УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ АНТЕННЫ И РАДИОПРОЗРАЧНОГО ОБТЕКАТЕЛЯ АНТЕННЫ НА ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
ANTENNA INSTALLATION DEVICE AND RADAR-TRANSPARENT AERIAL FAIRING FOR AIRCRAFT

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано при оснащении летательных аппаратов (ЛА) антеннами различного вида и назначения.
На летательном аппарате внешние антенны, в основном, устанавливают вне обводов планера под радиопрозрачным (диэлектрическим) обтекателем, имеющим соответствующую аэродинамическую форму с низким аэродинамическим сопротивлением.
Известна конструкция установки антенны на летательный аппарат в кессоне обтекателя антенн, в объеме которого размещены антенны, блоки, волноводы и которая содержит два лонжерона и соединяющие их между собой нервюры рамной конструкции. Нервюры соединены с лонжеронами по рамным стойкам лонжеронов (патент RU 2441804 C2; МПК В64С 7/00, H01Q 1/28; опубл. 27.07.2011).
Недостатком конструкции является закрытие диаграммы направленности со стороны металлических элементов каркаса (лонжеронов и нервюр), что ведет к уменьшению границ сектора обзора. Кроме того, в таких конструкциях затруднено размещение большого количества оборудования, такого как антенны, электронные блоки и связей между ними, например, волноводных, электрических и других, т.к. это требует больших просторных объемов и приводит к необходимости выполнять множество вырезов и отверстий в лонжеронах и нервюрах. А это требует усиления их конструкции и в итоге ведет к увеличению массы кессона и обтекателя в целом. Особенно этот недостаток проявляется при больших размерах кессона.
Известен самолет с обтекателем антенн, в котором установка антенны производится непосредственно на внешнюю поверхность фюзеляжа, при этом в обшивке сделаны вырезы под установку антенны. Радиопрозрачный обтекатель содержит стыковочный пояс, выполненный на усиленном торце. Стыковочная полка пояса выполнена по плоскости стыка и сопрягается с ответной стыковочной полкой балки, которая закреплена на фюзеляже. На стыковочной полке балки установлены направляющие штыри, а на стыковочном уголке обтекателя - ответные гнезда в виде втулок с направляющими отверстиями. Стыковочные полки, выступающие за контуры радиопрозрачного обтекателя, соединяются силовыми замками и закрыты аэродинамическим обтекателем (патент RU 2599078 С1; МПК В64С 1/36, H01Q 1/42, опубл. 10.10.2016)
Недостатками конструкции являются ее сложность, закрепление обтекателя только по торцевой части, что может привести к концентрации напряжений в местах крепления. Кроме того, не предусмотрено усиление оболочки обтекателя, что может привести к его разрушению под воздействием внешних факторов.
Известно устройство установки бортовой антенной аппаратуры на верхней части фюзеляжа летательного аппарата, при котором аппаратура размещается в контейнере, расположенном над фюзеляжем, представляющим собой установочную панель, закрытую оболочкой обтекателя. Контейнер зафиксирован на корпусе ЛА опорными стойками, которые включают в себя первый конец, связанный с фюзеляжем и второй конец, связанный с панелью контейнера (Патент US6745981 (В1); МПК: В64С 1/36, B64D 7/00, H01Q 1/28; опубл. 08.06.2004 г.).
Недостатками конструкции является то, что он может иметь ограничения с точки зрения аэродинамических требований, ограничения по лобовому сопротивлению летательного аппарата, веса радиолокационной антенны, конструкционной прочности летательного аппарата и с точки зрения добавления других радиолокационных антенн. Кроме этого, обычные крепления контейнера датчиков не обеспечивают гибкость при установке различных типов антенн и соответствующих датчиков.
