АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТЕННОГО ОБТЕКАТЕЛЯ
ANTENNA DOME AND METHOD OF ANTENNA DOME MANUFACTURING

Изобретение относится к области авиационной и ракетной технике, преимущественно к радиопрозрачным обтекателям скоростных летательных аппаратов различных классов.
Антенный обтекатель включает однослойную конусообразную оболочку из упрочненного стеклопластика, эрозионно стойкий наконечник из диэлектрического пресс-материала, соединенные встык с использованием конусообразного кольца из диэлектрического материала, установленного на внутренней поверхности соединяемых элементов и связанного с ними клеем на основе эпоксикремний органической смолы по всем соприкасаемым поверхностям.
Известны антенные радиопрозрачные обтекатели, содержащие однослойную или многослойную конусообразную оболочку из диэлектрического материала, металлический эрозионно стойкий наконечник и стыковочное кольцо для крепления к летательному аппарату, например по патенту РФ №2186444, МПК 7H01Q 1/42.
Недостатком таких радиопрозрачных обтекателей являются значительные пеленгационные ошибки, вносимые обтекателем в определение положения цели, так как металлический наконечник вносит в раскрыв антенны затенения, существенным образом изменяющие амплитудное и фазовое распределение поля, что приводит к возникновению пеленгационных ошибок.
Наиболее близким по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа является радиопрозрачный обтекатель по патенту РФ №2090958, МПК H01Q 1/42 (БИ №26, 20.09.1997 г.)
Радиопрозрачный обтекатель головки самонаведения зенитных ракет включает оболочку в виде колпака из стеклотекстолита, эрозионно стойкий наконечник из диэлектрического пресс-материала на основе волокнистого кремнеземного наполнителя и кремнийорганического связующего. Эрозионно стойкий наконечник соединен с колпаком клеем, а также двумя металлическими шпильками, расположенными в плоскости перпендикулярно плоскости электрического вектора линейно поляризованной антенны.
Замена металла в эрозионно стойком наконечнике на диэлектрический материал приводит к снижению пеленгационных ошибок. Но в рассматриваемой конструкции обтекателя крепление наконечника к колпаку, кроме клея, осуществляется и двумя металлическими шпильками, а присутствие в зоне раскрыва антенны металлических деталей неизбежно вызывают взаимодействие с проходящим электромагнитным полем, ухудшая радиотехнические характеристики обтекателя.
Кроме того, механическое скрепление металлическими шпильками двух неметаллических элементов, работающих в зоне интенсивного прогрева, теряет свою первоначальную прочность в режиме эксплуатации ввиду большой разницы ТКЛР и различия условий разогрева металлических шпилек и неметаллических колпака и наконечника. За счет аэродинамического разогрева от сопротивления среды металлические шпильки прогреваются более интенсивно и их высокая температура способствует разрушению соединения колпака и наконечника.
Техническим эффектом настоящего изобретения является увеличение прочности соединение колпака с наконечником, повышение несущей способности антенного обтекателя и улучшение его радиотехнических характеристик при повышенных тепловых и силовых нагрузках.
Указанный технический эффект достигается следующей совокупностью технических признаков изобретения, характеризующих заявляемую конструкцию антенного обтекателя и способ его изготовления:
1. Антенный обтекатель, включающий однослойную конусообразную оболочку и эрозионно стойкий наконечник, выполненные из диэлектрического материала, связанные между собой клеевым соединением, металлическое кольцо, жестко скрепленное с конусообразной оболочкой, отличающийся тем, что в зоне стыка конусообразной оболочки и наконечника изнутри установлено промежуточное конусообразное кольцо, выполненное из аналогичного с наконечником материала и склееное по соприкасающимся поверхностям клеем на эпоксикремнийорганической основе с наполнителем из порошкообразной окисной керамики, а на наружную и внутреннюю поверхности обтекателя нанесено лакокрасочное покрытие.
2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что наконечник выполнен с внутренней кольцевой проточкой в зоне соединения наконечника с промежуточным конусообразным кольцом.
3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что промежуточное конусообразное кольцо выполнено с кольцевым буртиком на меньшем диаметре кольца.
4. Антенный обтекатель по п.3, отличающийся тем, что на меньшем диаметре промежуточного конусообразного кольца выполнена одна или несколько прорезей с углом наклона к продольной оси 0÷45° и длиной, не превышающей половины длины клеевого соединения промежуточного конусообразного кольца с наконечником.
