Результат интеллектуальной деятельности: АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов.

Известен антенный обтекатель по патенту РФ №2090956 МПК ⁶Н01Q 1/42 (БИ №26, 20.09.97 г.). Рассматриваемый антенный обтекатель включает керамический колпак, переходной шпангоут из инвара, склеенный эластичным клеем-герметиком по внутренней расточке в керамическом колпаке, и теплозащитное кольцо из стеклопластика. Свободный конец шпангоута заходит в кольцевую вильчатую проточку в стыковочном шпангоуте с предусмотренным зазором и фиксируется радиально расположенными стержнями, установленными также с зазором.

Имеющееся в конструкции теплозащитное кольцо предназначено для снижения общего уровня аэродинамического прогрева, а разница тепловых расширений переходного и стыковочного шпангоутов компенсируется за счет предусмотренных зазоров. При этом разница между тепловым расширением керамического колпака и переходного шпангоута из инвара компенсируются за счет эластичного клеевого соединения между ними.

Данная конструкция применима для использования при малой длительности эксплуатации и сравнительно невысоком уровне силовых нагрузок.

Причинами, препятствующими достижению более высоких технических характеристик, являются нижеперечисленные факторы. Компенсирующая способность эластичного клеевого соединения между керамическим колпаком и металлическим шпангоутом из инвара является ограниченной ввиду быстрого роста коэффициента термического расширения инвара при температурах свыше 300°С и малой толщины слоя клея-герметика, которая определяется параметрами прочности клеевого соединения на сдвиг.

Повышение термокомпенсационной способности за счет увеличения толщины слоя клея-герметика не допустимо ввиду неизбежного снижения несущей способности клеевого соединения.

Компенсация теплового расширения между переходным и стыковочным шпангоутами за счет зазоров между ними также обладает аналогичными противоречиями. Для большей компенсации при увеличении длительности эксплуатации необходимо увеличивать величину зазоров, а это вызывает снижение несущей способности обтекателя.

Эффективность теплозащитного кольца, предназначенного для снижения прогрева, ввиду его малой толщины при увеличении длительности эксплуатации становится незначительной. Увеличение толщины теплозащитного кольца для повышения теплозащиты ограничено из-за малой конструктивной высоты конструкции, т.е. разницы между наружным и внутренним диаметром обтекателя, которая регламентирована рядом аэродинамических, радиотехнических и конструктивных требований.

Наиболее близким по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является антенный обтекатель по патенту РФ №2189674 МПК ⁶Н01Q 1/42 (БИ №26, 20.09.2002 г.).

Головной обтекатель летательного аппарата включает керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности прямым и обратным конусами, металлический шпангоут и разрезной металлический вкладыш.

Металлический шпангоут соединяется с керамическим колпаком по внешнему прямому конусу клеем на основе кремнийорганических каучуков, а металлический разрезной вкладыш устанавливается по внутреннему обратному конусу и также соединяется клеем с керамическим колпаком. Между собой шпангоут и разрезной металлический вкладыш механически связаны, например, посредством крепежных клиньев.

Таким образом, в рассматриваемой конструкции осуществлено клеевое и механическое соединение керамического колпака и металлического шпангоута по прямому и обратному конусам, выполненным на внутренней поверхности керамического колпака.

Клеевое соединение керамического колпака с металлическим шпангоутом сохраняет работоспособность до температуры начала деструкции клея, что составляет примерно 180°С для клеев на кремнийорганической основе. Разрезной металлический вкладыш, установленный по внутреннему обратному конусу, обеспечивает дополнительное механическое крепление керамического колпака и металлического шпангоута и тем самым расширяет диапазон работоспособности соединения до температур, превышающих предел работоспособности клея.

Прочность этого металлического крепления примерно пропорциональна длине обратного конуса на внутренней поверхности колпака. Но эти размеры строго ограничены рядом аэродинамических и конструктивных требований к габаритам обтекателя и поэтому несущая силовая способность соединения керамического колпака и металлического шпангоута имеет свои пределы, которые не удовлетворяют более нагруженным и длительным режимам эксплуатации летательных аппаратов.

Кроме того, принятая в конструкции увеличенная толщина клея как конструктивный элемент для термокомпенсации расширения металлического шпангоута имеет свои ограничения по температуре, так при температуре свыше 300°С эластичные клеи на кремнийорганической основе превращаются в жесткую керамоподобную массу и эффект термокомпенсации сводится к нулю.

Таким образом, повышение несущей силовой нагрузки на обтекатель и увеличение продолжительности его рабочего режима может обеспечиваться одновременным выполнением двух технических требований: дополнительным механическим креплением металлического шпангоута и керамического колпака и снижением уровня температуры на шпангоуте за счет применения конструктивных элементов, снижающих передачу тепла, т.е. играющих роль тепловых барьеров и при этом имеющих минимальные габариты и массу.

Рассматриваемая конструкция прототипа согласно патенту РФ №2189674 МПК ⁶H01Q 1/42 одновременно этим требованиям не удовлетворяет.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение продолжительности рабочего режима эксплуатации обтекателя и, соответственно, увеличение дальности полета летательного аппарата.

