АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ
ANTENNA DOME

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Известен обтекатель (Патент на изобретение РФ №2132586, 1998 г.), содержащий трехслойную оболочку с наружными и внутренними слоями из композиционных материалов и промежуточным слоем из полимерного материала и энергопоглощающий слой, выполненный в виде конических слоев из перекрещивающихся спиралей сухих арамидных жгутов или нитей и слоев сухой синтетической ткани из арамидных нитей и размещенный между наружными слоями из композиционных материалов и промежуточным слоем из полимерного материала. Такое выполнение обтекателя позволяет повысить его стойкость к воздействию внешних ударных нагрузок с уровнями энергий высокой интенсивности.
К недостаткам известной конструкции относится то, что использование таких обтекателей ограничено использованием их в ракетах, имеющих скорости полета, не превышающие двух «Махов» (М), из-за недостаточной термостойкости (огнеупорности) материала, из которого выполнен обтекатель. Кроме того, обтекатели такого типа характеризуются большим изменением диэлектрических характеристик материала при эксплуатации, неоднородности материала в оболочке и плохим воспроизводством свойств от оболочки к оболочке.
Наиболее близким техническим решением является антенный обтекатель (патент на изобретение РФ №2090956, 1994 г.), содержащий керамическую оболочку, стыковочный шпангоут, соединенный с керамической оболочкой посредством слоя герметика. Выполнение антенного обтекателя из керамических материалов позволяет повысить их работоспособность вплоть до скоростей ракет, равных 7 М. Кроме того, керамические материалы, используемые для производства антенных обтекателей (такие, как кварцевая керамика, ситаллы и т.д.), характеризуются постоянством диэлектрических характеристик, однородностью материала и хорошим воспроизводством свойств от оболочки к оболочке.
К недостаткам известной конструкции относится низкий коэффициент черноты керамической оболочки, что приводит к существенному снижению излучательной способности материала и, как следствие, к уменьшению его устойчивости в условиях воздействия высокотемпературных газовых потоков, что является чрезвычайно важным для антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Задачей настоящего изобретения является повышение коэффициента черноты керамической оболочки антенного обтекателя.
Поставленная задача достигается тем, что предложен антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, стыковочный шпангоут, соединенный с керамической оболочкой посредством слоя герметика, отличающийся тем, что на наружной поверхности керамической оболочки имеется полимерное покрытие из метилфенилспиросилоксана с добавлением оксида хрома от 35 до 85 вес.%, а толщина покрытия составляет от 50 до 200 мкм.
2
3
2
3
2
3
2
3
Авторы установили, что выполнение на наружной поверхности керамической оболочки полимерного покрытия из метилфенилспиросилоксана (продукт МФСС-8) с добавлением оксида хрома (CrO) приводит к существенному многократному увеличению коэффициента черноты наружной поверхности антенного обтекателя. При этом установлено, что содержание CrO в полимере должно находиться в пределах от 35 до 85 вес.%, а толщина покрытия - от 50 до 200 мкм. Снижение содержания ниже минимального значения не обеспечивает равномерного распределения CrO по поверхности изделия, а превышение указанного интервала затрудняет сам процесс нанесения. Толщина покрытия меньше 50 мкм также не обеспечивает равномерного распределения CrO по поверхности изделия, а превышение толщины выше 200 мкм может привести к нарушению целостности покрытия.
изг
Установлено, что нанесенное покрытие не оказывает негативного влияния на основные физико-технические характеристики керамической оболочки, как то диэлектрическая проницаемость (ε), тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ), предел прочности при статическом изгибе (σ), водопоглощение (W).
2
3
Экспериментально установлено, что покрытие, состоящее из смеси CrO и продукта МФСС-8, имеет хорошую адгезионную способность с материалом керамической оболочки вплоть до температур эксплуатации 1250°С. Выдерживает более 50 циклов термоциклирования по режиму: нагрев до 300°С с выдержкой 1 час и резкое охлаждение до 20°С.
Реализация предложенного технического решения представлена на примере.
Из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава (материал ОТМ-357), использующейся для производства керамических оболочек антенных обтекателей, изготовили образцы: диски диаметром 50 мм и толщиной 5 мм, для определения диэлектрических характеристик; балочки 7×7×60 мм, для определения прочности при статическом изгибе. На исходных образцах определили основные физико-технические свойства. Данные представлены в таблице 1.
2
3
На полученные образцы нанесли покрытие, состоящее из смеси CrO и продукта МФСС-8, с различным содержанием компонентов. После проведения режима полимеризации на полученных образцах определили те же свойства. Полученные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> в продукте МФСС-8, вес.%
Свойства
Коэф-т черноты
tgδ×10<sup>4</sup>
ε
W, %
σ<sub>изг</sub>, МПа
Без покрытия
0,165
109
7,21
0,025
130
35
0,845
112
6,99
0,005
139
50
0,847
115
6,94
0,002
145
85
0,855
112
7,12
0,004
157
2
3
Другую партию образцов, покрытых смесью CrO и продукта МФСС-8, подвергли воздействию температур в интервале 500-1250°С с выдержкой при максимальной температуре 60 сек и последующем инерционном охлаждении в печи. В таблице 2 приведены полученные на образцах после термообработки свойства.
Таблица 2
Температура, °С
Свойства
исходные
с покрытием
tgδ×10<sup>4</sup>
ε
tgδ×10<sup>4</sup>
ε
W, %
500
105
7.05
105
7.02
0.005
600
105
7.06
121
7.08
0.001
700
102
7.14
109
7.08
0.000
800
102
7.15
111
7.12
0.003
900
104
7.09
112
7.13
0.000
1000
105
7.12
108
7.14
0.000
1100
108
7.12
114
7.11
0.002
1250
103
7.13
111
7.07
0.002
Все образцы, даже обработанные при температуре 1250°С, сохранили целостность покрытия. На качество покрытия не повлияло и термоциклирование (более 50 циклов) по режиму: нагрев до 300°С с выдержкой 1 час и резкое охлаждение до 20°С.
2
3
Таким образом, как следует из представленных в таблицах 1 и 2 данных, нанесение на керамическую оболочку антенного обтекателя покрытия, состоящего из смеси CrO и полимера метилфенилспиросилоксана, приводит к более чем четырехкратному увеличению коэффициента черноты наружной поверхности обтекателя. При этом основные физико-технические свойства материала керамической оболочки остаются на высоком уровне.
Изобретение просто в изготовлении и эксплуатации и позволяет существенно повысить коэффициент черноты керамической оболочки антенного обтекателя.
Источники информации
1. Патент на изобретение РФ №2132586, МПК 6 H01Q 1/42, 1998.
2. Патент на изобретение РФ №2090956, МПК 6 Н01Q 1/42, 1994 г.