Прототипом изобретения выбрано устройство установки антенны и радиопрозрачного обтекателя антенны на ЛА, содержащее установочную панель, оборудованную элементами для установки антенны, зафиксированную на корпусе ЛА, и элементы для крепления радиопрозрачного обтекателя к этой панели,
При этом установочная панель непосредственно жестко фиксируется на корпусе ЛА, а обтекатель жестко закреплен по контуру установочной панели разъемными крепежными соединениями (патент US 10059426 B2; МПК В64С 1/36, В64С 7/00, H01Q 1/28; опубл. 28.08.2018 г.)
Недостаток прототипа в том, что возникающие при полете летательного аппарата деформации его корпуса от действующих на ЛА аэродинамических, инерционных и других нагрузок, а также от перепадов давления и температуры окружающей среды, передаются на все жестко закрепленные на корпусе элементы конструкции ЛА, в том числе на обтекатель и установочную панель, загружая их дополнительными нагрузками. Для сохранения прочностных характеристик конструктивных элементов в допустимых пределах, обеспечивающих целостность конструкции при любом возможном спектре внешних нагрузок, действующих на ЛА, необходимо увеличивать толщины и поперечные сечения силовых элементов (установочной панели, обтекателя, крепежных элементов). Это ведет к увеличению массы конструкции элементов и всего ЛА в целом, особенно этот вопрос критичен для больших по размерам обтекателей и панелей, так как деформации и возникающие от них нагрузки пропорциональны линейным размерам конструкции.
Технической задачей при создании изобретения являлось создание конструкции Устройства, обеспечивающей развязку обтекателя и установочной панели от деформаций корпуса ЛА, загружающих их дополнительными нагрузками (силами, изгибающими и крутящими моментами), а также обеспечение возможности установки обтекателя, в основном, в труднодоступных местах корпуса, вне зависимости от его формы и габаритных размеров, от формы корпуса ЛА в месте установки обтекателя и уровня его деформаций и вне зависимости от количества и расположения приемопередающих антенн без понижения качества их работы.
Поставленная задача решается конструкцией устройства установки антенны и радиопрозрачного обтекателя антенны на летательный аппарат, содержащего установочную панель, оборудованную элементами для установки антенны, зафиксированную на корпусе ЛА, и элементы для крепления радиопрозрачного обтекателя, к этой панели, установочная панель фиксируется на корпусе ЛА опорными стойками, первыми концами, застопоренными на корпусе, при этом, по меньшей мере, у одной из стоек второй конец соединен с панелью посредством стержня, снабженного с обоих концов шарнирами, сочлененными с этой стойкой и с панелью соответственно, а у остальных опорных стоек вторые концы застопорены на панели, а обтекатель закреплен на установочной панели крепежными стойками, концы которых зафиксированы на панели и на оболочке обтекателя, соответственно.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении развязки конструкции обтекателя и установочной панели от деформаций корпуса ЛА, что значительно уменьшает значения возникающих в них дополнительных нагрузок (перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов) и соответственно толщины и поперечные сечения силовых элементов и их массу, а также в возможности установки обтекателя, в основном, в труднодоступных местах корпуса ЛА, вне зависимости от его формы и габаритных размеров, от формы корпуса ЛА в месте установки обтекателя и уровня его деформаций и вне зависимости от количества и расположения приемо-передающих антенн, без понижения качества их работы.
