Обтекатель
FAIRING

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей высокоскоростных ракет класса «поверхность - поверхность».
Известны конструктивные решения обтекателей, в которых внутренняя поверхность керамической оболочки связана эластичным адгезивом с металлическим переходником, материал которого согласован по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) с материалом оболочки, а торец керамической оболочки опирается через слой эластичного адгезива на стыковые элементы переходника или корпуса ракеты.
Известна конструкция головного обтекателя ракеты по патенту RU №2269845 H01Q 1/42, 2004, включающая керамическую оболочку, металлический шпангоут, соединенные слоем эластичного адгезива, и эластичную обечайку, отличающаяся тем, что торец керамической оболочки выполнен скругленным, а на шпангоуте установлено или выполнено с ним за одно целое кольцо, сопрягаемая поверхность которого эквидистантна торцу оболочки.
К недостаткам этого технического решения относится то, что:
- кромка у внутренней поверхности опорного кольца при его нагреве может вызывать дополнительный распор керамической оболочки и снижать ее несущую способность;
- выполнение сопрягаемых поверхностей торца керамической оболочки и опорного кольца скругленными снижает технологичность изготовления элементов обтекателя. Эффективность же такого усложнения зачастую спорна и широкого применения в практике не нашла.
Наиболее близким аналогом выбрана конструкция по патенту RU №2189673 H01Q 1/42, 2002, в котором переходник соединен эластичным термостойким клеем-герметиком по сопрягаемым коническим поверхностям с керамической оболочкой. На наружной поверхности переходника выполнены продольные несквозные пазы, при этом переходник сочленен со стыковочным фланцем по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на торце переходника и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны упорным кольцом, неподвижно соединенным со стыковочным фланцем.
Недостатком данного технического решения является то, что такая конструкция не подходит для создания антенных обтекателей с оболочками малого удлинения, при отношении длины оболочки к диаметру основания оболочки 1,0-1,5, в которых в результате возрастания теплосиловых нагрузок увеличиваются напряжения в торцевой области керамической оболочки до опасных уровней, приводящих к разрушению керамической оболочки.
Задачей изобретения является повышение температурных и силовых эксплуатационных параметров и надежности обтекателя ракеты класса «поверхность - поверхность».
Указанное решение задачи достигается тем, что предложен:
Обтекатель, включающий керамическую оболочку, соединенную с переходником эластичным адгезивом, стыковой элемент, опорное кольцо, отличающийся тем, что керамическая оболочка выполнена конической с малым удлинением, не превышающим полуторократное, смежные поверхности торцев керамической оболочки и опорного кольца выполнены коническими, образующие которых перпендикулярны образующей наружной поверхности керамической оболочки, при этом начало зоны соединения адгезивом керамической оболочки с переходником удалено от торца керамической оболочки на величину 1,5-2,0 толщины керамической оболочки в ее торцевой части, между торцом керамической оболочки и началом зоны соединения керамической оболочки с переходником выполнена воздушная полость за счет уменьшения толщины стенки переходника в 1,5-2,0 раза, толщина слоя эластичного адгезива между торцем керамической оболочки и опорным кольцом составляет 0,7-1,5 толщины слоя адгезива в зоне соединения керамической оболочки с переходником.
Выполнение смежных поверхностей керамической оболочки и опорного кольца коническими, образующие которых перпендикулярны образующей наружной поверхности керамической оболочки, обеспечивает снижение распорных напряжений в керамической оболочке при воздействии высокого уровня осевой сжимающей продольной силы и соответствующее снижение вероятности разрушения оболочки от контакта смежных поверхностей оболочки и опорного кольца.
Удаление начала зоны соединения керамической оболочки с переходником от торца керамической оболочки на величину 1,5-2,0 толщины в области ее торца обеспечивает снижение распорных напряжений в керамической оболочке от прогрева переходника и осевой нагрузки. Нижняя граница обусловлена конструктивными ограничениями, а верхняя обеспечивает оптимальный уровень затухания краевого эффекта напряженно-деформированного состояния (НДС), возникающего в торцевой части оболочки.
Воздушная полость в зоне между торцом керамической оболочки и началом клеевого соединения между керамической оболочкой и переходником за счет уменьшения толщины стенки переходника в этой зоне в 1,5-2,0 раза обеспечивает дополнительный эффект снижения НДС оболочки в ее торцевой области. Это происходит за счет снижения температуры хвостовой части переходника. Нижняя граница определяется исходя из прочностных требований к переходнику, верхняя из весовых требований к обтекателю.
Эластичная обечайка, выполненная в виде гермошнура из термостойкой резины или эластичного элемента, например герметика, установленного в кольцевой проточке, выполненной на наружной поверхности переходника, предотвращает заполнение полости адгезивом при сборке обтекателя.
Равнотолщинный слой адгезива между торцем оболочки и опорным кольцом толщиной, соответствующей 0,7-1,5 толщины слоя адгезива в зоне склейки керамической оболочки с переходником, обеспечивает надежную работоспособность конструкции обтекателя при эксплуатационных теплосиловых воздействиях.
На фигуре представлена часть осевого сечения обтекателя в его торцевой области.
Керамическая оболочка 1 соединена с переходником 2 эластичным адгезивом 3. В кольцевой проточке стыкового элемента 4 размещен крепежный бурт 5, расположенный на наружной поверхности хвостовой части переходника и ограниченный от осевого смещения к носу обтекателя опорным кольцом 6, жестко связанным со стыковым элементом винтами 7. Смежные поверхности керамической оболочки и опорного кольца выполнены коническими, образующие которых перпендикулярны образующей наружной поверхности керамической оболочки.
В зоне между торцом керамической оболочки и началом области соединения керамической оболочки с переходником выполнена воздушная полость 8 путем уменьшения толщины стенки переходника в 1,5-2,0 раза.
Между воздушной полостью 8 и началом области соединения оболочки с переходником установлена эластичная обечайка 9.
В область контакта внутренних поверхностей переходника и стыкового элемента введен герметизирующий пояс 10.
Предлагаемое изобретение позволяет создавать обтекатели для современных ракет класса «поверхность - поверхность».