Антенный обтекатель для скоростных ракет
ANTENNA FAIRING FOR HIGH-SPEED MISSILES

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и, преимущественно, может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Известны конструкции антенных керамических обтекателей, работающих в условиях прогрева и воздействия несимметричных нагрузок, в которых оболочка из диэлектрического материала с металлическим шпангоутом связаны с помощью эластичного клея-герметика (компаунда). Известен ряд технических решений для конструкций антенных обтекателей, включающих керамическую оболочку и металлический шпангоут, в которых работоспособность может обеспечиваться либо некоторым увеличением толщины оболочки в зоне соединения со шпангоутом, либо увеличением толщины шпангоута с целью большего отвода тепла внутрь оболочки и снижения нагрева самого шпангоута, либо увеличением радиальных тепловых зазоров, а также установкой промежуточных теплоизоляционных элементов между оболочкой и шпангоутом.
6
Известен антенный обтекатель (патент РФ № 2090956 МПК  Н 01 1/42, опубл. 20.09.1997), содержащий керамическую оболочку антенного обтекателя, выполненную конусообразно сужающейся в месте стыковки с переходным шпангоутом (переходником) из инвара, соединенную с переходником слоем герметика (эластичного клея). Стыковой шпангоут (стыковой элемент) соединяется с переходником валиками (штифтами), так чтобы каждый из шпангоутов при изменении их температуры мог перемещаться в радиальном направлении друг относительно друга. Возникающие в результате аэродинамического нагрева расширения стыкового шпангоута, относительно переходника из инвара, компенсируются наличием зазоров, а отличия в температурных коэффициентах линейного расширения (ТКЛР) керамической оболочки и переходника из инвара компенсируются слоем герметика.
Недостатком конструкции является существенное снижение толщины керамической оболочки к ее торцу в зоне соединения, что приводит к перегреву клея и шпангоута, снижает несущую способность обтекателя. Расположение равнотолщинного слоя герметика по всей длине склейки оболочки с переходником такжеснижает несущую способность оболочки, особенно, при теплосиловом воздействии на обтекатель.
7
Наиболее близким по технической сущности является обтекатель (патент РФ №2225664, МПК H01Q 1/42, опубл. 20.11.2003), включающий керамическую оболочку, металлический шпангоут (переходник) и эластичный клей-герметик (компаунд, адгезив, конструкционный клей). Переходник связан с оболочкой через теплоизолирующий элемент (теплоизолятор), выполненный из материала оболочки за одно целое или жестко связанный с ней, и имеет на наружной поверхности хвостовой части, выступающей за торец оболочки, крепежный кольцевой или в виде равномерно расположенных секторов по периметру бурт, и выполнен из материала, согласованного по ТКЛР в заданном интервале температур с материалом оболочки. В расширяющуюся к торцу обтекателя полость, образованную внутренней поверхностью теплоизолятора и наружной поверхностью шпангоута, введена эластичная обечайка из материала компаунда, при этом в области связи теплоизолятора со шпангоутом вне обечайки отношение толщины шпангоута к суммарной толщине оболочки и теплоизолятора составляет 0,1-0,3.
К недостаткам данной конструкции относится то, что:
– выполнение переходника в виде сплошного кольца ограничивает его термокомпенсационную способность, обеспечивающую снижение напряженно -деформированного состояния (НДС) в керамической оболочке от теплового распора переходником. Термокомпенсация обеспечивается только уровнем согласованности по ТКЛР его материала с материалом керамической оболочки, а также соотношением толщин соединяемых элементов;
– полное заполнение беспористой эластичной обечайкой всей полости, расширяющейся к торцу оболочки обтекателя, не значительно снижает тепловой распор керамической оболочки в ее торцевой части, но при малых толщинах теплоизолятора и увеличении соотношения толщин стенок переходника и оболочки в области обечайки, может существенно снижать несущую способность и надежность обтекателя;
– отсутствие опоры торца керамической оболочки на поверхности, смежных с ней элементов, снижает несущую способность и надежность конструкции обтекателя.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении унификации конструкции обтекателя для ракет разных классов и улучшение эксплуатационно-технических характеристик: повышение несущей способности и надежности обтекателя при расширении температурного диапазона эксплуатации и вида эксплуатационных воздействий.
Указанный технический результатдостигается тем, что предложен обтекатель, включающий металлический переходник, соединенный эластичным компаундом с внутренней поверхностью оболочки, с толщиной стенки в зоне соединения, большей, чем в радиопрозрачной части оболочки, выполненный из материала, согласованного по температурному коэффициенту линейного расширения в заданном интервале температур с материалом оболочки, и расположенный на наружной поверхности хвостовой части переходника, выступающей за торец оболочки, крепежный кольцевой или в виде равномерно расположенных по периметру секторов бурт, в полости торцевой части соединения оболочки с переходником введена эластичная обечайка, соотношение толщин стенок переходника к оболочке в области их соединения составляет 0,1-0,3, отличающийся тем, что минимальная допускаемая толщина эластичного компаунда, соединяющего оболочку с переходником, составляет не менее 0,2 мм, а максимальная превышает минимальную в 3-5 раз, кроме этого эластичная обечайка, выполненная из эластичного компаунда или термостойкой резины, расположена в носовой части полости или на всей ее длине, при этом переходник выполнен сплошным или со сквозными прорезями от эластичной обечайки до его сплошной носовой части, а к торцу оболочки присоединен через слой эластичного компаунда металлический или из композиционного материала опорный элемент, при этом переходник связан со стыковымшпангоутом обтекателя с помощью штифтового или байонетного соединения или со стыковым шпангоутом второго отсека ракеты с помощью байонетного или клинового соединения, или кольцевой бурт переходника выполнен в виде его стыкового фланца в торце оболочки обтекателя.