В частных случаях исполнения:
для исключения или минимизации передачи деформаций обтекателя на панель, один из концов по меньшей мере одной крепежной стойки обтекателя зафиксирован на обтекателе или на установочной панели посредством стержня, снабженного с обоих концов шарнирами, сочлененными со стойкой и с оболочкой или с панелью соответственно;
для предотвращения попадания под обтекатель осадков, частиц пыли или других предметов внешней среды контур обтекателя, примыкающий к корпусу ЛА, снабжен по периметру кромочным эластичным уплотнением;
В частном случае выполнения конструкций крепежных стоек, для расширения диаграммы направленности и повышения качества работы установленных под обтекателем приемо-передающих антенн, по меньшей мере, одна из крепежных стоек обтекателя выполнена из радиопрозрачного материала.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами:
Фиг. 1 Вид на установочную панель со стороны корпуса ЛА;
Фиг. 2 Продольное сечение Устройства установки антенны и обтекателя антенны при отсутствии деформации корпуса ЛА;
Фиг. 3 Продольное сечение Устройства установки антенны и обтекателя антенны для случая деформации корпуса ЛА;
Фиг. 4 Схема нагружения опорных стоек для случая деформации корпуса ЛА;
Фиг. 5 Частный случай продольного сечения установки обтекателя антенны при выполнении, по меньшей мере, одной крепежной стойки, зафиксированной на обтекателе или на установочной панели посредством стержня, снабженного с обоих концов шарнирами, сочлененными со стойкой и с оболочкой или с панелью соответственно при отсутствии деформации обтекателя;
Фиг. 6 Частный случай Фиг. 5 при наличии деформации обтекателя;
Фиг.7 Выносной элемент А, для случая оборудования контура обтекателя кромочными эластичными уплотнениями.
В случае размещения антенны на установочной панели (Фиг. 1), зафиксированной за пределами внешней поверхности корпуса ЛА, она закрывается обтекателем с целью снижения аэродинамического сопротивления при движении в полете и для защиты расположенной под ним антенны от воздействия внешней среды.
В общем случае, обтекатель представляет собой оболочку выпуклой формы, выполненную из радиопрозрачного материала, установленную и закрепленную относительно корпуса ЛА.
Устройство установки антенны и радиопрозрачного обтекателя антенны на летательный аппарат (Фиг. 2) содержит установочную панель 1, оборудованную элементами для установки антенны, например, резьбовыми отверстиями для крепежных скоб и сквозных патрубков под проход силовых и ARING кабелей.
Установочная панель 1 представляет собой, например, металлическую плиту, оснащенную ребрами жесткости, так как она является силовым элементом конструкции Устройства и должна воспринимать все приходящие на нее нагрузки: перерезывающие и сдвиговые силы, изгибающие и крутящие моменты.
Установочная панель 1 фиксируется на корпусе ЛА 2 опорными стойками 4, 5. Опорные стойки представляют собой металлические балки, например, двутаврового сечения.
Первые концы 6 установочных стоек застопорены на корпусе 2.
Одновременно соединения других концов опорных стоек с установочной панелью могут иметь два исполнения, (Фиг. 1, 2), отличающиеся тем, что стойки исполнения «1» вторым концом 21 жестко закреплены (застопорены) на установочной панели, а каждая из стоек исполнения «2», по меньшей мере, одна из всех стоек, вторым концом 22 соединена с установочной панелью посредством стержня 7, снабженного с обоих концов шарнирами 8, 9, сочлененными с этой стойкой 4 и с панелью 1 соответственно. Стержень выполнен, например, в виде металлической серьги с двумя отверстиями по концам, в которые запрессованы шарнирные подшипники.
Количество опорных стоек исполнений «1» или «2», места их расположения на установочной панели и на корпусе планера (Фиг. 1-4), а также способы фиксации при установке определяются конструкторской проработкой с учетом размещения антенн, размеров установочной панели, значений расчетных нагрузок и значений деформаций корпуса ЛА, чтобы надежно зафиксировать панель относительно корпуса ЛА и при этом исключить ее деформации, вызывающие превышение допустимых прочностных характеристик.
Величины недопустимых деформаций, приводящих к разрушению установочной панели, возникающих от изгибающих и крутящих моментов, определяются прочностными расчетами, например, по книге Справочная книга по расчету самолета на прочность. / М.Ф. Астахов, А.В. Каравальцев, С.Я. Макаров - М.: Книга по Требованию, 2012 - 648 с.
Обтекатель 3 закреплен на установочной панели 1 крепежными стойками 10, концы которых 11, 12 зафиксированы на панели 1 и на оболочке обтекателя 3, соответственно.
Таким образом, обеспечено соединение обтекателя с корпусом ЛА через промежуточный элемент конструкции - установочную панель, обеспечивающее передачу всех сил по осям X, У, Z и изгибающих и крутящих моментов относительно этих осей от обтекателя на корпус ЛА.
