АНТЕННАЯ ТЕПЛОЗАЩИТНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ВСТАВКА
ANTENNA HEAT-SHIELDING MULTILAYER INSERT

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к области композиционных материалов для теплозащитного покрытия антенн, для обтекателей антенн, установленных на летательных аппаратах (ЛА), в условиях высоких тепловых и силовых нагрузок при одностороннем нагреве.
Известен теплозащитный экран антенны ЛА (Патент RU №2277737 «Вспомогательный теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе летательного аппарата» авторы Шатунов В.А., Бородай Ф.Я., Русин М.Ю., МПК: H01Q1/42, опубликовано 10.06.2006 Бюл. №16), содержащий радиопрозрачный колпак из легкого керамического теплозащитного материала, установленный под обтекателем перед излучающим раскрывом антенны и выполненный в виде полой усеченной полусферы, плоская стенка которой ориентирована параллельно излучающему раскрыву антенны и установлена на расстоянии, кратном половине длины волны радиоизлучения. Экран закреплен к боковой поверхности антенны при помощи слоя герметика, например, виксинт У-2-28. Экран может быть выполнен составным, боковая полусферическая часть которого изготовлена из кварцевой керамики, а плоская радиопрозрачная стенка из высокопористого волокнистого материала на основе кварцевого стекловолокна с диэлектрической проницаемостью 1,1-1,3 и закреплена к боковой части после радиодоводки всей системы «антенна -вспомогательный теплозащитный экран-обтекатель» при помощи клея. Плоская стенка экрана со стороны антенны может быть пропитана на глубину 0,5-1,0 мм органополимером, например олигомером ТМФТ.
Недостатком данного экрана антенны ЛА, установленной под обтекателем, является громоздкость конструкции «теплозащита-антенна» для рабочих частот радиосигнала ниже 6 ГГц (соответственно длина волны радиосигнала составит более 5 см, а расстояние до плоской стенки экрана более 2,5 см), что противоречит предъявляемым к перспективным ЛА требованиям в части компактности.
Известен обтекатель (Патент US №5457471 приоритет от 10.09.1984 «Адаптивный разрушающийся антенный обтекатель» авторы Epperson Jr. Edwin Н (US), МПК: H01Q 1/42, опубликовано 10.10.95), содержащий радиопрозрачные первый и второй диэлектрические слои Первый слой (внутренний) выполнен из керамического материала, сохраняющего свою структурную целостность при нагревании до температуры 940°F, что соответствует 505°С. Второй слой (внешний) выполнен из материала с низкой теплопроводностью и являющегося абляционным (т.е. теряющим свою структурную целостность и уносящимся с внешней поверхности обтекателя при воздействии высокотемпературного скоростного газового потока). Толщина абляционного слоя выбирается так, чтобы минимизировать изменения преломления излучения, проходящего через обтекатель во внутреннее пространство, которое в противном случае было бы результатом термического расширения обтекателя при нагревании до температуры в заданном диапазоне повышенных температур. Данный обтекатель является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются низкие рабочие температуры (современные высокоскоростные ЛА подвергаются температурным воздействиям порядка 2000°С и более) и изменение формы ЛА в результате потери целостности (уноса части) материала обтекателя, что влияет на аэродинамические характеристики ЛА.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкций, обеспечивающей теплозащиту антенны при полете ЛА без изменения целостности антенной вставки (обтекателя) при воздействии высокотемпературного скоростного газового потока.
Технические результаты, обеспечиваемые заявляемым изобретением, заключаются в расширении рабочего диапазона температур и в сохранении целостности наружной поверхности антенной вставки.
