Способ соединения керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата
METHOD FOR CONNECTING THE CERAMIC FAIRING WITH THE METAL BODY OF THE AIRCRAFT

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Известно техническое решение “Антенный обтекатель” (патент РФ № 2189673, МПК H01Q 1/42, опубл. 20.09.2002), в котором  способ крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата, содержащий металлический шпангоут, в котором на наружной поверхности, равномерно по окружности, выполнены продольные несквозные пазы шириной, превышающей их глубину, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного термостойкого клея, стыковочный фланец и уплотнительное кольцо, при этом металлический шпангоут сочленён по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на торце металлического шпангоута и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны – упорным кольцом неподвижно соединенным со стыковочным фланцем.
К недостаткам известного технического решения относится то, что конструкция работоспособна лишь в условиях, когда клей сохраняет свою эластичность, то есть до 200ºС, а толстый клеевой шов ведет к быстрому его перегреву со стороны керамического обтекателя.
Известен узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата (патент РФ № 2258283, МПК H01Q 1/42, опубл. 10.08.2005), включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности выполнены продольные пазы, соединенный с керамическим обтекателем  по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что продольные пазы выполнены сквозными, шириной 1-2 мм и протяженностью от 1/2 до 2/3 от длины склейки керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, при этом пазы расположены по центру склейки, расстояние между ними составляет величину, равную длине склейки, а толщина клеевого шва устанавливается равной наибольшей разности радиальных температурных перемещений.
К недостаткам известного технического решения относится то, что при сборке подобной конструкции используют эластичный клей, который через имеющиеся сквозные пазы в шпангоуте выдавливается, а также частично захватывается краями пазов при смещении вдоль оси или прокрутки склеиваемых деталей друг относительно друга. В связи с этим образуется непроклей между шпангоутом и оболочкой, что вызывает снижение прочностных свойств и нарушение герметичности собранной конструкции.
Наиболее близким техническим решением (прототипом)  является способ соединения керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата (патент РФ №2566643, H 01Q 1/42, 27.10.2015), включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности выполнены продольные сквозные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного клея и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что перед соединением шпангоут со стороны, противоположной сопрягаемой поверхности, обклеивают полиэтиленовой лентой с липким слоем шириной, превышающей длину  продольных пазов на 5-10 мм.
Недостатками данного изобретения является то, что для обеспечения наилучшей адгезии для эластичных клеевых материалов нередко используют подслои (праймеры), при этом адгезия тем лучше, чем меньше слой подслоя. При нанесении подслоев на поверхности шпангоута, подготовленного указанным способом, наклеенная липкая лента не впитывает излишки растворителя из подслоя, вследствие чего могут образовываться зоны с избыточным количеством подслоя, что снижает адгезионную прочность клеевого соединения. Снижение адгезионной прочности, как правило, приводит к нарушению герметичности изделия. Если праймеры наносятся до наклеивания скотча, то их излишки попадающие на поверхность, противоположную сопрягаемой, снижают сцепление поверхности с липкой лентой, и ширина липкой ленты, превышающая длину пазов на 5-10 мм не обеспечивает плотное прилегание скотча в процессе сборки. Кроме того, при использовании шпангоутов с большой шириной прорезей более 5 мм оказывается недостаточным перекрывание прорези в 10 мм, так как при увеличении площади прорезей увеличивается сила, воздействующая на скотч при выдавливании клея в процессе сборки изделия.
Вследствие этого, через отклееные зоны выдавливается большее количество герметика и могут образовываться непроклеи. При использовании шпангоутов с малой шириной прорезей до 2 мм требование для перекрывания прорезей в 5 мм зачастую избыточно, так как не хватает ширины самого шпангоута, излишек скотча загибается, попадает в зону склейки, нарушая клеевое соединение.
Также при попадании праймеров через прорези на поверхность противоположную сопрягаемой при наличии лакокрасочного покрытия (ЛКП) происходит взаимодействие веществ праймеров ЛКП и клея скотча, вследствие чего при удалении скотча после сборки, наблюдаются следы клея герметика и повреждение ЛКП. Кроме того, соединение керамической и металлической детали в обтекателях может быть, как по коническим, так и по цилиндрическим поверхностям, а также по поверхностям сложного профиля. Одним из недостатков указанного способа является то, что необходимо применять скотч определенной ширины и подбирать или изготавливать из более широкого в зависимости от длины пазов в шпангоуте.
Задачей настоящего изобретения является повышение прочности и герметичности изделий, снижение трудозатрат на восстановление ЛКП шпангоута.
