ЗАЩИТНАЯ ПАНЕЛЬ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к ракетно-космической технике: конструктивным элементам плиточной теплозащиты фюзеляжа, крыльев, стабилизаторов и прочих конструктивных элементов летательного аппарата.
Ближайшим аналогом является защитная панель космического корабля «Буран» (см. https://www.buran.ru/htm/tersaf.h).
Теплозащита ЛА при спуске подвергается сильному нагреву и большим динамическим нагрузкам. При входе в атмосферу максимальные нагрузки действуют приблизительно 10 мин. Нижняя и большие части боковых поверхностей ЛА нагреваются до 100°С, акустические нагрузки достигают 165 ДБ, вибрации доходят до 35 ГЦ/дюйм.
Вся нижняя часть и боковые поверхности ЛА защищены многоразовой теплозащитой в виде легких керамических плиток с низким коэффициентом термического расширения, приклеенных вместе с индивидуальной эластичной подложкой к корпусу ЛА.
В основном плитки имеют форму прямоугольной призмы, наряду с этим имеются плитки специальных форм и размеров. Размер плиток зависит от величины теплового зазора и ограничен прочностью при тепловых и механических нагрузках. Большинство плиток имеют размеры верхней и нижней граней 150×150 мм. Толщина плиток зависит от температуры нагрева корпуса ЛА. На самой теплонапряженной нижней части ЛА толщина плитки составляет: у носка 32-58 мм, в средней части 50-55 мм, в хвостовой 60-72 мм.
Плитки изготовлены из керамического материала на основе волокон двуокиси кремния.
-7
Коэффициент термического расширения 5·10 1/град
Материал выдерживает температуру нагрева до 1250°С
3
Удельный вес плитки ТЗМК-25 0,25 г/см
Предел прочности при сжатии 1,8 МПА
Сверху и на боковые грани плиток нанесено специальное покрытие, которое придает плитке прочность и защищает ее от атмосферных осадков. Для осуществления газообмена внутри плитки во время взлета и при спуске ЛА это покрытие отступает от низа боковых граней на 5 мм.
Плитки крепятся на корпусе ЛА с зазорами между гранями. Величина зазора определяется величиной расширения плитки при нагреве, а также величиной деформации корпуса от действий статических и динамических нагрузок. Основной размер зазора на нижние части ЛА - 1 мм, на верхние части - 1,4 мм, допуск +/- 0,4 мм.
Зазоры между плитками заполнены термостойкой тканью из керамических нитей, которая сминается и расправляется.
Плитки приклеены к корпусу через эластичную подложку из синтетического фетра. Она уменьшает напряжения в плитке при деформации конструкции.
Для крепления слоев теплозащитного покрытия между собой (плитка+фетр) и всего элемента теплозащитного покрытия к обшивке (фетр+обшивка) использовался клей-герметик Эластосил 137-175М с рабочим диапазоном температур от минус -130°С до +300°С.
Недостатки аналога
1. Керамический материал, из которого изготовлены плитки, жаростойкий и легкий, но имеет небольшую прочность, что создает большую трудность в эксплуатации летательного аппарата.
2. Специальное покрытие, которое наносится на плитку:
выгорает от действий больших температур,
недолговечно,
недостаточно увеличивает прочность плитки.
3. Защитная панель летательного аппарата в основном состоит из плиток, имеющих форму прямоугольных призм, при этом плитки между собой не связаны и существует большая вероятность их отрыва в полете от воздействий больших давлений воздушного потока, вибраций, кручений и изгибов корпуса ЛА.
Технической задачей, вытекающей из критики аналога, является повышение прочности плиток и уменьшение вероятности их отрыва от корпуса летательного аппарата.
В связи с тем, что плитки имеют большую толщину, указанная техническая задача решается тем, что плитки вместо форм в виде прямоугольных призм имеют форму правильных наклонных призм, основания которых смещены относительно друг друга по направлению одной из диагоналей, при этом сверху на каждую плитку напрессована тонкостенная защитная оболочка из жаростойкого композитного материала с коэффициентом термического расширения таким же, как и у материала плитки. Для осуществления газообмена внутри плитки во время взлета и при спуске ЛА высота боковых граней оболочки меньше, чем у самой плитки.
К преимуществу предлагаемого покрытия также можно отнести следующее:
боковые грани смежных плиток перекрываются, тем самым увеличивается их прочность на отрыв;
удельное давление на наклонных боковых гранях меньше из-за их большей площади при одинаковой толщине плитки;
глубина теплового зазора больше, что увеличивает тепловое сопротивление;
при ремонте плитку не сложно заменить новой;
форма плитки позволяет хорошо укладывать ее на криволинейные поверхности;
при укладке плиток на цилиндрическую поверхность подрезается только одна ее грань;
для плоскости и цилиндрической поверхности предпочтительна квадратная форма плиток, для узких плоских поверхностей - ромбическая.
Заявленная полезная модель представлена на фиг. 1-2 и фотографиях 1, 2.
На фиг. 1 изображена защитная панель.
На фиг. 2 изображена часть защитной панели, показана плитка в плане и ее разрез.
На фиг. 1, фиг. 2 обозначено:
1 - защитная панель;
2 - обшивка летательного аппарата;
3 - плитка;
4 - зазор;
5 - оболочка плитки;
6 - эластичная подложка;
7 - отступ боковой поверхности оболочки от нижней плоскости плитки.
Защитная панель (1) предназначена для обеспечения тепловой защиты обшивки ЛА (2), плитки (З) защищают обшивку летательного аппарата от тепловых нагрузок, зазор (4) предназначен для компенсации температурного расширения плиток, оболочка (5) придает плитке прочность и улучшает ее эксплуатационные характеристики, эластичная подложка (6) уменьшает напряжения в плитке при деформации корпуса ЛА, отступ (7) предназначен для осуществления газообмена внутри плитки во время взлета и при спуске ЛА.
Для наглядности был изготовлен макет защитной панели летательного аппарата, который представлен на фотографиях 1 и 2.
Макет имеет размеры 1000×700 мм. Защищаемая поверхность имеет цилиндрическую форму радиусом 4 м. Плитки выполнены из твердого пенопласта. Размер плиток 150×150 мм и, толщина 50 мм. Верхнее основание плиток смещено относительно нижнего на 50 мм. Для плотной укладки плитки одна грань незначительно подрезалась. Плитки к поверхности приклеивались в разбежку.
Не закрепленные плитки хорошо держатся в гнездах, но имеют возможность выхода под углом к поверхности покрытия.