Теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе

Изобретение относится к конструкциям радиопрозрачных укрытий пеленгационных антенн летательных аппаратов, входящих в системы «антенна-обтекатель», предназначенных для работы в термонагруженных (высокотемпературных) условиях.

Рост скоростей и длительности полета современных летательных аппаратов приводит к увеличению тепловых нагрузок, действующих на обтекатель, что в свою очередь приводит к необходимости разработки новых конструктивных решений, направленных на обеспечение рабочей температуры аппаратуры и элементов антенной системы, размещаемых под обтекателем.

Наиболее эффективным методом решения поставленной задачи является создание дополнительного контура тепловой защиты, выполненного в виде отдельного теплозащитного экрана. При этом использование пассивных радиолокационных дополнительных элементов как конструктивных элементов антенной системы расширяет его (экрана) функциональные возможности.

Известен теплозащитный экран, расположенный внутри и отстоящий от носовой части обтекателя [патент US 005691736A, 25.11.1997], защищающий элементы антенной системы от теплового воздействия и имеющий геометрические параметры для обеспечения прохождения сигнала на СВЧ принимаемого или передаваемого антенной.

Недостатком вышеуказанного технического решения является то, что теплозащитный экран в верхней его части имеет контакт по окружности с внутренней стенкой оболочки, что влечет к прогреву экрана и снижает его теплозащитные свойства, а также использование разных материалов оболочки и экрана с разными физико-механическими свойствами, в особенности с рассогласованным температурным коэффициентом линейного расширения, приводящий к увеличению растягивающих напряжений в зоне касания экрана с керамической оболочкой, что значительно снижает диапазон использования данной конструкции.

В рамках многофункционального использования теплозащитного экрана известна конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы [патент РФ № 2759918, МПК H01Q 1/42, H01Q 19/02, опубл. 18.11.2021], выполненной совместно с трехслойной подложкой, являющаяся одновременно теплозащитным экраном для антенной системы, типа А-Sandwich (диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя () меньше диэлектрической проницаемости внешних слоев (), для симметричной стенки: ), где толщина теплозащитного слоя выбирается не только для создания необходимых тепловых условий укрываемой электронной аппаратуре, но и для электромагнитного согласования системы антенна-теплозащитный экран с окружающим пространством, учитывающего максимальное прохождение электромагнитной волны в заданном диапазоне частот.

Также известна конструкция антенной системы типа радант [R.Timms, J.Kmetzo, J.Stangel, Radant development techniques, издательство «Interim technical report», 1967г., стр.121], где стенка обтекателя может быть использована как подложка антенного устройства, либо стенка обтекателя совмещена с антенной, то есть обтекатель и антенна выполнена в единой конструкции.

Наиболее близким конструктивным техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является вспомогательный теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе летательного аппарата [патент РФ № 2277737, МПК H01Q 1/42, опубл. 10.06.2006], где конструкция экрана содержит радиопрозрачный колпак из легкого керамического теплозащитного материала, установленного под обтекателем, который выполнен в виде полой усеченной полусферы, плоская стенка которого ориентирована параллельно излучающему раскрыву антенны и установлена от него на расстоянии, кратном половине длины волны радиоизлучения, экран закреплен к боковой поверхности антенны при помощи слоя герметика, при этом экран может быть составным, а именно, разделённым на боковую полусферическую часть из кварцевой керамики и плоскую радиопрозрачную стенку из волокнистого материала на основе кварцевого стекловолокна с диэлектрической проницаемостью 1,1-1,3, которая закрепляется к боковой полусферической части при помощи клея.

Недостатком известного технического решения является то, что теплозащитный экран крепится непосредственно к поверхности антенны, вследствие чего значительно повышается нагрузка на элементы подвижного антенного устройства, особенно с ужесточением требований по теплозащите. Кроме того, крепление боковой керамической полусферической части экрана на клей-герметик только к боковой поверхности антенны без организации торцевого упора является технологически сложным и может привести к несоосности установки экрана и его перекоса относительно раскрыва антенны. Также, к недостаткам можно отнести невозможность многофункционального использования данного элемента.