Поскольку расстояния от точек крепления обтекателя до панели значительно меньше, чем до корпуса ЛА, короче и легче стойки крепления обтекателя и меньше значения передаваемых ими крутящих и изгибающих моментов от аэродинамических сил, действующих на поверхность обтекателя, так как моменты прямо пропорциональны плечу их действия. Количество крепежных стоек и места их расположения, а также способы фиксации при установке определяются конструкторской проработкой с учетом размещения антенн, размеров установочной панели и обтекателя, значений аэродинамических нагрузок, чтобы надежно зафиксировать обтекатель относительно установочной панели и соответственно корпуса ЛА.
В частном случае исполнения, для исключения или минимизации передачи деформаций обтекателя на панель (Фиг. 5, 6), конструкции крепежных стоек обтекателя имеют два исполнения, отличающиеся тем, что стойки 10 исполнения «1» одним концом жестко закреплены 12 (застопорены) на обтекателе 3, а вторым концом 11 - на установочной панели, а каждая из стоек 13 исполнения «2» вторым концом соединена с установочной панелью посредством стержня 14, снабженного с обоих концов шарнирами 15, 16, сочлененными со стойкой и с панелью соответственно. Стержень выполнен, например, в виде металлической серьги с двумя отверстиями по концам, в которые запрессованы шарнирные подшипники. Возможно зеркальное исполнение - жесткое крепление с установочной панелью, а соединение посредством стержня с обтекателем.
В частном случае исполнения (Фиг. 2, 7), для предотвращения попадания под обтекатель осадков, частиц пыли или других предметов внешней среды, контур обтекателя, примыкающий к корпусу ЛА, снабжен по периметру кромочным эластичным уплотнением 17, выполненным, например, из резиновых профилей 18 со смещенными круглыми головками, ОСТ 1 14253-82, закрепленных в металлических обоймах 19, установленных, например, посредством заклепок 20 на кромку обтекателя по контуру.
В частном случае выполнения конструкций крепежных стоек, для расширения диаграммы направленности и повышения качества работы установленных под обтекателем приемно-передающих антенн, в зависимости от целесообразности приема-передачи, все или, по меньшей мере, одна из крепежных стоек обтекателя, или отдельные конструктивные элементы этих стоек могут быть выполнены из радиопрозрачного материала.
Конструктивно стойки могут быть выполнены, например, в виде стаканов из радиопрозрачного материала, например, из стеклоткани Т-13 по ГОСТ 19170-2001 на связующем ЭДФ по ОСТ6-05-5113-80.
Преимущества изобретения проявляются следующим образом. Установочная панель закреплена на корпусе ЛА посредством опорных стоек исполнений «1» и «2». Схема нагружения опорных стоек для случая деформации корпуса ЛА представлена на Фиг. 4, где:
х2
z2
Р P - силы в установочной панели вдоль осей X, Z соответственно, в точке крепления опорной стойки 2 (исполнение «1»).
y1
y2
у3
P P Р - силы в установочной панели вдоль оси У в точках крепления опорных стоек соответственно 1 (исполнение «2»), 2 (исполнение «1»), 3 (исполнение «2»)
х2
у2
Z2
М М M - изгибающий или крутящий моменты в установочной панели относительно осей соответственно X, Y, Z в точке крепления опорной стоки 2 (исполнение «1»).
