Антенный обтекатель
ANTENNA FAIRING

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и предназначено для использования в конструкциях антенных обтекателей для низкоскоростных ракет класса «воздух-поверхность» или «поверхность-поверхность».
Проектирование обтекателей летательного аппарата (ЛА) остается на данном этапе одной из сложнейших задач в ракетостроении, которое предполагает решение нескольких взаимосвязанных задач, приоритетной из которых является достижение максимально возможного коэффициента прохождения (КП) электромагнитных волн материала в заданном диапазоне или в нескольких диапазонах (широкополосные обтекатели).
Для обеспечения высокого КП необходимо, чтобы поглощение энергии в обтекателе было минимальным, диэлектрическая проницаемость материала обтекателя должна быть максимально низкой, а стенка обтекателя тонкой, при этом очень важно обеспечить прочностные и теплозащитные характеристики для нормального функционирования антенной системы и обтекателя в целом.
Максимальной стойкостью к внешним воздействиям обладают керамические материалы, однако, наряду с широким диапазоном рабочих температур, высокой твердостью и прочностью эти материалы имеют существенный недостаток - возникновение трещин, что ограничивает применение их в изготовлении конструкции антенного обтекателя, где толщина стенки менее 4 мм, что приводит к увеличению весовых характеристик конструкции, а также диэлектрической проницаемости больше 4.
Для изготовления обтекателей класса «воздух-поверхность» или «поверхность-поверхность», дозвуковые ракеты с низкой температурной и силовой нагрузкой, могут быть использованы различные полимерные материалы. Применение для изготовления обтекателя термопластичных полимеров позволяет формовать изделия с любой кривизной путем нагрева и расплавления.
Известен антенный кожух, который изготовлен на основе фторопласта (WO/2003/077363, МПК H01Q 1/42, опубл. 18.09.2003 г.). Материал фторопласт является хорошим атмосферостойким диэлектриком, который имеет низкий коэффициент трения и достаточно широкий диапазон рабочих температур, однако обладает малой твердостью, сопротивлением ползучести и деформацией под нагрузкой, результатом этого является низкая эрозионная стойкость.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является антенный обтекатель [патент РФ №2292101 С2, МПК H01Q 1/42, опубл. 20.01.2007], который в форме цилиндра с полусферической вершиной и с одинаковой толщиной стенки 2±0,2 мм, изготавливается методом литья под давлением из поликарбоната, в который для улучшения эрозионностойкости дополнительно введен дисульфид молибдена.
Недостатком такой конструкции является то, что технологичность использования термопластов уменьшается по мере роста габаритов конструкции, она достаточно велика в рассмотренном выше случае и не эффективна для изготовления средне и крупногабаритных обтекателей к которым относится предлагаемое изобретение.
Еще одним недостатком является равнотолщинный характер оболочки, что обеспечивает работу обтекателя только в узком диапазоне электромагнитных волн и ограничивает область его применения.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение высоких радиотехнических характеристик, снижение веса антенного обтекателя и повышение эффективности соединения его оболочки со шпангоутом.
Техническим результатом изобретения является создание конструкции антенного обтекателя с заданными радиотехническими характеристиками в широком диапазоне электромагнитных волн, обеспечивающего герметичность и теплопрочность изделия.
Указанная задача решается тем, что антенный обтекатель из полимерного материала в форме цилиндра с полусферической вершиной и постоянной толщиной стенки, отличающийся тем, что оболочка антенного обтекателя выполнена из стеклопластика на основе кварцевой ткани с разнотолщинной, радиотехнически тонкой стенкой при этом толщина стенки (δ) в средней части оболочки на расстоянии от 15 до 50% длины от носка составляет 1δ, в хвостовой части оболочки составляет 2,5δ, в носовой части оболочки составляет 1,4δ, с плавным переходом между ними, кроме этого оболочка соединена внутренней поверхностью и торцом со шпангоутом из алюмо-магниевого сплава эластичным клеем-герметиком, при этом в средней части склеиваемой поверхности полки шпангоута выполнена кольцевая проточка шириной не менее 65% длины склеиваемой поверхности и глубиной не менее 0,2 мм, оболочка выполнена методом пропитки под давлением с монолитной, беспористой матрицей, позволяющей получать обтекатель без радиотехнической доводки и без влагозащитного покрытия, с покрытием наружной поверхности оболочки антенного обтекателя только декоративной эмалью.
На фигуре приведено изображение антенного обтекателя, состоящего из стеклопластиковой оболочки 1, шпангоута 2 из алюмомагниевого сплава и соединяющего их клея-герметика 3.
Рассмотрим основной элемент конструкции - оболочку.
Для изготовления оболочки антенного обтекателя был применен стеклотекстолит на основе эпоксидного связующего. Для обеспечения высоких коэффициентов прохождения электромагнитных волн материала в нескольких диапазонах, после проведения ряда экспериментально-теоретических исследований, оболочка обтекателя была выполнена с разнотолщинной радиотехнически тонкой оболочкой из стеклопластика на основе кварцевой ткани, при этом толщина стенки в средней части оболочки (δ) на расстоянии от 15 до 50% длины от носка составляет 1δ, в хвостовой части оболочки составляет - 2,5δ, в носовой части оболочки составляет 1,4δ, с плавным переходом между ними. Оболочка выполнена методом пропитки под давлением с монолитной, беспористой матрицей.
В данном методе реализована способность смолы растекаться в замкнутом объеме формы под действием давления. Такой способ формообразования позволяет получать конструкции с высокой точностью геометрических размеров, постоянной плотностью по объему материала стенки, при этом стенка практически не имеет пустот или местных расслоений.
Важной частью данного изобретения является оптимизация конструкции крепления обтекателя. Определяющим фактором в данном случае являются невысокий уровень нагрузок, действующих на обтекатель, связанных с тем, что это обтекатель дозвуковой ракеты, малым удлинением (~ 1) и легкой тонкостенной оболочкой обтекателя. При проведении опытно-конструкторских работ было выяснено, что необходимая по характеристикам конструкция крепления обтекателя может быть обеспечена применением легкого алюмо-магниевого шпангоута, соединенного с оболочкой эластичным клеем-герметиком, без применения винтов. При этом толщина клея-герметика должна быть не менее 0,2 мм, что требуется для обеспечения необходимых характеристик клеевого соединения. При обычном конусообразном соединении не удается достичь равнотолщинного клеевого шва, поэтому в средней части склеиваемой поверхности полки шпангоута выполнена кольцевая проточка, шириной не менее 65% длины склеиваемой поверхности и глубиной не менее 0,2 мм.
Предлагаемая конструкция обеспечивает необходимое центрирование оболочки на шпангоуте и глубину клеевого шва для обеспечения требуемых прочностных характеристик соединения.