АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ОБТЕКАТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована на наземных, водных, воздушных транспортных средствах для улучшения их аэродинамических характеристик.
Общеизвестно, что для уменьшения сопротивления воздуха при движении наземных, водных, воздушных средств, в том числе и транспортных, их аэродинамические поверхности выполняют обтекаемой формы. Для решения этой проблемы используют специальные аэродинамические устройства - обтекатели, которые монтируют на транспортных средствах, осуществляя улучшение их аэродинамических характеристик. Известно, что аэродинамические обтекатели, устанавливаемые на транспортном средстве, защищают его бортовое оптико-электронное оборудование, от воздействия внешней среды, а также используются в качестве пропускающего излучение оптического элемента, что позволяет обеспечивать обнаружение и точное пространственное местонахождение наблюдаемых объектов в заданном спектральном диапазоне длин волн, например, инфракрасном диапазоне.
Основными требованиями к оптическим аэродинамическим обтекателям являются: требования к качеству поверхности и материала оптического элемента, обтекаемые контуры формообразования и герметичность соединения элементов конструкции.
Известен также аэродинамический обтекатель, состоящий из оптического элемента, выполненного из стекла марки ТСМ-209, прозрачного в диапазоне 0,5-5,5 мкм, встроенный в корпус из прочного материала и расположенный над поверхностью транспортного средства (Патент РФ ПО №56332 по МКПО 12-16, 2003).
Известный обтекатель работает во встречном набегающем потоке, скорость которого составляет 1,5 М, герметичен, имеет полусферическую обтекаемую форму и угол обзора 180° (±90° от оси).
Недостатком известной конструкции является высокая стоимость его изготовления, путем варки стекла в платиновых тиглях в вакуумной печи, значительная трудоемкость механической обработки крупногабаритной заготовки, а также недостаточно широкий диапазон светопропускания в инфракрасной области спектра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является аэродинамический обтекатель, включающий металлический корпус, закрепленный в нем оптический элемент, выполненный из прочного оптического материала и прозрачного в заданном спектральном диапазоне длин волн, причем металлический корпус и оптический элемент плавно сопряжены и их поверхности создают обтекаемую поверхность, при этом оптический элемент выполнен составным, одна часть которого выполнена в виде многогранника, другая - пластин в виде "лепестка" (см. патент RU №143259, B64D 29/04, 2014 г.).
Известная конструкция аэродинамического обтекателя имеет высокий коэффициент запаса прочности, позволяющий выдерживать действие на него эксплуатационных механических нагрузок.
Однако эта конструкция обладает рядом недостатков, в частности - трудность изготовления оптического элемента большого диаметра, сложной формы и заданной толщины с высокой геометрической точностью, из-за высокой стоимости исходной заготовки и длительного срока механической обработки изделия сложной формы, например, полусферы.
Большое количество элементов уменьшает прочность конструкции и ухудшает обзор перед движущимся транспортным средством из-за линий сопряжения лепестков.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является обеспечение более точного обзора вперед по трассе движения транспортного средства и снижение стоимости его изготовления.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигается тем, что в известном аэродинамического обтекателе транспортного средства, включающем металлический корпус, закрепленный в нем оптический элемент, выполненный из прочного оптического материала и прозрачного в заданном спектральном диапазоне длин волн, причем корпус и оптический элемент создают обтекаемую поверхность, при этом оптический элемент выполнен составным, одна часть которого выполнена в виде многогранника, другая часть - в виде пластин в форме «лепестков», а количество граней многогранника равно количеству пластин, согласно полезной модели площадь поверхности многогранника равна или больше суммарной площади поверхности «лепестков», а угол обзора обтекателя составляет от - 60 до 60 градусов от его оси. Кроме того, количество «лепестков» составляет от 4 до 6.
Выполнение устройства с количеством «лепестков» от 4 до 6 позволяет обеспечить необходимый угол обзора, увеличить механическую прочность конструкции и снизить издержки по стоимости механической обработки деталей и сборки конструкции. Причем выбор количества лепестков зависит от необходимого угла обзора и габаритных размеров обтекателя.