5. Способ изготовления антенного обтекателя, включающий склеивание конусообразной оболочки, наконечника, металлического стыковочного кольца, отличающийся тем, что склеивание конусообразной оболочки и наконечника с установленным изнутри промежуточным конусообразным кольцом осуществляют клеем на эпоксикремнийорганической основе с наполнителем из порошкообразной окисной керамики на вертикальном стапеле, в котором соосно фиксируют конусообразную оболочку, промежуточное конусообразное кольцо и наконечник, проводят постоянный поджим раздельно для конусообразной оболочки и промежуточного кольца и промежуточного кольца и наконечника с удельным давлением 0,01÷0,05 МПа и выдержкой 60÷72 час при комнатной температуре или с нагревом до температур 70÷90°С и выдержкой 2÷2,5 час с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры, затем на наружной и внутренней поверхности наносят лакокрасочное покрытие.
6. Способ изготовления антенного обтекателя по п.5, отличающийся тем, что постоянный поджим осуществляют посредством грузов.
7. Способ изготовления антенного обтекателя по п.5, отличающийся тем, что лакокрасочное покрытие на внутреннюю поверхность наносят в замкнутом объеме обтекателя постепенно по спирали от носка к торцу путем одновременного вращения обтекателя вокруг продольной оси и поворота его в вертикальной плоскости.
Соединение конусообразной оболочки с наконечником с использованием промежуточного конусообразного кольца, установленного в зоне стыка по внутренним поверхностям оболочки и наконечника, повышает механическую прочность обтекателя во всех режимах эксплуатации и обеспечивает необходимое для работоспособности значение разрушающей осевой силы при нагружении изнутри до 100 кгс для наконечников диаметром основания конуса до 80 мм.
Для сохранения механической прочности соединения при повышенных тепловых нагрузках в заявляемой конструкции предусмотрено дополнительное механическое скрепление оболочки и наконечника. Это механическое скрепление осуществляется за счет кольцевого буртика на меньшем диаметре промежуточного конусообразного кольца, стыкующегося с ответной внутренней кольцевой проточкой в оболочке.
Для обеспечения соединения конусообразного промежуточного кольца с буртиком и наконечника на торце кольца выполнен ряд прорезей, обеспечивающих необходимую аксиальную деформацию для фиксации буртика на кольце в ответном пазу на внутренней поверхности наконечника.
Заявляемый способ изготовления обеспечивает технические преимущества предлагаемой конструкции обтекателя. Для исключения погрешностей радиотехнических характеристик составные части обтекателя должны быть состыкованы соосно, так как их относительное смещение приводит к изменению диэлектрической толщины стенки в носовой части обтекателя. Увеличение прочности соединения оболочка-наконечник обеспечивается тем, что в процессе склеивания осуществляется постоянный поджим соединяемых частей раздельно для конусообразной оболочки и наконечника с удельным давлением 0,01÷0,05 МПа и экспериментально определенным временем выдержки для полимеризации клеевого состава продолжительностью 68÷72 часа.
Время склеивания значительно сокращается до 2÷2,5 часов при выдержке склеенной оболочки с наконечником в термостате при 70°÷90°С, при этом прочностные характеристики клеевого соединения одинаковы.
На прилагаемых чертежах представлены: на фиг.1 - общий вид антенного обтекателя в разрезе, на фиг.2 - соединение конусообразной оболочки с наконечником с дополнительным механическим скреплением, на фиг.3 - конструкция стапеля для сборки и склейки конусообразной оболочки, наконечника и промежуточного конусообразного кольца, на фиг 4 - конструкция кантователя для нанесения герметизирующего лакокрасочного покрытия на внутреннюю поверхность конусообразной оболочки.
Антенный обтекатель включает стеклопластиковую конусообразную оболочку 1, диэлектрический наконечник 2 из волокнистого пресс-материала на кремнийорганическом связующем, промежуточное конусообразное кольцо 3 из аналогичного с наконечником материала. Названные детали соединены клеем 4 на основе эпоксикремнийорганической смолы типа ВК-58. Для подсоединения к летательному аппарату предусмотрено металлическое кольцо 5 из титана, алюминия или его сплавов, скрепленное винтами 6 с конусообразной оболочкой. Место соединения загерметизировано клеем-герметиком 7 на основе силиконового каучука, типа «Виксинт У-2-28».
На фиг.2 представлен вариант соединения конусообразной оболочки с наконечником при повышенных тепловых нагрузках, когда прочность клея уменьшается. В этом случае механическое скрепление оболочки с наконечником позволяет сохранить несущую способность обтекателя. Это механическое скрепление осуществлено за счет выполнения внутренней кольцевой проточки 8 в наконечнике и согласованного по профилю кольцевого буртика 9 в конусообразном кольце. На меньшем диаметре промежуточного кольца предусмотрены один или несколько прямых или косых прорезей 10 с углом наклона к продольной оси 0÷45° и длиной, не превышающей половины длины клеевого соединения промежуточного кольца с наконечником. Благодаря этим прорезям обеспечивается аксиальная деформация разрезанной части конусообразного кольца и его стыковка с внутренней кольцевой выточкой в наконечнике при приложении осевой нагрузки на наконечник при сборке.
