Результат интеллектуальной деятельности: Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к радиопрозрачным обтекателям скоростных летательных аппаратов различных классов.

Известны радиопрозрачные антенные обтекатели, содержащие однослойную или многослойную оболочку из диэлектрического материала и силовой пояс для крепления к корпусу летательного аппарата, например по патенту РФ №2186444, МПК H01Q 1/42. Предложена многослойная композиция со слоями сотового заполнителя и средним сплошным слоем. Слои обтекателя последовательно выкладывают на жесткой форме и формуют, а сплошной слой создают из подслоев, которые укладывают встык и затем приформовывают.

Недостатком таких обтекателей является ненадежность крепления обтекателя к корпусу летательного аппарата, так как сложно соблюдать соосность обтекателя к продольной оси летательного аппарата.

Известен антенный обтекатель по патенту РФ №2090956, МПК H01Q 1/42. Обтекатель включает керамический колпак, переходный шпангоут из инвара, склеенный эластичным клеем-герметиком по внутренней расточке в колпаке и термозащитное кольцо из стеклопластика. Крепление имеет сложную конструкцию, состоящую из нескольких стыкуемых деталей. Точность позиционирования определяется толщиной слоя клеящего состава, что не может обеспечить точную соосность обтекателя с корпусом летательного аппарата.

Известен антенный обтекатель по патенту РФ №2500055, МПК H01Q 1/42. Обтекатель содержит керамический колпак с выполненной на внутренней поверхности выборкой, соединительный шпангоут и соединительный переходник, металлическое разрезное кольцо, соединенные между собой крепежными элементами и эластичным клеем на кремнеорганической основе. Конструкция сложна, имеет несколько стыкуемых на основе клея деталей и не обеспечивает точной соосности обтекателя и корпуса летательного аппарата. Кроме того, происходит потеря прочности соединения металл - керамика при силовых и тепловых воздействиях на обтекатель.

Известен радиопрозрачный обтекатель головки самонаведения зенитных ракет по патенту РФ №2090958, МПК H01Q 1/42. Он включает оболочку в виде колпака из стеклотекстолита, промежуточное металлическое кольцо из титана, алюминия или его сплавов, скрепленное винтами с оболочкой. Конструкция не обеспечивает точной центровки колпака с корпусом летательного аппарата.

Наиболее близким по совокупности признаков аналогом является антенный обтекатель, содержащий конусообразную оболочку и металлическое кольцо, жестко скрепленное с оболочкой (Патент РФ №2433512, МПК H01Q 1/42). Крепление оболочки к металлическому кольцу осуществляется за счет клея и винтов, что не позволяет с высокой точностью обеспечить соосность оболочки и продольной оси летательного аппарата. Из-за этого конструкция имеет сравнительно низкие эксплуатационные характеристики, поскольку в полете при больших силовых и тепловых воздействиях возможен срыв и разрушение оболочки.

Техническим результатом изобретения является высокоточное центрирование конусообразной оболочки относительно продольной оси металлического кольца и летательного аппарата и ее надежное крепление на металлическом кольце, позволяющее выдерживать высокие динамические и тепловые нагрузки во время длительного полета.

Технический результат достигается тем, что антенный обтекатель содержит конусообразную оболочку и металлическое кольцо (шпангоут), жестко скрепленное с оболочкой, при этом обтекатель снабжен стопорными накладками, равномерно распределенными по его окружности, торец металлического кольца, обращенный к вершине конусообразной оболочки, выполнен с наружным пилообразным профилем, конусообразная оболочка выполнена с поднутрениями, один конец накладок размещен в поднутрениях конусообразной оболочки и жестко соединен с металлическим кольцом в районе пилообразного профиля, а другой конец - с металлическим кольцом с противоположного торца, конусообразная оболочка выполнена путем намотки концентричных слоев растянутых параллельно лежащих волокон, ориентированных послойно под углом 0°, +45°, -45° к продольной оси конусообразной оболочки, скрепленных между собой посредством полимерного связующего, волокна выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника, при этом площадь поперечного сечения волокон уменьшается послойно в направлении от оси конусообразной оболочки, а соседние волокна контактируют между собой взаимообращенными гранями. Технический результат достигается также тем, что используют стеклянные или базальтовые волокна.

