АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ОБТЕКАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к авиационной технике, а именно к аэродинамическому обтекателю, обеспечивающему обнаружение и точное пространственное местонахождение наблюдаемых объектов в заданном спектральном диапазоне длин волн, например ИК-диапазоне.
Аэродинамический обтекатель устанавливают над обшивкой фюзеляжа авиационного носителя, и он защищает бортовое оптико-электронное оборудование, расположенное внутри фюзеляжа, от воздействия внешней среды, а также его используют в качестве пропускающего излучение оптического элемента.
Основными требованиями к оптическим аэродинамическим обтекателям являются: требования к качеству поверхности и материала оптического элемента, обтекаемые контуры формообразования и герметичность соединения элементов конструкции.
Известен обтекатель в виде колпака из керамической оболочки, переходной секции, с прокладкой из изоляционного материала, металлического шпангоута, металлического кольца обтекателя, причем керамическая оболочка в месте стыковки с переходной секцией выполнена сужающейся конусообразно (см. патент США №4520364, кл. H01Q 1/28, 1985)
Недостатком известной конструкции является то, что керамические материалы (например, кварцевая керамика) плохо согласуются по своим свойствам и коэффициенту термического расширения (КТР) с обычными металлами.
В условиях скоростного полета возникают значительные температурные градиенты, которые приводят к разрушению керамической оболочки из-за теплового расширения металлического шпангоута Известен аэродинамический обтекатель, состоящий из оптического элемента, выполненного из стекла марки ТСМ-209, прозрачного в диапазоне 0,5-5,5 мкм, встроенный в корпус из прочного материала и расположенный над поверхностью авиационного носителя (Патент РФ ПО №56332 по МКПО 12-16, 2003)
Известный обтекатель работает во встречном набегающем потоке, скорость которого составляет 1,5 М, герметичен, имеет полусферическую обтекаемую форму.
Недостатком известной конструкции является невысокий срок службы оптического элемента, вызванный повреждением его стеклянной поверхности малоразмерными, высокоскоростными частицами встречного набегающего потока пыли, что приводит к ухудшению оптических характеристик и необходимости замены элемента, связанной со значительной трудоемкость.
Известен аэродинамический обтекатель, состоящий из корпуса, закрепленного в нем оптического элемента, выполненного из прочного оптического материала, например, лейкосапфира, прозрачного в заданном спектральном диапазоне длин волн, причем корпус и оптический элемент плавно сопряжены и их поверхности создают обтекаемую поверхность (см. патент РФ №59523 по кл. B64D 29/04, 2006)
В известном устройстве обтекаемая поверхность может иметь полусферическую или овальную, или куполообразную форму.
Недостатками известной конструкции являются:
- невысокий срок службы оптического элемента, вызванный повреждением его стеклянной поверхности малоразмерными, высокоскоростными частицами встречного набегающего потока пыли, что приводит к ухудшению оптических характеристик и необходимости замены элемента, связанной со значительной трудоемкость.
-
трудность изготовления оптического элемента большого диаметра, сложной формы и заданной толщины с высокой геометрической точностью, из-за высокой стоимости исходной заготовки и длительного срока механической обработки изделия сложной формы, например, полусферы.
Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции аэродинамического обтекателя, имеющего высокий коэффициент запаса прочности, позволяющий выдерживать действие на него эксплуатационных механических нагрузок.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием аэродинамического обтекателя, включающего металлический корпус, закрепленный в нем оптический элемент, выполненный из прочного оптического материала и прозрачного в заданном спектральном диапазоне длин волн, причем металлический корпус и оптический элемент плавно сопряжены и их поверхности создают обтекаемую поверхность, в котором, согласно полезной модели, оптический элемент выполнен составным, одна часть которого выполнена в виде многогранника, другая - пластин в виде «лепестка», причем количество граней многогранника равно количеству пластин и их поверхности образуют обтекаемую поверхность.
Использование в качестве материала обтекателя прозрачного поликристаллического материала, например, селенида и/или сульфида цинка, обеспечивает прозрачность аэродинамического обтекателя в спектральном диапазоне 8-14 мкм с коэффициентом пропускания не менее 0,9.