Использование в качестве материала обтекателя прозрачного поликристаллического материала, например селенида и/или сульфида цинка, обеспечивает при работе в спектральном диапазоне 8-14 мкм высокую прозрачность аэродинамического обтекателя (коэффициентом пропускания не менее 0,9).
Сущность заявленной полезной модели поясняется нижеследующим описанием и графическими материалами, где:
На фиг. 1 показан фрагмент аэродинамического обтекателя, выполненного в металлическом корпусе.
На фиг. 2 показан аэродинамический обтекатель без корпуса, в виде склеенных «лепестка» и многогранника;
На фиг. 3 показана боковая пластина «лепесток»;
На фиг. 4 показан центральный оптический элемент «многогранник».
Аэродинамический обтекатель транспортного средства состоит из металлического корпуса (1), закрепленного в нем оптического элемента, выполненного из прочного оптического материала и прозрачного в заданном спектральном диапазоне длин волн.
В качестве материала обтекателя могут использовать прозрачный поликристаллический материал, например, селенид и/или сульфид цинка Использование одного или другого материала зависит от технических задач, поставленных при изготовлении полезной модели.
Металлический корпус (1) и оптический элемент (2) плавно сопряжены и их поверхности образуют обтекаемую поверхность.
Оптический элемент выполнен составным, одна часть которого выполнена в виде многогранника (3), а другая - нескольких пластин (4), имеющих вид «лепестка», причем количество граней многогранника равно количеству пластин и их поверхности образуют полусферу.
При этом площадь поверхности многогранника равна или больше суммарной площади поверхности «лепестков», что позволяет обеспечить высококачественной наблюдение объектов в направлении прямой видимости, поскольку склеивающие швы расположены в периферийной части обтекателя.
Составные части обтекателя могут образовывать более сложную поверхность вращения, например, сочленение сферической поверхности с гиперболической, конической и/или цилиндрической.
Угол обзора обтекателя составляет от -60 до 60 градусов от его оси, так как наиболее важные обнаруживаемые объекты находятся в передней (центральной) части обзорного поля, например, в случае железнодорожного состава, на расстоянии 300-1500 м перед локомотивом.
В зависимости от технических и технологических возможностей количество «лепестков» составляет от 4 до 6, что зависит от необходимых габаритных размеров обтекателя: при меньших размерах обтекателя обычно достаточно 4-х «лепестков».
Пластины (4) могут быть в виде или трапеций, или прямоугольников и т.д. Причем длина верхней кромки пластины (4) может быть не менее длины стороны многоугольника (3).
Для лучшей установки оптического элемента в корпусе на внутренней его стороне выполнены места установки в них «лепестков» (на чертеже не показаны).
Предлагаемый аэродинамический обтекатель транспортного средства изготавливают следующим образом:
Из плоских пластин (4) оптического поликристаллического материала, например, селенида цинка (ZnSe) вырезают 4-6 заготовок в виде «лепестка» и одну заготовку в виде многогранника (3).
Выбирают оснастку для механической обработки, которая необходима для придания «лепесткам» нужной формы с заданным радиусом кривизны.
Затем проводят поэтапную обработку: обдирку «лепестков», при которой вырезанные «лепестки» обдирают сначала для придания им черновой формы наружной поверхности (выпуклой), а затем внутреннюю поверхность «лепестков» обдирают для придания «лепесткам» вогнутой поверхности (внутренней); шлифовку и полировку «лепестков».
Многогранник обрабатывают по той же схеме. Боковые поверхности «лепестков» и многогранника торцуют на планшайбе под углом с использованием специальной оснастки (на чертеже не показано).
Сборку «лепестков» (4) и многогранника (3) осуществляют на оснастке. Для того, чтобы подогнать составные части оптического элемента друг к другу используют «спейсеры» в виде стальной проволоки. Склейку производят, например, герметиком «Виксинт» У-2-28. Далее остатки герметика удаляют механически, и аэростатический обтекатель очищают растворителем.
В результате испытаний опытного образца была подтверждена надежная защита прибора, расположенного за обтекателем, а также высокая прозрачность в видимом и инфракрасном диапазонах.