АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ
ANTENNA DOME

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей, являющихся укрытием от аэродинамического воздействия антенных устройств головок самонаведения (АУ ГСН).
Рост скоростей и длительности полетов современных летательных аппаратов (ЛА) создает ряд проблем, снижающих надежность нормального функционирования АУ ГСН и конструкции обтекателя, обеспечивающего защиту от внешних воздействий размещенной в нем аппаратуры:
- при длительном высокотемпературном аэродинамическом воздействии на обтекатель существенно возрастает нагрев внутренней поверхности керамической оболочки обтекателя и элементов конструкции, размещенных в зоне узла соединения обтекателя с соседним отсеком ракеты, сопровождающийся переотражением тепла от нагретых поверхностей к элементам антенного устройства и нарушению устойчивой работы системы наведения;
- длительное воздействие повышенной внешней силовой нагрузки на полуволновую стенку керамической оболочки одновременно с высокотемпературным нагревом и динамическими нагрузками приводит к возникновению в хрупкой оболочке в зоне узла соединения значительных растягивающих напряжений, превышающих допустимые для керамического материала.
Нарушение нормального функционирования АУ ГСН возможно уже при нагреве внутренней поверхности оболочки до температур свыше 500°C, если не обеспечить защиту зеркала антенны от радиационного нагрева. В то же время необходимо обеспечить и нормальное восприятие внешней силовой и тепловой нагрузки на обтекатель элементами узла соединения (шпангоутом), исключив или значительно снизив радиационный и конвективный нагрев элементов АУ ГСН, находящихся под зеркалом антенны.
Задача разработки конструкции обтекателя сводится к созданию защитных устройств для укрытия АУ ГСН от недопустимого нагрева. Это требует разработки таких конструктивных решений, которые не снижают (или снижают некритично) радиотехнические параметры системы при прохождении электромагнитной энергии через диэлектрическую стенку керамической оболочки и обеспечивают конструкционную прочность обтекателя.
Известна конструкция антенного обтекателя по патенту США №3128466, кл. H01Q 1/42, 1964, включающая керамическую оболочку и металлический шпангоут, в которой непосредственно в носовой части внутренней полости оболочки, как наиболее нагретой, устанавливается радиопрозрачный теплозащитный экран (ТЗЭ) в виде плоской пластины, изготовленной из высокопористого теплозащитного материала. Недостатком такой конструкции является то, что такой экран защищает от переизлучения тепла на антенну только с той части внутренней поверхности оболочки, которая ограничена плоской пластиной.
Наиболее близким конструктивным решением является антенный обтекатель с ТЗЭ по патенту США №5691736, кл. H01Q 1/42, 1997, выбранный в качестве прототипа. Конструкция обтекателя включает установленные соосно внешнюю керамическую оболочку, внутреннюю оболочку, являющуюся теплозащитным экраном, и металлический стыковой шпангоут. Теплозащитный экран куполообразной формы выполнен из легкого высокопористого керамического материала и присоединен консольно к внутренней поверхности керамической оболочки, но не связан непосредственно со шпангоутом. Керамическая оболочка соединена по наружной поверхности со шпангоутом термостойким адгезивом, а между внутренней оболочкой (ТЗЭ) и керамической оболочкой выполнен гарантированный зазор. Металлический шпангоут защищен от внешнего аэродинамического воздействия дополнительной теплозащитной оболочкой, которая соединена с ним термостойким адгезивом.
Основным недостатком такой конструкции является то, что не используется возможность подключения внутренней оболочки (ТЗЭ) для восприятия внешней силовой нагрузки, воздействующей на обтекатель, с целью разгрузки хрупкой керамической оболочки и не обеспечивается совместное восприятие этой нагрузки внешней и внутренней оболочками одновременно, что не способствует повышению общей несущей способности обтекателя в целом.