Сборка антенного обтекателя включает проведение подготовительных операций.
Сначала осуществляют зашкуривание и обезжиривание склеиваемых поверхностей, затем проводят регламентированную техническими условиями подготовку клеевого состава на основе эпоксидно-диановой смолы ЭД-16 ГОСТ 10587-93 (клей ВК-58).
Соединение составных частей обтекателя осуществляется на вертикальном стапеле, представленном на фиг.3.
Сначала конусообразную оболочку 1 сочленяют с промежуточным конусообразным кольцом 3 по предварительно подготовленным коническим поверхностям с нанесенным клеем ВК-58. Затем эту подсборку устанавливают на шток вертикального стапеля 11, где предусмотрены носовая опора 12 и торцевая опора 13, обеспечивающие соосную установку оболочки и промежуточного конусообразного кольца. Установленное положение деталей фиксируют грузом 14, опирающимся только на наружную поверхность оболочки.
Следующей операцией сборки является установка наконечника 2 с предварительно нанесенным на сочленяющиеся поверхности клеем ВК-58 на ответное посадочное место в промежуточном конусообразном кольце. После этого устанавливают груз 15, опирающийся только на наружную поверхность наконечника, причем вес грузов 14 и 15 выбран исходя из величины необходимого для склейки удельного давления 0,01÷0,05 МПа.
Установка наконечника, выполненного по варианту, представленному на фиг.2, осуществляется с применением конуса 16 с винтовым поджимом, размещенным на поворотной траверсе 17 стапеля.
Для обеспечения достаточной прочности клеевого соединения собранное изделие выдерживают в стапеле 68÷72 часа при комнатной температуре до завершения полного отверждения клея.
С целью сокращения производственного цикла выдержку можно значительно сократить до 2÷2,5 час, поместив всю сборку со стапелем в термостат с конечной температурой 70÷90°С.
Экспериментально установлено, что прочность клеевого соединения по заявляемому способу изготовления возрастает втрое по данным, полученным на образцах. Прочностные характеристики клеевого соединения представлены в таблице. Испытания проведены по стандартной методике согласно ГОСТ 14759-69 и инструкции ВИАМ ПИ 1.2.6.649-2004.
Таблица
Прочностные характеристики клеевого соединения
№ образца
Удельное давление при склейки, МПа
Предел прочности при сдвиге, кгс/мм<sup>2</sup>
Температура полимеризации, °С
Время выдержки, час
1
-
40
20
72
2
0,01
100
20
72
3
0,03
120
20
68
4
0,05
120
20
72
5
0,01
120
70
2,5
6
0,03
120
90
2,0
7
0,05
120
90
2,0
Одной из завершающих операций изготовления антенного обтекателя является нанесение лакокрасочного покрытия на внутреннюю и наружную поверхность, являющую дополнительным средством герметизации обтекателя. Подготовка поверхностей под окраску включает нанесение грунтовки, сушку и последующую зачистку. Нанесение эмали, типа ФП-566, осуществляется в несколько слоев, примерно до 5 слоев, с промежуточной сушкой между циклами.
Известные способы нанесения лакокрасочного покрытия основываются на применении пневматических краскораспылителей типа КРП (ТУ 6-10-1968-84) или СО-716 (ТУ 22-162-005-86).
Отличительной особенностью заявляемого способа нанесения покрытия представленного на фиг.4, является то, что нанесение лакокрасочного покрытия на внутреннюю поверхность склеенной с наконечником конусообразной оболочки осуществляют методом облива.
Для этого оболочку герметично заглушают крышкой 18, к которой подсоединена емкость с лакокрасочным составом 19, устанавливают его в кантователь и проводят одновременное вращение оболочки и поворот ее вокруг продольной оси в вертикальной плоскости. При этой операции порция лакокрасочного состава, залитого внутрь оболочки, постепенно перемещается по спирали от носка к торцу, смачивая всю внутреннюю поверхность. При таком способе нанесения лакокрасочного состава покрытие получается более плотным, обеспечивается более качественная герметизация стенки оболочки, что является одним из важнейших технических требований к обтекателю.
Улучшение качества покрытия является также следствием и того, что лакокрасочный состав во время рабочего цикла находится в замкнутом объеме и сохраняет свои исходные свойства, так как отсутствует испарение ее летучих компонентов.
Заключительной операцией изготовления обтекателя является крепление к оболочки металлического стыковочного кольца 5 винтами 6 и герметизация этого соединения клеем-герметиком 7 типа «Виксинт У-2-28» на основе силиконового каучука.
Заявляемое изобретение прошло экспериментальную проверку и используется в промышленном производстве обтекателей для оснащения ракет авиационного назначения класса «воздух-поверхность».