отличающийся тем, что
Указанный технический результат достигается тем, что предложен: Способ соединения керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата, включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности выполнены продольные сквозные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым поверхностям слоем эластичного клея,  перед нанесением эластичного клея на шпангоут со стороны, противоположной сопрягаемой поверхности, его очищают от следов праймеров и обклеивают лентой с липким слоем таким образом, чтобы обклеенная зона перекрывала весь пояс с продольными прорезями, а выступание обклеенной зоны над и под прорезями составляло величину, равную ширине прорези, увеличенной от полутора до трех раз.
В качестве ленты с липким слоем можно использовать, как бумажную, так и полиэтиленовую.
Авторами экспериментально установлено, что удаление праймеров перед наклеиванием бумажной или полиэтиленовой ленты с липким слоем (скотча) обеспечивает лучшую адгезию ленты к поверхности шпангоута. Обклеивание шпангоута лентой с липким слоем перед соединением с керамическим обтекателем проводят таким образом, чтобы обклеенная зона перекрывала весь пояс с продольными прорезями и выступание бумажной или полиэтиленовой ленты (или может обклеенной зоны) над и под прорезью составляло величину равную ширине прорези увеличенную от полутора до трех раз предотвращает отклеивание ленты под действием клея, выдавливающегося через прорези.  При этом ширина используемой бумажной или полиэтиленовой ленты с липким слоем (скотча) может быть любой, а необходимая зона обеспечивается путем наклеивания полос ленты внахлест.
Положительный эффект достигается за счет того, что повышается прочность клеевого соединения в системе лента-шпангоут вследствие увеличения площади склейки. Также при наклеивании ленты на очищенную поверхность шпангоута, липкий слой ленты не взаимодействует с отвержденным ЛКП и при  удалении ленты с поверхности шпангоута не остается следов и не повреждается ЛКП.
Если обклеенная зона не будет перекрывать полностью пазы и обклеенная зона не будет перекрывать прорези сверху и снизу на величину, превышающую ширину прорези, увеличенную в полтора раза, то положительный эффект не будет достигнут, поскольку края ленты, под давлением эластичного клея отслаиваются, и в получившиеся зазоры выдавливается клей, в следствие чего увеличивается вероятность возникновения непроклея со снижением прочности и герметичности конструкции.
Если ширина зоны перекрывания будет превышать ширину прорезей, увеличенную в три раза, то может возникнуть негативный эффект, а именно край ленты будет превышать край шпангоута и попадать в клеевой шов. Так как лента имеет меньшую термостойкость, то ее остаток в клеевом шве будет снижать общую термостойкость клеевого шва. Кроме того, излишнее перекрывание прорези вызывает перерасход липкой ленты. Применение бумажной или полиэтиленовой ленты с липким слоем (скотча)  любой ширины позволяет унифицировать используемые материалы на производстве.
Способ реализуется следующим образом:
1. Производят подготовку склеиваемых поверхностей согласно нормативным документам на используемый эластичный клей.
2. Зону на шпангоуте противоположную сопрягаемой с оболочкой протирают бязевой салфеткой, смоченной в растворителе для удаления праймеров и других загрязнений с поверхности.
3. Обклеивают шпангоут бумажной или полиэтиленовой лентой с липким слоем (скотчем) со стороны, противоположной сопрягаемой с керамической оболочкой, таким образом, чтобы обклеенная зона перекрывала весь пояс с продольными прорезями, и выступание обклеенной зоны над и под прорезями составляло величину, равную ширине прорези, увеличенной от полутора до трех раз.
4. Наносят эластичный клей на зону склейки, совмещают и фиксируют шпангоут с керамическим обтекателем.
5. После отверждения клея бумажную или полиэтиленовую ленту с липким слоем (скотч) снимают, удаляют излишки клея. Готовый обтекатель со шпангоутом соединяют с корпусом летательного аппарата в соответствии с конструкторской документацией.
Данное техническое решение легко применить к шпангоутам с пазами любой ширины и длины, оно не требует проектирования дополнительной оснастки и подбора  ленты с липким слоем определенной ширины,  обеспечивает соединение керамических обтекателей с металлическими корпусами летательных аппаратов с необходимыми прочностными свойствами и герметичностью, снижает потребность в восстановлении лакокрасочного покрытия шпангоутов.
Предложенное техническое решение прошло проверку при сборке изделий в производственных условиях и подтвердило работоспособность при испытаниях собранных изделий на прочность и герметичность в условиях, имитирующих тепловые, силовые, вибрационные, ударные и климатические нагрузки.