Технический результат достигается за счет того, что конусообразная оболочка изготавливается путем намотки волокон на конусообразный шаблон, причем первые слои намотки размещаются в непосредственном контакте с пилообразным профилем металлического кольца, что позволяет обеспечить точное центрирование и высокую жесткость соединения оболочки с металлическим кольцом (шпангоутом). В процессе полета невозможен срыв конусообразной оболочки, а накладки прижимают ее к пилообразному профилю металлического кольца, не позволяя ей отслаиваться.

На рис. 1 представлен общий вид антенного обтекателя, на рис. 2 - вид I на рис. 1, на рис. 3 - поперечный разрез конусообразной оболочки.

Антенный обтекатель содержит конусообразную оболочку 1, металлическое кольцо 2, жестко скрепленное с оболочкой 1. Обтекатель снабжен стопорными накладками 3, равномерно распределенными по окружности обтекателя. Торец 4 металлического кольца 2, обращенный к вершине конусообразной оболочки 1, выполнен с наружным пилообразным профилем. Конусообразная оболочка 1 выполнена с поднутрениями 5, один конец накладок 3 размещен в поднутрениях 5 конусообразной оболочки 1 и жестко соединен с металлическим кольцом 2 в районе пилообразного профиля, а другой конец - с металлическим кольцом 2 с противоположного торца. Конусообразная оболочка 1 выполнена путем намотки концентричных слоев растянутых параллельно лежащих волокон 6, ориентированных послойно под углом 0°, +45°, -45° к продольной оси конусообразной оболочки 1, скрепленных между собой посредством полимерного связующего, например эпоксидной, полиэфирной смолы и т.д.. Волокна 6 выполнены с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника, при этом площадь поперечного сечения волокон уменьшается послойно в направлении от оси конусообразной оболочки, а соседние волокна контактируют между собой взаимообращенными гранями. Накладки 3 могут быть жестко соединены с металлическим кольцом 2 при помощи болтов (показаны условно). Металлическое кольцо 2 жестко крепится к корпусу 7 летательного аппарата. Могут быть использованы радиопрозрачные волокна 6, например стеклянные, базальтовые.

Устройство работает следующим образом.

Конусообразная оболочка 1 выполнена путем намотки на мастер-деталь (шаблон) и формируется послойно, что обеспечивает ее абсолютную симметрию относительно продольной оси. После окончания обмотки шаблон удаляется. Пилообразный профиль торца 4 металлического кольца 2 жестко фиксирует слои волокон 6, создавая прочную конструкцию. Стопорные накладки 3 не позволяют слоям волокон 6 отслаиваться под действием тепловых и динамических нагрузок во время полета изделия. Послойное расположение волокон 6 под углами 0°, +45°, -45° позволяет воспринимать и успешно демпфировать продольные и касательные динамические колебания, возникающие в изделии во время полета. Выполнение волокон с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника позволяет максимально плотно их уложить, обеспечив «плотную упаковку» с минимальным количеством полимерного связующего (не более 7%), что позволяет достичь максимальной прочности конусообразной оболочки 1. Уменьшение площади поперечного сечения волокон послойно от 24 до 288 мкм² в направлении от оси конусообразной оболочки позволяет на минимальной толщине оболочки разместить максимальное число чередующихся по направлению намотки концентричных слоев, что повышает прочность конусообразной оболочки 1 и ее геометрическую точность. В результате обеспечивается высокоточное центрирование конусообразной оболочки 1 относительно продольной оси металлического кольца 2 и летательного аппарата и ее надежное крепление на металлическом кольце 2.