На рисунках – 1, 2, 3 представлены варианты конструктивных схем предлагаемого технического решения керамических обтекателей ракет разных классов.
На фиг.1 представлено осевое сечение обтекателя ракеты класса «земля-воздух» в области клеевого соединения керамической оболочки с переходником и байонетного клее-механического соединения переходника обтекателя со стыковым шпангоутом корпуса ракеты.
На фиг. 2 представлено осевое сечение обтекателя ракеты класса «земля-воздух» в области клеевого соединения керамической оболочки с переходником и штифтового соединения переходника обтекателя с его стыковым шпангоутом.
На фиг. 3 представлено осевое сечение обтекателя ракеты класса «воздух-воздух» или «воздух-поверхность» в области клеевого соединения керамической оболочки с переходником и соединения переходника со стыковым шпангоутом обтекателя с помощью штифтов и буртов.
На фиг.1 предлагаемая конструкция головного антенного обтекателя ракеты включает оболочку 1 из керамики с низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), например, из кварцевой керамики или из стеклокерамики типа ситалл, соединенную эластичным компаундом 2 с согласованным с ней по ТКЛР металлическим переходником 3, например, из инварного сплава через дополнительный теплоизолирующий и силовой слой оболочки (теплоизолятор) 4, выполненный из материала оболочки за одно целое или жестко с ней связанный.
На наружной поверхности хвостовой части переходника 3, выступающей за торец оболочки 1, расположен крепежный бурт в виде равномерно расположенных по периметру секторов 5 (фиг.1).
В полость 6 торцевой части соединения оболочки 1 обтекателя с переходником 3, образованную внутренней поверхностью теплоизолятора 4 и наружной поверхностью переходника 3, введена эластичная обечайка 7, выполненная из материала компаунда или термостойкой резины и расположенная в ее носовой части (фиг.1 и фиг. 2) или на всей длине полости (фиг.3).
К торцу оболочки 1 присоединен через слой эластичного клея (компаунда) 2 опорный элемент 8 из композиционного материала (фиг.1 и фиг. 2).
Сектора 5 переходника 3 неразъёмно связаны байонетным клее-механическим соединением с секторами 9 стыкового шпангоута 10 корпуса ракеты (фиг.1).
На фиг. 2 представлено штифтовое соединение переходника 3 со стыковым шпангоутом 11 с помощью штифтов 12. Герметизация обтекателя обеспечивается поясом 13 из клея-герметика.
На фиг. 3 переходник с крепежным буртом в виде кольца 14, связь со стыковым шпангоутом 11 обтекателя обеспечивается с помощью бурта 15 стыкового шпангоута 11 обтекателя и штифтов 16, устанавливающихся в глухие отверстия кольцевого бурта 14 переходника (для улучшения герметизации соединения).
Переходник 3 выполнен сплошным (фиг.1 и фиг. 2) или со сквозными прорезями 17 от эластичной обечайки 7 до его сплошной носовой части 18(фиг. 3).
Кольцевой бурт 14 переходника 3 выполнен в виде его стыкового фланца в торце оболочки 1 обтекателя и присоединен через слой эластичного клея (компаунда) 2 в качестве опорного элемента (на рисунках не показан), заменяющего функцию бурта 15 (фиг.3).
Минимальная допускаемая толщина эластичного компаунда (клея), соединяющего оболочку с переходником, составляет не менее 0,2 мм, а максимальная превышает минимальную не более, чем в 3-5 раз. Диапазон толщин клея выбирается на основании экспериментальных исследований и с учетом заданных условий его эксплуатации в конструкции обтекателя.
Отношение толщины стенки переходника к толщине оболочки в области клеевого соединения составляет 0,1-0,3 и выбирается в процессе проектирования конструкции обтекателя.
В качестве примеров реализации предлагаемого изобретения можно привести многие внедренные и исследованные на уровне проработок в условиях наземных испытаний конструкции обтекателей ракет различных классов с различными условиями эксплуатации. Объединяющим у этих разных обтекателей является подобие и аналогия решения технических противоречий путем, предложенным в настоящем изобретении.
,
Обтекатели таких же габаритовно с новыми предлагаемыми элементами (признаками) и оптимальными геометрическими параметрами (соотношениями), позволяют реализовать предельные возможности керамического элемента обтекателя, как при температуре 20-23°C, так и при 300-350°C в крепящем эластичном слое (в эластичном клее) и переходнике. При этом увеличивается длительность полета ракеты с жесткими режимами эксплуатации ракет различных классов при соблюдении требований к технологичности и унифицированности конструкции обтекателя.