Результат интеллектуальной деятельности: Головной 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, МПК⁶ H01Q 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 канавку в стыковочном шпангоуте с предусмотренным зазором и фиксируется радиально расположенными штифтами, установленными также с зазором.

Имеющееся в конструкции теплозащитное кольцо предназначено для снижения общего уровня аэродинамического прогрева, а разница тепловых расширений переходного и стыковочных 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 клея-герметика недопустимо 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 устройством по совокупности признаков в качестве прототипа является головной антенный обтекатель по патенту РФ №2273077, МПК⁷ H01Q 1/42, опубл. 27.03.2006 г.

Указанный головной антенный обтекатель состоит из керамической оболочки, переходного металлического шпангоута, согласованного по ТКЛР с материалом оболочки и соединенного с оболочкой по сопрягаемым коническим поверхностям эластичным термостойким адгезивом, стыкового шпангоута и уплотнительного кольца, оболочка выполнена из керамического материала, переходной шпангоут соединен со стыковым шпангоутом соосно и ограничен от осевого перемещения с одной стороны двумя взаимно ответными буртиками, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, а 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.

Недостатком рассматриваемой конструкции является отсутствие термокомпенсирующих элементов в переходном металлическом шпангоуте. Это ограничивает возможности применения конструкции при повышенных силовых нагрузках или продолжительного режима эксплуатации из-за неизбежного теплового распора металлического переходного шпангоута. Кроме того, соединение переходного металлического шпангоута с охватывающим его стыковым шпангоутом осуществляется посредством, с одной стороны, взаимно ответными буртиками с прямыми уступами, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, а с другой стороны, рядом штифтов, неподвижно зафиксированных в стыковом шпангоуте и с зазором установленных в переходном шпангоуте. Подобное соединение не обеспечивает жесткой связи между переходным и стыковым шпангоутами, что в условиях эксплуатации при неизбежной вибрации вызывает нежелательные колебания керамической оболочки обтекателя относительно корпуса летательного аппарата в пределах технологических зазоров, что приводит к ухудшению его радиотехнических характеристик.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение несущей способности головного антенного обтекателя при более напряженных режимах эксплуатации летательных аппаратов.

Решение поставленной задачи обеспечивается ниже перечисленной совокупностью технических признаков.

Головной антенный обтекатель ракеты, включающий оболочку из керамического материала, переходной металлический шпангоут, согласованный по ТКЛР с материалом оболочки, соединенный с оболочкой по сопрягаемым коническим поверхностям эластичным термостойким адгезивом, стыковой шпангоут, переходной шпангоут, соединенный со стыковым шпангоутом соосно и ограниченный от осевого перемещения двумя взаимно ответными буртиками, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, а с другой стороны - штифтами, зафиксированными в стыковом шпангоуте и установленными с зазором в глухие отверстия переходного шпангоута, уплотнительное кольцо, установленное в канавку на торце переходного шпангоута, отличающийся тем, что на наружной поверхности переходного металлического шпангоута равномерно по окружности вдоль образующей выполнены канавки шириной 10-20 мм и глубиной до 2/3 от исходной толщины в каждом поперечном сечении соединяемой части шпангоута с керамической оболочкой, на взаимно ответных буртиках предусмотрены конические посадочные поверхности, у штифтов на одном конце выполнен конус для фиксации в ответной конической расточке в глухих отверстиях переходного шпангоута, а на другом - резьба для крепления в стыковом шпангоуте.

Выполненные на наружной поверхности переходного шпангоута вдоль образующей канавки обеспечивают снижение жесткости сечения в радиальном направлении и выполняют тем самым роль термокомпенсирующих элементов для предотвращения керамической оболочки от распора. Количество канавок и их размеры определяются следуя правилу: жесткость переходного шпангоута не должна превышать жесткость керамической оболочки. Ширина канавок принимается равной 10÷20 мм. В этот диапазон умещается вся номенклатура используемых размеров обтекателей. Глубина канавок выполняется переменной с максимумом, доходящим до 2/3 исходной толщины в каждом поперечном сечении соединяемой части шпангоута с керамической оболочкой.

Для обеспечения жесткой связи переходного металлического шпангоута со стыковым шпангоутом, с одной стороны их взаимоответные буртики контактируют по коническим поверхностям, а с другой стороны оба шпангоута связаны рядом штифтов, причем резьбовым концом ввинчиваются в стыковой шпангоут, а вторым концом устанавливаются с зазором в глухих отверстиях переходного шпангоута и при этом фиксируются неподвижно своим коническим концом в ответной конической расточке в глухих отверстиях.

Таким образом, переходной и стыковой шпангоуты сочленяются по коническим посадкам с двух сторон, что исключает люфты в разъемном соединении.

На фиг. 1 представлен общий вид головного антенного обтекателя, на фиг. 2 - продольный разрез в увеличенном масштабе, на фиг.3 дано поперечное сечение в месте соединения с переходным металлическим шпангоутом.

Головной антенный обтекатель включает керамическую оболочку 1 из керамического материала, соединенную эластичным термостойким адгезивом 2 с переходным шпангоутом 3, на наружной поверхности которого выполнены канавки 4 и предусмотрен конусный буртик 5. Стыковой шпангоут 6, на внутренней поверхности которого выполнен ответный конусный буртик 7, согласованный с буртиком 5 переходного шпангоута.

Штифты 8 имеют резьбовой конец, ввинчиваемый в стыковой шпангоут и гладкую часть, устанавливаемую с зазором в глухие отверстия переходного шпангоута.

На конце гладкой части штифтов предусмотрен конус 9, посредством которого штифты неподвижно фиксируются в ответной конусной расточке в глухих отверстиях переходного шпангоута.

Между керамической оболочкой и торцом стыкового шпангоута установлена демпфирующая прокладка 10, а в проточке на торце переходного шпангоута установлено уплотнительное кольцо 11 из термостойкой резины для герметизации стыка с корпусом летательного аппарата.

Заявленная конструкция головного антенного обтекателя позволяет обеспечить более высокие технические характеристики летательных аппаратов, в частности по продолжительности рабочего режима.