлектора и сложного подвесного оборудования, позволяющего вращать зеркало вдоль оси Z и одновременно поворачивать вдоль оси X. В данной конструкции в перекрестиях ребер размещаются закладные элементы круглого сечения, что при значительных нагрузках может провести к провороту закладного элемента.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции, которая обеспечивает изготовление антенного рефлектора с различными сложными конфигурациями отражающей рабочей поверхности, без указанных недостатков.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении прочности, жесткости, увеличении размерной стабильности, снижении веса, а также упрощении размещения крепления изделия и различного подвесного оборудования.

Для достижения указанного технического результата предлагается интегральная конструкция антенного рефлектора из ПКМ, состоящая из тонкой оболочки сложной кривизны и набора подкрепляющих ребер, отличающаяся тем, что ребра могут быть расположены ортогональным образом и совпадать по направлению со структурой армирования слоев композита оболочки. Предложенная конструкция в совокупности с укладкой 0-90 улучшает технологичность изготовления изделий со сложными поверхностями и снижает трудоемкость изготовления. Такое расположение ребер при формировании интегральной конструкции исключает возможность появления термомеханических напряжений в пограничных слоях между оболочкой и ребрами.

В максимально нагруженных местах используются ребра двутаврового типа.

До режима окончательного формирования изделия размещаются закладные металлические элементы в виде элементов не круглого сечения.

Сущность изобретения

На фиг. 1 представлена интегральная конструкция из ПКМ, состоящая из тонкой оболочки, ребер жесткости и закладных элементов. Изделие получается за один цикл термокомпрессионным методом в комбинации с вакуумным или автоклавным формированием.

Оболочка представляет собой вытянутую по оси X и симметричную по оси Y вырезку 1 из сложной поверхности, полученную кривыми искривленными, в двух плоскостях. Она получается в результате укладки армирования слоев композита 0-90. В конструкции используются ребра 2, 3 и 4, расположение которых согласуется с местами креплений рефлектора и подвесного оборудования. После проведения прочностных расчетов выбираются высоты и толщины ребер. Для увеличения жесткости по эквидистанте вырезки рефлектора располагается ребро 4. Также в конструкции в максимально нагруженных точках рефлектора и уменьшения толщины ребра применяют ребра двутаврового типа 2, фиг. 2. В заявленной конструкции используются металлические закладные, фиг. 3, с низким коэффициентом линейного теплового расширения, элементы не круглого сечения, для увеличения прочности и жесткости изделия в местах заформовки закладных.

Предложенное авторами техническое решение обеспечивает реализацию изготовления антенного рефлектора в панорамной радиолокационной системе самолета.

1. Интегральная конструкция антенного рефлектора из полимерных композиционных материалов, состоящая из тонкой оболочки сложной кривизны и набора подкрепляющих ребер, отличающаяся тем, что ребра расположены ортогональным образом и совпадают по направлению со структурой армирования слоев композита оболочки.

2. Интегральная конструкция антенного рефлектора из полимерных композиционных материалов по п. 1, отличающаяся тем, что в максимально нагруженных местах используются ребра двутаврового типа.

3. Интегральная конструкция антенного рефлектора из полимерных композиционных материалов по п. 1, отличающаяся тем, что до режима окончательного формирования изделия размещаются закладные металлические элементы в виде элементов не круглого сечения.