АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ ИЗ СЛОИСТОГО СТЕКЛОПЛАСТИКА
ANTENNA DOME FROM LAYERED FIBREGLASS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях защитных устройств для различного рода радиотехнических средств, в частности всевозможных антенн, как стационарных, так и мобильных, например, в авиационной, ракетной и космической областях.
Известен способ изготовления самолетного антенного обтекателя с монолитной стенкой из стеклопластика, получаемого пропиткой связующим под давлением сухого стеклонаполнителя, уложенного в полость между герметичными пуансоном и матрицей (И.Г. Гуртовник, В.Н. Спортсмен. Стеклопластики радиотехнического назначения. М.: Химия, 1987, с.91-100).
Его недостатками являются низкие и нестабильные физико-механические и электротехнические характеристики получаемого материала конструкции, обусловленные используемым технологическим процессом.
Известен антенный обтекатель, содержащий однослойную стенку из диэлектрического материала, толщина которой выбрана в зависимости от длины электромагнитной волны и диэлектрический проницаемости материала однослойной стенки (патент РФ 2054763, приоритет 1993.04.12, МПК H01Q 01/42).
Его недостатком является жесткая зависимость толщины стенки от электротехнических характеристик вне зависимости от габаритов конструкции и необходимой прочности при действии внешних механических нагрузок.
Известен антенный обтекатель, включающий внутреннюю и внешнюю обшивки, средний слой из высокопрочного стеклопластика на основе термореактивного связующего и слои стеклосотопласта, расположенные между внутренней обшивкой и средним слоем и между средним слоем и внешней обшивкой, при этом средний слой выполнен не менее чем из трех подслоев, каждый из которых: состоит из секторов (RU 2186444 C1 МПК H01Q 1/42). Известный обтекатель имеет низкую прочность при действии внешних механических нагрузок, распределенных по поверхности и особенно локальных, в виду содержания в конструкции стеклосотопласта на основе трехмерных сотовых структур. Кроме того, использование слоев из отдельных секторов приводит к повышенной трудоемкости при изготовлении за счет необходимости четкого расположения каждого отдельного сектора на форме фиксировано относительно друг друга и внутри всего слоя в целом. Образовывающиеся щели между соседними секторами приводят к нарушению однородности материала и, как следствие, нарушению физико-механических и электротехнических характеристик конструкции.
Антенный обтекатель по патенту RU 2186444 C1 МПК H01Q 1/42 является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка сравнительно простой и наиболее технологичной в изготовлении конструкции антенного обтекателя с повышенными эксплуатационными характеристиками.
2
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в расширении области применимости антенных обтекателей за счет исполнения их в виде слоев однородных материалов, обеспечивающих сохранение высоких уровней надежности и эксплуатационных качеств конструкции, а также необходимой прочности при действии внешних механических нагрузок за счет получения объемно-однородного материала, а также повышении технологичности и эксплуатационной и экономической эффективности конструкции, получаемой методом прессования по заданному режиму (Р кгс/мм - Т°C) за счет использования многолепестковых слоев, располагающихся на сферической поверхности без образования щелей.
Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что антенный обтекатель, состоящий из набора слоев высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов, согласно изобретению выполнен в виде сферического сегмента из слоистого стеклопластика на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°, сектора слоев выполнены в виде сферических треугольников, расположенных своей осью симметрии по меридианам сегмента, соединенных между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированных по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу, при этом каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°, весь набор слоев сегмента имеет диэлектрическую проницаемость в диапазоне от 4,3 до 4,8 в пределах частот от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц, а полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента, причем в частных случаях выполнения изобретения полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром; многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками; слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет; обтекатель содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого; отношение толщин трех пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны; из трех пакетов наружный и внутренний имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц; все или некоторые из многолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин; количество лепестков в многолепестковом слое равно 8; направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора; относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента; относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.
Отличительными от прототипа признаками заявленной армированной оболочки являются следующие:
а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:
- выполнен в виде сферического сегмента;
- из слоистого стеклопластика на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°;
- сектора слоев выполнены в виде сферических треугольников, расположенных своей осью симметрии по меридианам сегмента, соединенных между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированных по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу;
- при этом каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°;
- весь набор слоев сегмента имеет диэлектрическую проницаемость в диапазоне от 4,3 до 4,8 в пределах частот от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц;
- полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента.
б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:
- полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром;
- многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками;
- слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет;
- содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого;
- отношение толщин пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны;
- наружный и внутренний пакеты имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц;
- все или некоторые из многолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин;
- количество лепестков в многолепестковом слое равно 8;
- направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора;
- относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента;
- относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.
Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков неизвестна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».
Антенный обтекатель, в отличие от обтекателя по прототипу, обладает более высокой прочностью и жесткостью при действии внешних механических воздействий в виду сферической формы и однородности стенки, имеет высокую технологичность из-за использования единых многолепестковых слоев, что сокращает время на набор необходимого пакета и их фиксации относительно друг друга при изготовлении, а также повышенные эксплуатационные характеристики, в частности физико-механические и электротехнические, за счет получения более качественного стеклопластика в виду его однородности.
В частном случае исполнения, для расширения прочностных, жесткостных и эксплуатационных характеристик, полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром, многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками, слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет, обтекатель содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого, отношение толщин трех пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны, наружный и внутренний из трех пакетов имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц, все или некоторые из мнетолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин, количество лепестков в многолепестковом слое равно 8, направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора, относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента, относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.
Разворот каждого последующего слоя относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12° обеспечивает сглаживание неравномерностей физико-механических и электротехнических характеристик по поверхности сегмента, обусловленных анизотропией характеристик в тканых материалах в направлениях основы и утка и наличием разрывов ткани по линиям сопряжения секторов. Использование слоев на основе разных марок тканого материла и разным их долевым количеством, при их структурной однородности, позволяет изменять физико-механические и/или электротехнические характеристики получаемого стеклопластикового материала при сохранении его общей однородности.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлен заявленный антенный обтекатель, на фиг. 2 - вид обтекателя в плане, на фиг. 3 - вид сечения стенки обтекателя.
Антенный обтекатель 1 состоит из набора слоев 2 высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов 3. Слои стеклопластика 2 изготовлены на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы 4 и утка 5, расположенных между собой под углом 90°. Сектора слоев 3, выполненные в виде сферических треугольников, соединены между собой в вершинах 6 с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированы по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу - 7, 8 - кромки соседних секторов верхнего и последующего слоев соответственно. Каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы 4 предыдущего слоя и уточными нитями 5 последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°. Полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями 7 и 8 соответственно, чередующимися с многолепестковыми слоями 2, по внутренней поверхности сегмента.
Слои обтекателя разделены на три пакета 11, 12, 13, в среднем из которых 12 собраны слои 15 из одной марки тканого материала, а в пакетах 11 и 13 соответственно слои 14 и 16 из другого тканого материла.
Экспериментальная проверка подтвердила высокую прочность и надежность предложенной конструкции с требуемым уровнем радиопрозрачности в заданном диапазоне частот.