х,
у,
z
х,
у,
z
х,
z
у
x
у
z
у
х
z
x,
y,
z
у
Количество, места расположения и способы фиксации стоек заданы таким образом, чтобы обеспечить надежную передачу всех сил РРP по осям X, У, Z, а также изгибающих и крутящих моментов ММM относительно этих осей с панели на корпус ЛА и при этом исключить или минимизировать передачу на панель деформаций корпуса ЛА от действующих на ЛА аэродинамических, инерционных и других нагрузок, а также от перепадов давления и температуры окружающей среды. При деформации, а так же при увеличении или уменьшении линейных размеров корпуса ЛА в полете, первые концы опорных стоек 6 (Фиг. 2), зафиксированные на корпусе ЛА, поворачиваются и перемещаются совместно с корпусом. При этом, опорные стойки исполнения «1», вторые концы 21 (Фиг. 1) которых жестко закреплены на установочной панели, обеспечивают передачу сил РP и часть сил Р, а также изгибающих и крутящих моментов M, М, M с панели на корпус ЛА (Фиг. 4). Передача дополнительных сил Р, необходимая для надежного крепления панели на корпусе ЛА, производится опорными стойками исполнения «2», второй конец 22 (Фиг. 1) каждой из которых закреплен на установочной панели посредством стержня 7 (Фиг. 3), шарнирно сочлененного со стойкой 4 и с панелью 1, который при перемещении первого конца 6 стойки поворачивается на определенный угол относительно этой стойки вокруг осей соответствующих установленных в них шарнирных подшипников 8, 9, не передавая на конструкцию установочной панели деформации и соответственно не загружая ее дополнительными силами Р, P в плоскости панели и также изгибающими и крутящими моментами M M M. При этом, передача перерезывающих сил Р, т.е. перпендикулярно плоскости панели, сохраняется.
Обтекатель закреплен на установочной панели посредством крепежных стоек.
Схема нагружения крепежных стоек для случая деформации обтекателя представлена на Фиг. 6, где:
х5
z5
Р P - силы в установочной панели вдоль осей X, Z соответственно в точке крепления крепежной стойки 5 (исполнение «1»).
у4
у5
Р Р - силы в установочной панели вдоль оси У в точках крепления крепежных стоек соответственно 4 (исполнение «2»), 5 (исполнение «1»).
х5
y5
z5
М M M - изгибающий или крутящий моменты в установочной панели относительно осей соответственно X, Y, Z в точке крепления крепежной стойки 5 (исполнение «1»).
x,
y,
z
х
y,
z
х,
z
y
x,
у,
z
y
x
z
х,
y,
z
y
Количество, места расположения и способы фиксации стоек заданы таким образом, чтобы обеспечить надежную передачу всех сил P P P по осям X, У, Z, а также изгибающих и крутящих моментов М, M M относительно этих осей с обтекателя на установочную панель и через нее соответственно на корпус ЛА. Если необходимо исключить или минимизировать передачу на панель деформаций обтекателя от действующих на него аэродинамических, инерционных и других нагрузок, а также от перепадов давления и температуры окружающей среды, что бывает обусловлено требованиями к качеству работы установленных на панели приемо-передающих антенн, то применяются крепежные стойки исполнения «1» и исполнения «2», подобные по конструкции опорным стойкам, соответственно исполнений «1» или «2». При деформации, а так же при увеличении или уменьшении линейных размеров обтекателя в полете, первые концы установочных стоек 23, зафиксированные на обтекателе, поворачиваются и перемещаются совместно с корпусом. При этом, крепежные стойки исполнения «1», вторые концы 24 которых жестко закреплены на установочной панели, обеспечивают передачу сил РP и часть сил P, а также изгибающих и крутящих моментов M МM с обтекателя на установочную панель и соответственно на корпус ЛА (Фиг. 6). Передача дополнительных сил P, необходимая для надежного крепления обтекателя на установочной панели и соответственно на корпусе ЛА, производится крепежными стойками исполнения «2», второй конец 25 каждой из которых закреплен на установочной панели посредством стержня 14, шарнирно сочлененного со стойкой 13 и с панелью 1, который при перемещении первого конца 23 стойки поворачивается на определенный угол относительно этой стойки вокруг осей соответствующих установленных в них шарнирных подшипников 15, 16, не передавая на конструкцию установочной панели деформации и соответственно не загружая ее дополнительными силами P, P в плоскости панели и также изгибающими и крутящими моментами МM M При этом, передача перерезывающих сил P, т.е. перпендикулярно плоскости панели, сохраняется.