Задачей настоящего изобретения является надежное обеспечение работоспособности антенного обтекателя с полуволновой однослойной стенкой керамической оболочки в условиях нестационарного высокотемпературного воздействия на ее наружную поверхность за счет использования внутренней оболочки (ТЗЭ) не только с целью исключения нагрева АУ ГСН сверх допустимого, но и для подкрепления наружной керамической оболочки при значительной силовой нагрузке (изгибающий момент) в узле соединения с соседним отсеком ракеты.
Поставленная задача решается тем, что предложен:
<mrow><mover><mi>ε</mi><mo>'</mo></mover></mrow>
<mrow><mover><mi>ε</mi><mo>'</mo></mover></mrow>
1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный во внутренней полости оболочки соосно с ними куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, отличающийся тем, что экран выполнен из термостойкого стеклопластика с диэлектрической проницаемостью
=3,0-3,5 и соединен с оболочкой термостойким адгезивом по всей поверхности прилегания к оболочке, во внутренней полости экрана установлено металлическое кольцо, соединенное с экраном термостойким адгезивом, а со шпангоутом - через экран крепежными элементами, на наружную и внутреннюю поверхности экрана нанесено теплостойкое покрытие с коэффициентом излучения
≤0,4.
2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого стеклопластика для теплозащитного экрана выбран стеклопластик на основе кремнийорганического, полиимидного или фенолформальдегидного связующих и кварцевых стеклотканей сатинного и объемного плетения.
3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что крепежные элементы выполнены в виде шпилек или винтов, а резьба выполнена в шпангоуте.
4. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что теплостойкое покрытие экрана выполнено кремнийорганической или фторопластовой эмалью.
На чертеже представлено продольное сечение антенного обтекателя с теплозащитным экраном.
Антенный обтекатель включает керамическую оболочку 1, металлический стыковой шпангоут 2 и теплозащитный экран 3 в виде однослойной оболочки куполообразной формы со сферической головной радиопрозрачной частью 4, соосно соединенный термостойким адгезивом 5 с оболочкой и 6 - с металлическим кольцом 7, которое связывает экран со шпангоутом посредством крепежных элементов 8.
В зоне узла соединения обтекателя теплозащитный экран, приклеенный по всей поверхности прилегания к керамической оболочке, защищает антенное устройство от переизлучения тепла со всей внутренней поверхности керамической оболочки и шпангоута, одновременно снижая температуру внутреннего кольца и излучение с его поверхности, и воспринимает внешнюю силовую нагрузку (изгибающий момент), передаваемую оболочкой, увеличивая общий момент сопротивления сечения в месте приложения нагрузки.
Выбор термостойких адгезивов для соединения элементов конструкции обтекателя между собой обусловлен уровнем температур на стыке соединяемых деталей: при прогреве клеевого слоя в соединении до температур, превышающих 300°C, оболочка и экран могут быть соединены жесткими термостойкими клеями, например ВК-58 или ВК-15, а металлическое кольцо 7 с экраном - эластичным герметиком типа "Виксинт" У-2-28.
Применение в конструкции теплозащитного экрана в виде однослойной оболочки, изготовленной из прочного радиопрозрачного и термостойкого до температур 600-800°C стеклопластика, позволяет снизить нагрев АУ ГСН до 70-80°C на режимах длительностью до 3-3,5 минут и обеспечить совместно с керамической оболочкой радиопрозрачность обтекателя в сантиметровом диапазоне длин волн не менее 80% (коэффициент пропускания не менее 0,8), что допустимо для нормальной работы системы наведения. При этом теплозащитный экран совместно с керамической оболочкой воспринимают внешнюю нагрузку (изгибающий момент) и передают ее на металлический стыковой шпангоут, чем и обеспечиваются конструкционная прочность и работоспособность соединения обтекателя с соседним отсеком ракеты.
Достигнутым результатом применения изобретения явилось создание работоспособной конструкции антенного обтекателя с оболочкой, изготовленной из кварцевой керамики, в условиях повышенного нестационарного аэродинамического воздействия общей длительностью до 3 минут.