АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ
ANTENNA DOME

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов.
Известен антенный обтекатель по патенту РФ №2090956, МПК 6 Н01Q 1/42 (БИ №26, 20.09.97 г.). Рассматриваемый антенный обтекатель включает керамический колпак, переходной шпангоут из инвара, склеенный эластичным клеем-герметиком по внутренней расточке в керамическом колпаке, и теплозащитное кольцо из стеклопластика. Свободный конец шпангоута заходит в кольцевую вильчатую проточку в стыковочном шпангоуте с предусмотренным зазором и фиксируется радиально расположенными стержнями, установленным также с зазором.
Имеющееся в конструкции теплозащитное кольцо предназначено для снижения общего уровня аэродинамического прогрева, а разница тепловых расширений переходного и стыковочного шпангоутов компенсируется за счет предусмотренных зазоров. При этом разница между тепловым расширением керамического колпака и переходного шпангоута из инвара компенсируются за счет эластичного клеевого соединения между ними.
Данная конструкция применима для использования при малой длительности эксплуатации и сравнительно невысоком уровне силовых нагрузок.
Причинами, препятствующими достижению более высоких технических характеристик, являются нижеперечисленные факторы. Компенсирующая способность эластичного клеевого соединения между керамическим колпаком и металлическим шпангоутом из инвара является ограниченной ввиду быстрого роста коэффициента термического расширения инвара при температурах свыше 300°С и малой толщины слоя клея-герметика, которая определяется параметрами прочности клеевого соединения на сдвиг.
Повышение термокомпенсационной способности за счет увеличения толщины слоя клея-герметика недопустимо ввиду неизбежного снижения несущей способности клеевого соединения.
Компенсация теплового расширения между переходным и стыковочным шпангоутами за счет зазоров между ними также обладает аналогичными противоречиями. Для большей компенсации при увеличении длительности эксплуатации необходимо увеличивать величину зазоров, а это вызывает снижение несущей способности обтекателя.
Эффективность теплозащитного кольца, предназначенного для снижения прогрева, ввиду его малой толщины при увеличении длительности эксплуатации становится незначительной. Увеличение толщины теплозащитного кольца для повышения теплозащиты ограничено из-за малой конструктивной высоты конструкции, т.е. разницы между наружным и внутренним диаметром обтекателя, которая регламентирована рядом аэродинамических, радиотехнических и конструктивных требований.
Наиболее близким по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является антенный обтекатель по патенту РФ №2189674, МПК 6 Н01Q 1/42 (БИ 26, 20.09.2002 г.).
Головной обтекатель летательного аппарата включает керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности прямым и обратным конусами, металлический шпангоут и разрезной металлический вкладыш.
Металлический шпангоут соединяется с керамическим колпаком по внешнему прямому конусу клеем на основе кремнийорганических каучуков, а металлический разрезной вкладыш устанавливается по внутреннему обратному конусу и также соединяется клеем с керамическим колпаком. Между собой шпангоут и разрезной металлический вкладыш механически связаны, например, посредством крепежных клиньев.
Таким образом, в рассматриваемой конструкции осуществлено клеевое и механическое соединение керамического колпака и металлического шпангоута по прямому и обратному конусам, выполненным на внутренней поверхности керамического колпака.
Клеевое соединение керамического колпака с металлическим шпангоутом сохраняет работоспособность до температуры начала деструкции клея, что составляет примерно 180°С для клеев на кремнийорганической основе. Разрезной металлический вкладыш, установленный по внутреннему обратному конусу, обеспечивает дополнительное механическое крепление керамического колпака и металлического шпангоута и тем самым расширяет диапазон работоспособности соединения до температур, превышающих предел работоспособности клея.
Прочность этого металлического крепления примерно пропорциональна длине обратного конуса на внутренней поверхности колпака. Но эти размеры строго ограничены рядом аэродинамических и конструктивных требований к габаритам обтекателя и поэтому несущая силовая способность соединения керамического колпака и металлического шпангоута имеет свои пределы, которые не удовлетворяют более нагруженным и длительным режимам эксплуатации летательных аппаратов.
