АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ
ANTENNA DOME

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из пористой керамики.
Известен головной антенный обтекатель ракеты (Патент РФ №2209494, H01Q 1/42 от 27.07.03), у которого радиопрозрачная оболочка состоит из радиопрозрачного внутреннего силового элемента из пористой кварцевой керамики с введенным в поры полимером и внешнего теплозащитного элемента из пористой кварцевой керамики, причем толщина радиопрозрачного внутреннего силового элемента составляет 0,05-0,1 от общей толщины стенки радиопрозрачной оболочки или равномерно увеличивается от носка к основанию до величины, соответствующей 0,1-0,9 от общей толщины стенки, а толщина внешнего теплозащитного элемента меняется в обратной зависимости с сохранением общей электрической толщины стенки радиопрозрачной оболочки, при этом на наружную поверхность внешнего теплозащитного элемента нанесено влагозащитное покрытие. Преимуществом такой конструкции является то, что в ней предусмотрено упрочнение и герметизация пористой керамической оболочки, что повысило несущую способность обтекателя из кварцевой керамики, обеспечило его влагоустойчивость.
К недостаткам известной конструкции относится недостаточный уровень радиотехнических характеристик обтекателя, вызванный в первую очередь тем, что введенный в поры полимер увеличивает диэлектрическую проницаемость кварцевой керамики примерно на 10%, а толщина пропитанного слоя значительна и переменна, что существенно усложняет радиодоводку обтекателей после пропитки. Ко второй причине следует отнести отсутствие ограничений по наружному влагозащитному покрытию в части его толщины, что также приводит к снижению радиотехнических характеристик (РТХ) обтекателя.
Наиболее близким техническим решением является антенный обтекатель ракеты (Патент РФ №2267837, H01Q 1/42 от 10.01.06), содержащий радиопрозрачную оболочку из пористой кварцевой керамики, на внутренней стороне которой содержится слой керамики с введенным в поры полимером толщиной 0,02-0,05 общей толщины стенки оболочки, а на наружной поверхности влагозащитное покрытие толщиной 50-80 мкм, нанесенное на предварительно блокированную ацетоном пористую оболочку, при этом на поверхности оболочки выполнены кольцевые трапециевидные проточки глубиной 0,003-0,010 рабочей длины волны антенны. Такое профилирование стенки оболочки трапециевидными проточками глубиной 0,003-0,010 длины волны излучения антенны позволяет существенно улучшить радиотехнические характеристики (РТХ) обтекателя.
К недостаткам известной конструкции следует отнести то, что выполнение профилирования стенки оболочки осуществляется в зависимости от диэлектрической проницаемости материала на стадии механической обработки керамической оболочки. При дальнейшей операции пропитки внутренней поверхности происходит изменение диэлектрической проницаемости пропитанного материала (как в представленном аналоге) и как следствие к ухудшению РТХ оболочки. Кроме того, выполнение проточек глубиной 0,003-0,010 длины волны стенки требует большой точности. Нередки случаи, когда в процессе доводки обтекателя кольцевыми трапециевидными проточками изделие выходило в брак из-за превышения заданных размеров проточек.
Задачей настоящего изобретения является улучшение радиотехнических характеристик антенного обтекателя из пористой керамики.
Поставленная задача достигается тем, что предложен антенный обтекатель, содержащий радиопрозрачную оболочку из пористой керамики, на внутренней стороне которой содержится слой керамики с введенным в поры полимером, а на наружной поверхности влагозащитное покрытие, нанесенное на предварительно блокированную ацетоном пористую оболочку, при этом на поверхности оболочки выполнены кольцевые трапециевидные проточки глубиной 0,003-0,010 рабочей длины волны антенны, отличающийся тем, что сначала на блокированную ацетоном поверхность наносят кольцевые пояса из материала с диэлектрической проницаемостью большей, чем у материала оболочки, а затем влагозащитное покрытие, при этом толщина кольцевых поясов составляет от 5 до 300 мкм.
Авторы установили, что выполнение под влагозащитным покрытием кольцевых поясов из материалов с большей, чем у материала обтекателя диэлектрической проницаемостью, позволяет существенно повысить уровень РТХ обтекателя. Это происходит за счет локального регулирования электрической толщины стенки обтекателя и как следствие компенсации его угловых ошибок. При этом за счет увеличения электрической толщины стенки обтекателя, становится возможным использование обтекателей, вышедших в брак на операции механической обработки трапециевидных проточек.
Установлено, что толщина каждого кольцевого пояса является величиной переменной и подбирается для каждого конкретного обтекателя с учетом обеспечения его радиотехнических характеристик во всем диапазоне рабочих частот.
Кроме того, экспериментально было установлено, что минимальная толщина кольцевых поясов составляет 5 мкм, так как нанесение более тонких слоев не приводит к заметному изменению электрической толщины стенки, а максимальная толщина не должна превышать 300 мкм, так как дальнейшее увеличение может привести к нарушению целостности влагозащитного покрытия при эксплуатации обтекателя.
Технология изготовления антенных обтекателей по предложенному техническому решению включает следующие операции:
- изготовление керамической пористой заготовки методами керамического производства;
- механическая обработка заготовки алмазным инструментом до заданной толщины стенки и профиля изделия с радиодоводкой обтекателя кольцевыми трапециевидными проточками по заданной программе в зависимости от величины диэлектрической проницаемости материала в оболочке;
- герметизация оболочки путем пропитки по внутренней поверхности оболочки ацетоновым раствором кремнийорганического полимера ТМФТ или МФСС с последующей полимеризацией при температуре;
- нанесение на наружную поверхность методом пульверизации или при помощи тампона ацетона для блокировки капиллярно-активных пор керамики;
- нанесение на наружную поверхность кольцевых поясов из материала с большей диэлектрической проницаемостью (например, эпоксидной грунтовки ЭП0104) в зависимости от радиотехнических характеристик обтекателя во всем диапазоне рабочих частот;
- нанесение на наружную поверхность влагозащитного покрытия;
- склейка оболочки со шпангоутом при помощи герметика.
Выполнение антенного обтекателя по предложенному решению позволяет существенно улучшить радиотехнические характеристики антенного обтекателя из пористой керамики, что подтверждается данными таблицы, в которой представлены сравнительные РТХ изделий из кварцевой керамики, выполненных по прототипу и по предложенному техническому решению. Как видно из представленных данных, применение предложенного технического решения позволяет снизить на 25-30% величину вносимой изделием ошибки и на 10-20% крутизну ошибки, как на верхних, так и на нижних частотах, что особенно важно для систем наведения ракет, оснащенных бортовой аппаратурной компенсацией.
№ изделия
Режим измерения
Верхняя частота, поляризация Е
Нижняя частота, поляризация Е
По прототипу
По предложенному техническому решению
По прототипу
По предложенному техническому решению
Вносимая изделием ошибка (минуты)
Крутизна ошибки
Вносимая изделием ошибка (минуты)
Крутизна ошибки
Вносимая изделием ошибка (минуты)
Крутизна ошибки
Вносимая изделием ошибка (минуты)
Крутизна ошибки
1
-
-
-
-
19,0
0,071
14,0
0,066
2
-
-
-
-
16,0
0,066
14,0
0,059
3
14,0
0,060
10,0
0,054
-
-
-
-
4
13,0
0,073
10,0
0,055
-
-
-
-
Таким образом, предложенное техническое решение просто в исполнении и позволяет существенно улучшить РТХ обтекателей из пористой керамики.
Источники информации
1. Патент РФ №2209494, H01Q 1/42 от 27.07.03.
2. Патент РФ №2267837, H01Q 1/42 от 10.01.06.