Задачей изобретения является создание теплозащитного экрана бортовой антенны в головном антенном обтекателе с минимальными потерями по прохождению электромагнитной волны в заданных частотных диапазонах, обеспечивающему работу антенной аппаратуры при внешнем воздействии температурных полей и являющемуся подложкой элементов антенных устройств.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности теплозащиты антенного блока и функциональности теплозащитного экрана.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен:

1. Теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе, содержащий радиопрозрачный колпак, установленный перед излучающим раскрывом антенны, отличающийся тем, что экран прикреплен в торцевой не радиопрозрачной зоне к металлическому переходнику, а верхняя радиопрозрачная часть теплозащитного экрана выполнена по форме цилиндрического параболоида, являющейся подложкой неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы с линейнополяризованным излучателем, выполненной в виде металлических проволок, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е, отраженного поля от зеркала-отражателя, установленные на внутреннюю поверхность подложки, подложка выполнена трехслойной конструкцией типа А-Sandwich (диэлектрическая проницаемость слоев ), где каждый слой имеет толщину исходя из максимального прохождения электромагнитной волны в заданном диапазоне частот и допустимых температурных воздействий на элементы антенны, при этом теплоизоляционный материал выполнен в виде сотового наполнителя из стеклосотопласта на основе кварцевой ткани, боковые стенки экрана выполнены аналогично конструкции подложки, и являются единой с ней трехслойной конструкцией, расположены с минимальным зазором относительно стенок головного обтекателя и имеющие на наружной поверхности внутренней стенки антенные элементы широкополосной пассивной системы типа радант, прикрепленные к внутренней боковой стенке при помощи жесткого клея.

2. Теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплоизоляционного материала для внутреннего слоя экрана может быть использован сотовый наполнитель из стеклосотопласта, а в его ячейки запрессован диэлектрический теплоизоляционный материал типа ТЗМК на основе тонких кварцевых волокон.

3. Теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе по п. 1, отличающийся тем, что наружный и внутренний слои экрана выполнены из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, внутренний (средний) теплоизоляционный слой выполнен из материала с диэлектрической проницаемостью ε=1-1,3.

Сущность данного изобретения заключается в том, что теплозащитный экран, выполненный трехслойной конструкцией, включая теплозащитный слой, где толщины слоев выбираются не только для создания необходимых тепловых условий укрываемой электронной аппаратуры, но и для электромагнитного согласования с окружающим пространством, имеющий конструктивную форму верхней части (направленной к носку обтекателя) неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, выполненного из металлических проволок и лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, и конструктивную форму боковой части расположенной с минимальным зазором относительно боковой стенки обтекателя в этой зоне, являющейся основанием для широкополосных антенных элементов, при этом экран выполнен единой конструкцией, закрепленной в торцевой не радиопрозрачной зоне к металлическому переходнику.

Изобретение поясняется чертежом, где: 1- внутренний слой верхней части теплозащитного экрана, 2-теплоизоляционный материал (средний слой) верхней части теплозащитного экрана, 3- наружный термостойкий слой верхней части теплозащитного экрана, 4- поляризационное зеркало, 5- гибкие элементы, 6-слой клея, 7-обтекатель, 8-теплозащитный экран, 9-металлический переходник, 10-винт, 11- клей-герметик, 12-внутренний слой стенки боковой части теплозащитного экран.

На чертеже представлена реализация предложенного технического решения. Поставленная задача обеспечивается за счет следующих конструктивных решений.

Теплозащитный экран 8, выполненный единой трехслойной конструкцией, функционально разделен на два элемента: верхняя часть и боковая часть. Верхняя часть представляет собой трехслойную конструкцию, выполненную по форме цилиндрического параболоида и состоящую из внутреннего слоя 1, теплоизоляционного материала, формирующего средний слой 2, и наружного термостойкого слоя 3, при этом верхняя часть экрана является подложкой для неподвижного поляризационного зеркала 4 двухзеркальной антенной системы с линейнопляризованным излучателем (на фиг. не показан), которое устанавливается на внутренний слой 1 при ее формовании (изготовлении).

Боковая часть экрана аналогично верхней представляет собой трехслойную конструкцию, на наружную поверхность внутреннего слоя 12 к которому крепятся с помощью клея 6 гибкие элементы 5 широкополосной пассивной антенной системы, которая выполнена по типу радант. Для уменьшения фазовых искажений и максимального прохождения электромагнитной волны в заданном диапазоне частот боковая стенка экрана расположена с минимальным зазором относительно стенок головного обтекателя 7. Экран 8 не радиопрозрачной торцевой частью закрепляется к металлическому переходнику 9, например, посредством винтов 10 и/или клея-герметика 11.

В предлагаемой трехслойной конструкции экрана: наружный и внутренний слои выполнены из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, внутренний (средний) слой является теплоизоляционным и выполнен из теплоизоляционного материала с диэлектрической проницаемостью
ε=1-1,3.

Следует отметить, что предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет закрепить теплозащитный экран непосредственно к отсеку, расположенному в заантенном пространстве, что не налагает жестких ограничений по массе экрана, а следовательно, допускает использование различных материалов с увеличенной толщиной, обеспечивающих требуемую защиту антенного устройства при термонагруженных условиях работы обтекателя.