Кроме того, принятая в конструкции увеличенная толщина клея как конструктивный элемент для термокомпенсации расширения металлического шпангоута имеет свои ограничения по температуре, так при температуре свыше 300°С эластичные клеи на кремнийорганической основе превращаются в жесткую керамоподобную массу и эффект термокомпенсации сводится к нулю.
Таким образом, повышение несущей силовой нагрузки на обтекатель и увеличение продолжительности его рабочего режима обеспечивается одновременным выполнением двух технических требований: дополнительным механическим креплением металлического шпангоута и керамического колпака и снижением уровня температуры на шпангоуте за счет применения конструктивных элементов, снижающих передачу тепла, т.е. играющих роль тепловых барьеров и при этом имеющих минимальные габариты и массу.
Рассматриваемая конструкция прототипа согласно патенту РФ №2189674 МПК 6 H01Q 1/42 одновременно этим требованиям не удовлетворяет.
Задачей настоящего изобретения является увеличение продолжительности рабочего режима эксплуатации обтекателя и, соответственно, увеличение дальности полета летательного аппарата.
Решение задачи обеспечивается следующей совокупностью технических признаков заявляемой конструкции.
Антенный обтекатель, включающий керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности конусом, обратным посадочному конусу, конусный металлический шпангоут и разрезное металлическое кольцо, соединенное с металлическим шпангоутом и керамическим колпаком по сопрягаемым поверхностям клеем на полисилоксановой основе и крепежными элементами со шпангоутом, отличающийся тем, что разрезное металлическое кольцо выполнено длиной, соизмеримой с длиной сопрягаемой части керамического колпака и конусного металлического шпангоута, и имеет буртик, опирающийся на торец керамического колпака, а крепежные элементы выполнены в виде вставок Т-образного сечения и установлены в сквозных окнах металлического шпангоута и разрезного металлического кольца.
На фиг.1 представлен общий вид антенного обтекателя, на фиг.2 дан в увеличенном масштабе разрез узла соединения, на фиг.3 изображен продольный разрез вставки в сквозном окне металлического шпангоута, на фиг.4 представлен поперечный разрез по месту установки крепежной вставки.
Антенный обтекатель включает керамический колпак 1, конусный металлический шпангоут 2, разрезное металлическое кольцо 3, соединенное с керамическим колпаком и конусным металлическим шпангоутом по сопрягаемым поверхностям слоями клея на полисилоксановой основе 4 и 5.
Разрезное металлическое кольцо имеет на одном конце конус 6, соответствующий ответном конусу на внутренней поверхности керамического колпака, а на другом конце - буртик 7, опирающийся на торец керамического колпака. Крепежные элементы 8 в виде вставок Т-образного сечения осуществляет беззазорное соединение шпангоута и разрезного металлического кольца.
Как показано на фиг.3, размер сквозных окон в шпангоуте и разрезном металлическом кольце соответствует размеру вставок, причем размер сквозных окон по ширине на разрезном металлическом кольце меньше размера соответствующих сквозных окон на шпангоуте.
Вставки фиксируют осевое положение шпангоута и разрезного металлического кольца своими боковыми гранями, при этом за плечиками вставки опираются только на разрезное металлическое кольцо.
Такое конструктивное исполнение предотвращает местный контакт вставок с керамическим колпаком в рабочем режиме при неосесимметричном нагружении обтекателя.
Для осуществления монтажа крепежных вставок и их фиксации на концах вставок предусмотрены уступы или скосы, как показано на фиг.4. Кроме того, дополнительная фиксация крепежных вставок для предотвращения выпадания при возможных вибрационных нагрузках осуществляется и за счет клея, которым при монтаже заполняют все зазоры в окнах шпангоута и разрезного металлического кольца.
Заявляемая конструкция обеспечивает работоспособность обтекателя при более высоких силовых нагрузках и длительных режимах эксплуатации. Это достигается за счет механического крепления шпангоута с керамическим колпаком по его внутреннему обратному конусу и торцу.
Кроме того, в конструкцию введены дополнительно слои герметика и металла, вследствие чего температуропроводность многослойной стенки снижается, и подвод тепла к шпангоуту во времени замедляется, что приводит к увеличению ресурса работы обтекателя.
Заявляемая конструкция антенного обтекателя обеспечивает работу летательных аппаратов при повышенных скоростных или более продолжительных режимах эксплуатации.