Выполнение составных частей оптического элемента из разных материалов дает возможность варьировать оптические параметры аэродинамического обтекателя в зависимости от угла наблюдения и обеспечить заданные величины термических и механических свойств отдельных частей обтекателя в зависимости от степени воздействия внешней среды (например, центральная часть - многогранник - может быть изготовлена из более твердого абразивостойкого и термостойкого материала, а лепестки - из более мягкого, но более дешевого).
Предлагаемая полезная модель позволяет упростить процесс изготовления оптического элемента сложной формы с заданной толщины и высокой геометрической точностью.
Предлагаемый аэродинамический обтекатель поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где
На фиг. 1 показан аэродинамический обтекатель;
На фиг. 2 показаны пластина в виде «лепестка» и многогранник;
На фиг. 3 - показана сборка оптического элемента аэродинамического обтекателя;
На фиг. 4 показан составной оптический элемент.
Аэродинамический обтекатель состоит из металлического корпуса 1, закрепленного в нем оптического элемента, выполненного из прочного оптического материала и прозрачного в заданном спектральном диапазоне длин волн.
В качестве материала обтекателя могут использовать прозрачный поликристаллический материал, например, селенид и/или сульфид цинка Использование одного или другого материала зависит от технических задач, поставленных при изготовлении полезной модели.
Металлический корпус 1 и оптический элемент плавно сопряжены и их поверхности образуют обтекаемую поверхность 2.
Оптический элемент выполнен составным, одна часть которого выполнена в виде многогранника 3, а другая - нескольких пластин 4, имеющих вид «лепестка», причем количество граней многогранника равно количеству пластин и их поверхности образуют полусферу.
Составные части обтекателя могут образовывать более сложную поверхность вращения, например, сочленение сферической поверхности с гиперболической, конической и/или цилиндрической.
В зависимости от технических и технологических возможностей количество граней у многогранника может быть любым.
Пластины 4 могут быть в виде или трапеций, или прямоугольников и.т.д. Причем длина верхней кромки пластины 4 может быть не менее длины стороны многоугольника 3.
Для лучшей установки оптического элемента в корпусе на внутренней его стороне выполнены места установки в них «лепестков» (на черт, не показаны)
Составные части 3 и 4 оптического элемента могут быть выполнены из разных материалов.
Предлагаемый аэродинамический обтекатель изготавливают следующим образом:
Из плоских пластин 4 оптического поликристаллического материала (ОПМ), например, селенида цинка (ZnSe) вырезают двенадцать заготовок в виде «лепестка» и одну заготовку в виде двенадцатигранника 3
Выбирают оснастку для механической обработки, которая необходима для придания «лепесткам» нужной формы с заданным радиусом кривизны.
Затем проводят обработку поэтапно:
1. Обдирка «лепестков»:
вырезанные «лепестки» обдирают сначала для придания им черновой формы наружной поверхности (выпуклой), а затем внутреннюю поверхность «лепестков» обдирают для придания «лепесткам» вогнутой поверхности (внутренней).
2. Шлифовка и полировка «лепестков».
3. Двенадцатигранник обрабатывают по той же схеме.
4. Боковые поверхности «лепестков» и двенадцатигранника торцуют на планшайбе под углом с использованием специальной оснастки (на черт не показано)
5. Сборка «лепестков» 4 и двенадцатигранника 3 осуществляют на оснастке. Для того, чтобы подогнать составные части оптического элемента друг к другу используют «спейсеры» в виде стальной проволоки
Склейку производят, например, герметиком «Виксинт» У-2-28
6. Далее остатки герметика удаляют механически, и аэростатический обтекатель очищают растворителем.
Был изготовлен и испытан опытный образец предлагаемой полезной модели
В результате испытаний было подтверждено что, полученный при эксплуатации коэффициент запаса прочности по напряжениям составляет 4,51, а это значит, что предлагаемый аэростатический обтекатель выдержит действие на него эксплуатационных механических нагрузок.