Антенный обтекатель
ANTENNA FAIRING

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Рост скоростей и длительности полета современных летательных аппаратов и как следствие увеличение нагрева поверхности обтекателя приводит к необходимости разработки конструктивных решений, направленных на обеспечение рабочей температуры аппаратуры, размещенной под обтекателем, и принятия мер по обеспечению работоспособного узла соединения.
Наиболее близким конструктивным решением является обтекатель с теплозащитным экраном по патенту Российской Федерации №2644621 «Антенный обтекатель» (МПК H04Q 1/42, зарегистрирован 13.02.2018). Выбранная в качестве прототипа конструкция включает керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный во внутренней полости соосно с ним куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, выполненный трехслойным, в котором внешние слои выполнены из термостойкого стеклопластика, а внутренний слой из теплостойкого материала, присоединенный к оболочке и шпангоуту через теплоизоляционное кольцо термостойким адгезивом.
Недостатком этого решения является невозможность сохранения герметичности конструкции в условиях длительного высокотемпературного и высокотемпового нагрева, требующего применении пористых керамических материалов для изготовления внешней оболочки, из-за отсутствия материалов (пропиток и лакокрасочных покрытий), применяемых для герметизации пористой керамики, имеющих температуру термодеструкции выше реализуемой в условиях аэродинамического высокотемпературного нагрева.
Задачей настоящего изобретения является надежное обеспечение работоспособности аппаратуры, размещенной во внутреннем объеме антенного обтекателя, в условиях длительного высокотемпературного нагрева с одновременным обеспечением заданного уровня герметичности внутреннего объема.
Технический результат изобретениядостигается тем, что предложен:
1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и соосно присоединенный с помощью термостойкого адгезива к оболочке и шпангоуту через теплоизоляционное кольцо куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, отличающийся тем, что теплозащитный экран выполнен из двух и более слоев с герметичным внутренним слоем из стеклопластика.
2. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что керамическая оболочка соединена со шпангоутом посредством теплостойкого адгезива по сопрягаемым поверхностям, а теплозащитный экран в свою очередь соединен с внутренней поверхностью шпангоута с помощью термостойкого адгезива и обеспечивает герметичность внутреннего объема.
3. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что работоспособность соединения оболочки со шпангоутом достигается подбором толщины оболочки в зоне соединения из условия обеспечения в клеевом шве температур, не превышающих уровень рабочих температур, применяемого адгезива и условия обеспечения в шпангоуте температур, в диапазоне которых ТКЛР материала шпангоута согласован с ТКЛР материала оболочки.
4. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что работоспособность соединения оболочки со шпангоутом достигается оптимизацией конструкции шпангоута в части введения продольных прорезей, количество и конфигурация которых определяется из условия максимально возможного снижения температурных напряжений в керамической оболочке от температурного распора и организацией в торце оболочки зоны напуска для минимизации «краевого эффекта» за счет исключения в этой зоне заполнения адгезивом зазора между оболочкой и шпангоутом.
На чертеже представлена реализация предложенного технического решения. Поставленная задача обеспечивается за счет следующих конструктивных решений.
Для обеспечения герметизации внутреннего объема внутренний слой экрана (3) выполнен герметичным из стеклопластика на основе фенолформальдегидного, полиамидного или кремнийорганического связующего методом пропитки под давлением или автоклавным формованием, что решает проблему герметизации при применении в качестве материала оболочки пористой керамики, а герметизация непосредственно оболочки невозможна из-за высоких температур, превышающих температуру деструкции применяемых для этих целей материалов (пропиток, лакокрасочных покрытий).
Внешние слои экрана (3) выполнены из стеклопластика на основе алюмохромфосфатного, фенолформальдегидного, полиамидного или кремнийорганического связующего. Материал, количество и последовательность расположения внешних слоев определяется из условия обеспечения заданных радиотехнических характеристик антенного обтекателя. Пространство между слоями заполнено теплоизоляционным материалом с низкой теплопроводностью и низким значением диэлектрической проницаемости ε=1,5…2,5.
Герметизация узла соединения обеспечивается за счет установки экрана (3) по внутренней поверхности шпангоута (2), посредством термостойкого адгезива (5), таким образом конструкция экрана со шпангоутом представляет собой замкнутый герметичный контур.
Зона внутреннего слоя экрана (3), расположенная за радиопрозрачной зоной, имеет утолщение, предназначенное для придания достаточной жесткости.
Сборка «экран-шпангоут» в свою очередь соединена с переходным кольцом (4), предназначенным для крепления обтекателя на ответный отсек ракеты.
Работоспособность узла соединения керамической оболочки (1) и металлического шпангоута (2) в условиях высокотемпературного нагрева обеспечивается:
- подбором толщины оболочки в зоне соединения из условия обеспечения в клеевом шве температур, не превышающих уровень рабочих температур, применяемого адгезива и условия обеспечения в шпангоуте температур, в диапазоне которых ТКЛР материал шпангоута согласован с ТКЛР материала оболочки;
- оптимизацией конструкции шпангоута в части введения продольных прорезей, количество и конфигурация которых определяется из условия максимально возможного снижения температурных напряжений в керамической оболочке от температурного распора и организацией в торце оболочки зоны напуска для минимизации «краевого эффекта» за счет исключения в этой зоне заполнения адгезивом зазора между оболочкой и шпангоутом;
- подбором длины клеевого шва, которая рассчитывается из условия обеспечения достаточной прочности клеевого соединения.
Заявляемая конструкция по сравнению с прототипом позволяет повысить надежность обтекателя при кардинальном увеличении суммарного температурного и силового воздействия и обеспечить герметизацию внутреннего объема обтекателя.