Технические результаты достигаются тем, что в заявляемой антенной вставке, содержащей радиопрозрачные теплозащитные первый и второй слои, первый слой выполнен из материала, сохраняющего свою структурную целостность и электродинамические параметры при температуре нагревания до 2000°С, а второй - из материала с низкой теплопроводностью, в отличие от прототипа первый слой является внешним, а второй слой - внутренним. При этом первый слой выполнен в форме цилиндра, имеющего части большого, малого и среднего диаметров. Часть первого слоя, имеющая большой диаметр, обращена в сторону внешних воздействий. Часть, имеющая малый диаметр, расположена между частями с большим и средним диаметрами. Части первого слоя, имеющие малый и средний диаметры, размещены внутри второго слоя, выполненного в форме разъемного вдоль продольной оси цилиндра, наружный диаметр которого равен большому диаметру первого слоя. При этом в цилиндре второго слоя со стороны торца, обращенного к первому слою, выполнена проточка, по форме ответная размещенным в нем частям цилиндра среднего и малого диаметров первого слоя. Применяемая конструкция соединения слоев обеспечивает надежное скрепление слоев друг с другом в единую антенную теплозащитную многослойную вставку.
Расширение рабочего диапазона температур достигается сочетанием в антенной теплозащитной многослойной вставке материала, сохраняющего свою структурную целостность и электродинамические параметры в заданном диапазоне высоких температур, и материала с низкой теплопроводностью, а сохранение целостности наружной поверхности антенной вставки - применением в качестве внешнего слоя материала, сохраняющего свою структурную целостность и электродинамические параметры в заданном диапазоне высоких температур. Таким образом, будет обеспечено достижение заявленных технических результатов.
Изобретение поясняется фигурой, на которой изображен общий вид антенной теплозащитной многослойной вставки, установленной в корпусе ЛА с теплозащитным покрытием.
Антенная теплозащитная многослойная вставка содержит радиопрозрачные теплозащитные первый 1 и второй 2 слои. Первый слой 1 выполнен из материала, сохраняющего свою структурную целостность при температуре нагревания до 2000°С (в данном примере из керамического материала). Второй слой 2 выполнен из материала с низкой теплопроводностью (в данном примере из материала типа волокнит) и является прилегающим к антенне. Антенная теплозащитная многослойная вставка располагается в корпусе 3 ЛА. который имеет теплозащитное покрытие 4.
Первый слой 1 выполнен в форме цилиндра, имеющего части большого, малого и среднего диаметров, часть первого слоя, имеющая большой диаметр, обращена в сторону внешних воздействий, часть, имеющая малый диаметр, расположена между частями с большим и средним диаметрами. Части первого слоя, имеющие малый и средний диаметры, размещены внутри второго слоя 2, выполненного в форме разъемного вдоль продольной оси цилиндра, наружный диаметр которого равен большому диаметру первого слоя, при этом в цилиндре второго слоя со стороны торца, обращенного к первому слою, выполнена проточка, по форме ответная размещенным в нем частям цилиндра среднего и малого диаметров первого слоя.
Заявляемая вставка работает следующим образом. На ЛА в процессе полета действуют внешние интенсивные аэротермомеханические нагрузки, представляющие собой воздействие высокотемпературного и высокоскоростного потока газа и возникающие вследствие движения ЛА на гиперзвуковой скорости в плотных слоях атмосферы. Для защиты антенн ЛА, обеспечивающих радиосвязь, от указанных воздействий применяется заявляемая теплозащитная антенная вставка (обтекатель). Слой 1 антенной вставки (например, из керамического материала) обеспечивает целостность наружной поверхности вставки, и соответственно поверхности ЛА, при воздействии интенсивных аэротермомеханических нагрузок, при которых величина температуры на поверхности ЛА может достигать порядка 2000°С и более. Однако керамические материалы, как правило, имеют высокую теплопроводность, которая не позволяет использовать их самостоятельно для защиты внутренних элементов антенны ЛА от перегрева. Внутренний слой 2 антенной вставки, изготовленный из материала с низкой теплопроводностью (например, из материала типа волокнит), предотвращает перегрев антенны ЛА. При этом тепловые нагрузки на внутренний слой 2 антенной вставки будут уменьшены за счет наличия внешнего слоя 1, что не приведет к разрушению целостности материала внутреннего слоя.