Антенный обтекатель
ANTENNA FAIRING

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.
Известна конструкция обтекателя согласно патенту РФ №2654953 МПК H01Q /42, опубликовано 23.05.2018. Указанная конструкция включает оболочку, соединенную эластичным адгезивом с металлическим шпангоутом, состоящим из переходника из инварного сплава и стыкового элемента, соединенных между собой с помощью буртов и штифтов, и уплотнительного кольца, при этом на наружной поверхности переходника в области его соединения с торцевой зоной керамической оболочки выполнена проточка, а в области радиального соединения с оболочкой выполнены сквозные прорези. В бурте переходника выполнены дискретно расположенный опорный элемент, прилегающий к бурту стыкового элемента, и крепежный элемент в области штифтов, в опорном элементе переходника выполнены осевые пазы, размещенные в шахматном порядке относительно прорезей, а в крепежном элементе выполнена дополнительная кольцевая проточка.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является головной обтекатель по патенту RU №2273077, H01Q 1/42, опубликованного 27.03.2006, где, оболочка из беспористого керамического материала, не требующего влагозащиты, соединенная по сопрягаемым коническим поверхностям с переходным металлическим шпангоутом эластичным термостойким адгезивом, переходной шпангоут соединен соосно со стыковым шпангоутом и ограничен от осевого перемещения с одной стороны двумя взаимно ответными буртиками, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, с другой стороны - штифтами, запрессованными в стыковой шпангоут и установленными с зазором в глухие отверстия переходного шпангоута, а уплотнительное кольцо установлено в проточку на торце переходного шпангоута.
К недостаткам вышеуказанных технических решений относится то, что несущая способность данных конструкций значительно снижается при одновременном увеличении температурных и силовых нагрузок. В связи с применением в конструкции узла соединения обтекателя материалов, с разными физико-механическими свойствами, в особенности, с рассогласованным температурным коэффициентом линейного расширения (далее - ТКЛР, ТКЛР применяемых металлических сплавов больше в 3-10 раз по сравнению с керамическими материалами), рост нагрузок приводит к увеличению растягивающих напряжений в керамической оболочке в зоне склейки со шпангоутом, и может вызвать ее разрушение. При автономной работе обтекателя его нагрев происходит неравномерно, что приводит к возникновению в составных частях шпангоута несимметричных относительно центральной оси обтекателя перемещений, вызванных тепловым расширением элементов, которые в свою очередь, могут привести к защемлению - «закусыванию» установленных (запрессованных) в него штифтов и образованию жесткой связи в радиальном направлении между стыковым и переходным шпангоутами. Появление подобной труднопрогнозируемой связи между стыковым и переходным шпангоутами вызывает дополнительное расширение последнего, и напрямую связанное с этим увеличение распорных растягивающих напряжений в керамической оболочке.
Задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности конструкции в условиях повышенного теплосилового нагружения с одновременным обеспечением заданного уровня герметичности.
Технический результат изобретения достигается тем, что предложен:
Антенный обтекатель, включающий керамическую оболочку, соединенную внутренней и торцевой поверхностями эластичным термостойким клеем-герметиком со шпангоутом, состоящим из металлического переходного шпангоута, согласованного по ТКЛР с материалом оболочки, металлического стыкового кольца и установленного в кольцевой проточке тыльного торца переходного шпангоута уплотнительного кольца, отличающийся тем, что конструкция шпангоута представляет собой байонетное соединение закрытого типа, при котором детали шпангоута соединены между собой телескопически посредством осевого перемещения и поворота байонетных зубьев шпангоута переходного относительно байонетных зубьев стыкового кольца с заполнением зазоров и пустот эластичным клеем-герметиком, при этом торцевая поверхность оболочки посредством клея-герметика опирается на сплошной кольцеобразный стыковой элемент шпангоута, а правильность сборки деталей шпангоута обеспечивается совмещением рисок на торцах шпангоута переходного и стыкового кольца.
2. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что в части введения в переходной шпангоут продольных прорезей, кратных количеству байонетных зубьев и расположенных симметрично относительно последних, количество и конфигурация которых определяется из условия необходимого снижения температурных напряжений в керамической оболочке.
3. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что в торцевой части оболочки организуется не заполненная клеем воздушная полость между оболочкой и переходным шпангоутом путем оптимизации конструкции шпангоута в части выполнения кольцевой проточки в переходном шпангоуте шириной не менее толщины оболочки в ее торцевой части и дополнительной кольцевой проточки для размещения в ней кольца из герметизирующего материала (состава), отсекающего попадание клея-герметик из клеевого шва в полость между оболочкой и переходным шпангоутом.
На фиг. представлена реализация предложенного технического решения. Поставленная задача обеспечивается за счет следующих конструктивных решений.
Керамическая оболочка (1) соединяется по своей внутренней поверхности эластичным термостойким клеем-герметиком (4) с переходным шпангоутом (2), а торцевой поверхностью опирается через клей-герметик (4) на сплошной кольцеобразный элемент стыкового кольца (3), имеющий повышенную, по сравнению с сегментированным элементом, изгибную и цилиндрическую жесткости, позволяющую при воздействии теплосиловых нагрузок минимизировать отклонения от начального положения плоскости стыка торца оболочки и стыкового элемента. Для исключения жесткой связи в радиальном направлении переходной шпангоут (2) соединен со стыковым кольцом (3) методом байонета, при котором байонетные зубья стыкового кольца (6) заходят (зацепляются) за байонетные зубья переходного шпангоута (5), при этом все зазоры и полости между зубьями байонета заполняются клеем-герметиком (4). Так как зубья байонета выполнены внутри деталей, а конструктивно переходной шпангоут и стыковое кольцо имеют с торцов сплошные кольцевые элементы (7), которые по посадке садятся на соответствующие друг другу поверхности, то правильность сборки при закрытом байонете обеспечивается совмещением рисок (8) на торцах деталей шпангоута.
Герметизация узла соединения обеспечивается за счет соединения деталей шпангоута по всем сопрягаемым поверхностям клеем-герметиком (4) и установкой в кольцевой проточке тыльного торца переходного шпангоута и внутренней поверхностью стыкового кольца уплотнительного кольца (9).
Работоспособность узла соединения керамической оболочки и составного шпангоута в условиях повышенных тепловых и силовых нагрузок обеспечивается:
- оптимизацией конструкции шпангоута в части введения в переходной шпангоут продольных прорезей (10), кратных количеству байонетных зубьев и расположенных симметрично относительно последних, количество и конфигурация которых определяется из условия необходимого снижения температурных напряжений в керамической оболочке при обеспечении стойкости к воздействию поперечной нагрузки.
Для обеспечения герметичности прорези заполняются клеем-герметиком;
- оптимизацией конструкции шпангоута в части организации в торцевой части оболочки не заполненной клеем воздушной полости (11) за счет выполнения кольцевой проточки в переходном шпангоуте шириной не менее толщины оболочки в ее торцевой части. Для обеспечения не попадания клея-герметика в полость (11) перед ней организуется дополнительная кольцевая проточка (12), в которую вклеивается кольцо (13) из герметизирующего материала (состава), отсекающее попадание клея-герметика из клеевого шва в полость между оболочкой и переходным шпангоутом;
- расчетом длины клеевого шва из условия обеспечения достаточной прочности клеевого соединения при максимально возможном уровне комплексного воздействия тепловой нагрузки, продольной сжимающей и поперечной изгибающей нагрузок.
Заявляемая конструкция по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики и надежность обтекателя при кардинальном увеличении суммарного температурного и силового воздействия и обеспечить улучшенную герметизацию внутреннего объема обтекателя.