АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ
ANTENNA DOME

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из керамики.
Известен головной антенный обтекатель ракеты (Патент РФ №2209494, Н01Q 1/42 от 27.07.03), у которого радиопрозрачная оболочка состоит из радиопрозрачного внутреннего силового элемента из пористой кварцевой керамики с введенным в поры полимером и внешнего теплозащитного элемента из пористой кварцевой керамики, причем толщина радиопрозрачного внутреннего силового элемента составляет 0,05-0,1 от общей толщины стенки радиопрозрачной оболочки или равномерно увеличивается от носка к основанию до величины, соответствующей 0,1-0,9 от общей толщины стенки, а толщина внешнего теплозащитного элемента меняется в обратной зависимости с сохранением общей электрической толщины стенки радиопрозрачной оболочки, при этом на наружную поверхность внешнего теплозащитного элемента нанесено влагозащитное покрытие. Преимуществом такой конструкции является то, что в ней предусмотрено упрочнение и герметизация пористой керамической оболочки, что повысило несущую способность обтекателя из кварцевой керамики, обеспечило его влагоустойчивость.
К недостаткам известной конструкции относится недостаточный уровень радиотехнических характеристик обтекателя, вызванный в первую очередь тем, что введенный в поры полимер увеличивает диэлектрическую проницаемость кварцевой керамики примерно на 10%, а толщина пропитанного слоя значительна и переменна, что существенно усложняет радиодоводку обтекателей после пропитки. Ко второй причине следует отнести отсутствие ограничений по наружному влагозащитному покрытию в части его толщины, что также приводит к снижению радиотехнических характеристик (РТХ) обтекателя.
Наиболее близким техническим решением является антенный обтекатель ракеты (Патент РФ №2267837, H01Q 1/42 от 10.01.06), содержащий радиопрозрачную оболочку из пористой кварцевой керамики, на внутренней стороне которой содержится слой керамики с введенным в поры полимером толщиной 0,02-0,05 общей толщины стенки оболочки, а на наружной поверхности влагозащитное покрытие толщиной 50-80 мкм, нанесенное на предварительно блокированную ацетоном пористую оболочку, при этом на поверхности оболочки выполнены кольцевые трапециевидные проточки глубиной 0,003-0,010 рабочей длины волны антенны. Такое профилирование стенки оболочки трапециевидными проточками глубиной 0,003-0,010 длины волны излучения антенны позволяет существенно улучшить радиотехнические характеристики (РТХ) обтекателя. Использование профилирования стенки оболочки трапециевидными проточками нашло широкое применение при радиодоводке обтекателей, выполненных как из пористой, так и беспористой керамики.
К недостаткам известной конструкции следует отнести то, что выполнение проточек глубиной 0,003-0,010 длины волны стенки требует большой точности. Нередки случаи, когда в процессе доводки обтекателя кольцевыми трапециевидными проточками изделие выходило в брак из-за превышения заданных размеров проточек. Кроме того, наличие проточек, выполненных как правило в виде канавок с острыми углами, на поверхности керамических обтекателей снижает их конструкционную прочность. Также к недостаткам указанной конструкции следует отнести, что при выполнении операции радиодоводки при помощи проточек приходится несколько раз снимать и устанавливать оболочку со станка на станок. При этом существенно теряется точность радиодоводки и увеличивается технологическое время работы токарных станков, что приводит к росту парка дорогостоящего технологического оборудования.
Задачей настоящего изобретения является улучшение радиотехнических характеристик керамических антенных обтекателей и снижение времени механической обработки керамических оболочек на станках.
Поставленная задача достигается тем, что предложен антенный обтекатель, содержащий радиопрозрачную керамическую оболочку, отличающийся тем, что керамическая оболочка имеет толщину стенки на 0,01-0,03 мм меньше расчетной диэлектрической толщины, а на ее внутренней поверхности содержится полимерное покрытие из метилфенилспиросилоксана с наполнителем из материала оболочки в количестве от 40 до 80% толщиной от 0,01 до 0,50 мм, при этом покрытие может быть выполнено как по всей внутренней поверхности оболочки,так и локально.
Авторы установили, что выполнение керамической оболочки толщиной на 0,01-0,03 мм меньше расчетной диэлектрической толщины стенки, с нанесенным на ее внутренней поверхности полимерного покрытия из метилфенилспиросилоксана (продукт МФСС-8) с наполнителем из материала оболочки, позволяет существенно повысить уровень РТХ обтекателя. Это происходит за счет регулирования электрической толщины стенки обтекателя и, как следствие, компенсации его угловых ошибок. При этом за счет увеличения электрической толщины стенки обтекателя становится возможным использование обтекателей, вышедших в брак на операции механической. Кроме того, для выполнения данной операции не требуется использование токарных станков.
Экспериментально было установлено, что использование в качестве наполнителя покрытия материала керамической оболочки позволяет качественно регулировать электрическую толщину стенки обтекателя, выбор наполнителя в количества 40-80% обеспечивает качественное сцепление покрытия с материалом оболочки.
В результате проведенных испытаний установлено, что покрытия из метилфенилспиросилоксана с наполнителем из материала оболочки, нанесенные на внутреннюю поверхность керамической оболочки, выдерживают температуры до 1250°С в течение 5 минут, что обеспечивает высокую надежность данной конструкции антенного обтекателя.
Установлено, что толщина покрытия является величиной переменной и подбирается для каждого конкретного обтекателя с учетом обеспечения его радиотехнических характеристик во всем диапазоне рабочих частот, при этом толщина слоя покрытия может колебаться в интервале от 0,01 до 0,50 мм, а покрытие может быть нанесено как на всю поверхность, так и локально.
Технология изготовления антенных обтекателей по предложенному техническому решению включает следующие операции:
- изготовление керамической заготовки методами керамического производства;
- механическая обработка заготовки алмазным инструментом до заданной толщины стенки в зависимости от величины диэлектрической проницаемости материала в оболочке минус 0,01-0,03 мм;
- нанесение на внутреннюю поверхность обтекателя покрытия из метилфенилспиросилоксана с наполнителем из материала оболочки в количестве от 40 до 60%. Толщина и место нанесения покрытия выбирается в зависимости от радиотехнических характеристик обтекателя во всем диапазоне рабочих частот;
- склейка оболочки со шпангоутом при помощи герметика.
Выполнение антенного обтекателя по предложенному решению позволяет существенно улучшить радиотехнические характеристики антенного обтекателя с радиопрозрачной керамической оболочкой, при этом технологическое время обработки оболочки на токарных станках существенно сокращается.
Источники информации
1. Патент РФ №2209494, Н01Q 1/42 от 27.07.03.
2. Патент РФ №2267837, H01Q 1/42 от 10.01.06.