Достижение технического результата обеспечивается следующей совокупностью технических признаков заявляемой конструкции:

1. Антенный обтекатель, включающий соединенные эластичным клеем на кремнеорганической основе керамический колпак, металлические шпангоут и соединительный переходник, металлическое разрезное кольцо, установленное между керамическим колпаком и шпангоутом, отличающийся тем, что к торцу керамического колпака пристыковано опорное металлическое кольцо, на внутренней поверхности керамического колпака выполнена выборка, в которой по сопрягаемым поверхностям установлено разрезное металлическое кольцо длиной, соизмеримой с длиной шпангоута, и снабженное буртиком, размещенным в ответном пазу опорного кольца, при этом опорное кольцо связано с металлическим шпангоутом фиксаторами, а соединительный переходник выполнен разъемным и скреплен неподвижно с опорным кольцом по окружным и торцевым соприкасаемым поверхностям.

2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что на торцевых соприкасаемых поверхностях опорного кольца и соединительного переходника выполнены соответствующие друг другу скосы.

3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены в виде равномерно распределенных радиально-ориентированных штифтов.

На фиг.1 представлен общий вид антенного обтекателя, на фиг.2 изображен в увеличенном масштабе разрез узла соединения по месту крепления шпангоута и опорного кольца, на фиг.3 представлен разрез по месту крепления опорного кольца и металлического шпангоута, на фиг.4 и фиг.5 изображены варианты крепления опорного кольца и соединительного переходника.

Антенный обтекатель включает керамический колпак 1, металлический шпангоут 2, разрезное металлическое кольцо 3 с буртиком 4, опорное кольцо 5, соединительный переходник 6, штифты с резьбовым концом 7, винты 8, уплотнительное кольцо 9. На внутренней поверхности керамического колпака выполнена выборка 10. Прочное и герметичное соединение составных частей обтекателя обеспечивается клеевыми швами 11, 12, 13. Для реализации вариантов исполнения, представленных на фиг.4 и фиг.5, на стыкуемых торцах опорного кольца и соединительного переходника выполнены соответствующие друг другу скосы 14 и 15.

Сборка обтекателя осуществляется в следующей последовательности: керамический колпак 1 соединяется с опорным кольцом 5 клеевым швом 11, после этого разрезное металлическое кольцо 3 фиксируется клеевым швом 12 в выборке 10 керамического колпака 1 и одновременно буртиком 4 сочленяется с опорным кольцом 5. Затем вставляется металлический шпангоут 2 до упора с задней кромкой буртика 4 и соединяется клеевым швом 13 и штифтами 7.

Следующими операциями сборки является крепление соединительного переходника 6 с опорным кольцом 5 винтами 8 и укладка во внутренний кольцевой паз уплотнительного кольца 9, обеспечивающего герметизацию обтекателя с отсеком летательного аппарата.

Сборка обтекателя по варианту исполнения фиг.4 и фиг.5 производится аналогичным образом, при этом крепление соединительного переходника и опорного кольца осуществляется с использованием скошенных торцов 14 или 15.

Толщины клеевых швов 12 и 13 определяются рабочим режимом эксплуатации обтекателя, определяющим значения силового и теплового воздействия на соединение керамического колпака со шпангоутом в течение всего рабочего цикла.

Заявляемая конструкция обеспечивает работоспособность обтекателя при более высоких силовых и температурных значениях нагрузок. Это достигается за счет клеевого и механического крепления керамического колпака к шпангоуту, в котором разрезное металлическое кольцо выполнено длиной, соизмеримой с длиной шпангоута. При этом разрезное металлическое кольцо и фиксирующий его в керамическом колпаке слой клея играют роль дополнительного теплового барьера, который, в итоге, снижает общую температуропроводимость стенки в месте соединения керамического колпака с металлическим шпангоутом и, тем самым, увеличивается временной интервал работы обтекателя.

Кроме того, соединение шпангоута и опорного кольца осуществляется фиксаторами, которые обеспечивают беспрепятственное тепловое расширение опорного кольца относительно шпангоута в рабочем режиме. Практически целесообразным вариантом фиксаторов является ряд равномерно распределенных по окружности радиально-ориентированных штифтов.

Крепление соединительного переходника к опорному кольцу в заявляемой конструкции осуществляется по окружным соприкасаемым поверхностям посредством винтов, а фиксация по торцовым соприкасаемым плоскостям обеспечивается за счет выполнения на торцах соответствующих друг другу скосов. Такое защемление торцов обеспечивает повышенную несущую способность к воздействию изгибающего момента в рабочем режиме обтекателя. При этом крепление разрезного металлического кольца к опорному кольцу осуществляется вне керамического колпака, что способствует созданию конструкции с малой строительной высотой, т.е. малой разницей между наружным и внутренним диаметрами в месте соединения керамического колпака и шпангоута, что для обтекателей является одним из необходимых качеств.

Применение заявляемой конструкции позволяет обеспечить более длительный режим полета летательных аппаратов или увеличения скорости полета, вызывающей повышенный разогрев обтекателя.