УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ОБТЕКАТЕЛЯ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОРПУСОМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ATTACHMENT ASSEMBLY OF CERAMIC FAIRING WITH METAL CASING OF AIRCRAFT

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Известен узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата (патент РФ №2189673 от 20.09.02), содержащий металлический шпангоут, в котором на наружной поверхности, равномерно по окружности, выполнены продольные несквозные пазы шириной, превышающей их глубину, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного термостойкого клея, стыковочный фланец и уплотнительное кольцо, при этом металлический шпангоут сочленен по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на торце металлического шпангоута и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны - упорным кольцом неподвижно соединенным со стыковочным фланцем.
К недостаткам известной конструкции относится то, что она работоспособна лишь в условиях, когда клей сохраняет свою эластичность, то есть до 200°C, а толстый клеевой шов ведет к быстрому его перегреву со стороны керамического обтекателя.
Наиболее близким решением является узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата, включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности выполнены продольные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея, и уплотнительное кольцо, продольные пазы выполнены сквозными, шириной 1-2 мм и протяженностью от 1/2 до 2/3 от длины склейки керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, при этом пазы расположены по центру склейки. Расстояние между ними составляет величину, равную длине склейки, а толщина клеевого шва устанавливается равной наибольшей разности радиальных температурных перемещений (патент РФ №2258283 от 10.08.05).
Предложенное решение обладает рядом недостатков. При значительной длине склейки относительно диаметра шпангоута и керамического обтекателя невозможно выполнить сквозные продольные пазы указанных размеров и на расстоянии друг от друга, равном длине склейки. Также при значительной длине склейки и большой толщине клеевого шва, при нагревании изделия до температуры свыше 200°C, свободное вытекание эластичного термостойкого клея из зоны клеевого шва через выполненные пазы окажется затрудненным, что повлечет возникновение напряжения осевого распора в керамическом обтекателе из-за расширения шпангоута и нарастания давления в клеевом шве, это в свою очередь снизит несущую способность конструкции узла при поперечной нагрузке на обтекатель. Перечисленные недостатки существенно ограничивают применение данного способа.
Задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности обтекателя.
Поставленная задача достигается тем, что предложен узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата, включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности по центру склейки выполнены продольные сквозные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея толщиной, равной наибольшей разности радиальных температурных перемещений, и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что пазы выполнены шириной, составляющей от 0,01 до 0,03 диаметра шпангоута, длиной от 2/3 до 5/6 длины склейки, а суммарная площадь пазов составляет от 6 до 10% площади склейки.
Авторами экспериментально установлено, что при соединении керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, в котором равномерно по окружности выполнены продольные сквозные пазы по центру склейки шириной, составляющей от 0,01 до 0,03 диаметра шпангоута, длиной от 2/3 до 5/6 длины склейки, обеспечивается работоспособность керамических обтекателей при прогреве шпангоута вплоть до 500°C. Если пазы выполнить меньше указанного размера, а расстояние между ними увеличить, то при нагревании расширение шпангоута приведет к возникновению опасных распорных напряжений. Если размер пазов увеличить, а расстояние между ними сократить, то шпангоут потеряет свою прочность и может при нагревании деформироваться, что негативно отразится на несущей способности обтекателя. Также если суммарная площадь пазов не превышает 10%, то сохраняется герметичность и прочность изделия, увеличивается несущая способность обтекателя к воздействию поперечной аэродинамической нагрузки. Влияние пазов на прочность клеевого соединения в изделии эквивалентно наличию непроклеев. Авторами было экспериментально установлено, что прочность клеевого соединения существенно снижается при общей площади непроклеев более 10% от площади клеевого соединения. При суммарной площади пазов меньше 6% количество пазов окажется меньше, чем необходимо для устранения распорных напряжений. Кроме того, пазы могут иметь неоднородную ширину по длине в пределах указанных размеров. Если наибольшая разность радиальных температурных перемещений окажется неодинаковой по длине склейки, то клеевой шов также имеет неравномерную толщину, тогда в зоне с большей толщиной пазы выполняют с уширением, это способствует вытеканию большего количества герметика из зон с его большим содержанием, что снижает вероятность возникновения распорных напряжений, и увеличивает несущую способность конструкции.
Узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата работает следующим образом.
При аэродинамическом нагреве узел крепления нагревается, в ходе чего герметик нагревается свыше 200°C, теряет свои эластичные свойства и переходит в вязкотекучее состояние, шпангоут расширяется и в клеевом шве возникает избыточное давление, вследствие чего герметик начинает вытекать через сквозные пазы шпангоута указанных размеров и суммарной площадью от 6 до 10% площади склейки, за счет чего избыточное давление равномерно выравнивается во всем клеевом соединении, это способствует снятию распорных напряжений в обтекателе и увеличивает его несущую способность при прогреве шпангоута вплоть до 500°C. Герметичность соединения керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата обеспечивается слоем эластичного термостойкого клея и за счет наличия уплотнительного кольца.
Выполнение узла крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата по предложенному решению увеличивает несущую способность обтекателя, так как при нагревании шпангоута до 500°С обеспечивается работоспособность обтекателя за счет наличия в шпангоуте сквозных пазов шириной, составляющей от 0,01 до 0,03 диаметра шпангоута, длиной от 2/3 до 5/6 длины склейки, а суммарная площадь пазов составляет от 6 до 10% площади склейки. Кроме того, предложенное техническое решение может быть применено для изготовления обтекателей различного размера.
Предложенное техническое решение прошло проверку при сборке изделий в производственных условиях и подтвердило работоспособность при испытаниях собранных изделий на прочность и герметичность в условиях, имитирующих тепловые, силовые, вибрационные, ударные и климатические нагрузки. Таким образом, конструкция, выполненная по предложенному способу, обладает высокой несущей способностью при воздействии поперечной аэродинамической нагрузки.
Источники информации
1. Патент РФ №2189673, H01Q 1/42, 20.09.2002.
2. Патент РФ №2258283, H01Q 1/42, 10.08.2005.