ГОЛОВНОЙ ОБТЕКАТЕЛЬ РАКЕТЫ Российский патент 2001 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к носовым диэлектрическим конусам летательных аппаратов.

Конструкция антенного обтекателя ракеты по патенту США N 4520364, МПК 6 H 01 Q 1/28, 1/42, 1985 г., состоит из керамической оболочки, переходного шпангоута из композиционного материала с теплоизоляционной прокладкой, стыковочного металлического шпангоута, наружных переходных металлических лепестковых соединительных элементов.

Вопрос работоспособности и надежности связи керамической оболочки с переходным шпангоутом в условиях полета ракеты, в этой конструкции, решается применением дорогостоящих композиционных материалов на основе углеродных волокон и высокотеплопрочного клея, предъявляющего жесткие требования к допускам на изготовление соединяемых деталей, что создает определенные трудности в технологии изготовления обтекателей. Низкая теплоемкость композиционного материала вызывает перегрев клеевого шва, что требует повышения его теплопрочности в ущерб технологичности конструкции. Низкая, в сравнении с металлами, прочность композиционного материала на смятие резко усложняет вопрос соединения переходного шпангоута со стыковочным. Кроме технологических недостатков рассматриваемая конструкция обладает повышенным аэродинамическим сопротивлением из-за щелей между наружными переходными лепестковыми соединительными элементами и ограниченной несущей способностью обтекателя, регламентируемой прочностью тонкостенного переходного шпангоута из композиционного материала.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является патент РФ N 2090956, МПК 6 H 01 Q 1/42, 1994 г.

В данной конструкции обтекателя в качестве материала переходного шпангоута используется сплав типа инвар, а для соединения керамической оболочки с переходным шпангоутом в качестве клеевого слоя используется слой герметика.

Это техническое решение имеет ряд недостатков:
- реализация предельных значений несущей способности оболочки из кварцевой керамики от неосесимметричного аэродинамического силового воздействия на обтекатель в прототипе достигается при равнотолщинном слое клея - герметика за счет значительного уменьшения толщины части переходного шпангоута у его переднего торца, но это приводит к недопустимому перегреву этой части и преждевременному разрушению керамической оболочки от температурного распора шпангоутом при необходимом увеличении длительности полета ракеты с высоким уровнем силовых и нестационарных тепловых воздействий;
- возможное использование для снижения температуры на переходном шпангоуте дополнительной теплоизоляционной защиты зоны соединения керамической оболочки обтекателя, например, в виде наружного теплоизоляционного слоя или утолщение керамической оболочки приводит к усложнению конструкции и дополнительным затратам;
- существенное утонение носовой части переходного шпангоута в прототипе связано с увеличением сложности изготовления тонкостенных крупногабаритных оболочек из инвара.

Целью предлагаемого изобретения является реализация предельных возможностей керамической оболочки по несущей способности при увеличении температуры на ее наружной поверхности, длительности нестационарного внешнего эксплуатационного теплового воздействия на обтекателе, унификация конструкции обтекателя, а также упрощение технологии его изготовления.

Указанная цель при осуществлении изобретения достигается тем, что в головной обтекатель ракеты, включающий керамическую оболочку и металлический шпангоут, соединенные слоем эластичного адгезива, введены эластичная обечайка, расположенная в расширяющейся к переднему торцу шпангоута полости, образованной внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута, а к шпангоуту подсоединен или выполнен за одно целое с ним аккумулятор тепла.

В заявляемом изобретении аккумулятор тепла, жестко подсоединенный к внутренней поверхности шпангоута или выполненный за одно целое с ним, за счет его высокой теплоемкости, снижает температуру прогрева несущей силовой области места соединения герметиком оболочки со шпангоутом. Это позволяет, во-первых, эффективно снизить температуру в герметике и шпангоуте до допустимого уровня и тем самым предотвратить преждевременное разрушение обтекателя, во-вторых, отказаться от использования дополнительной теплоизоляции места ее соединения со шпангоутом, за счет чего упрощается изготовление обтекателя.

В свою очередь, эластичная обечайка, выполненная, например, из герметика и сформированная в полости, образованной внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута, позволяет снизить контактное воздействие жесткой передней торцевой части шпангоута на керамическую оболочку и тем самым повысить несущую способность обтекателя.

Таким образом, введенные в конструкцию обтекателя ракеты отличительные признаки позволяют достичь поставленную цель:
- повысить несущую способность обтекателя при увеличении времени воздействия жесткого теплосилового нагружения, т.е. предотвратить разрушение обтекателя. В итоге увеличивается длительность полета ракеты от 50...70 с до 120. . .230 с, при реализуемом максимальном изгибающем моменте в районе соединения шпангоута с керамической оболочкой более 3500 кг•м;
- создать более технологичный и унифицированный обтекатель благодаря упрощению конструкции шпангоута и исключению необходимости использования дополнительных теплоизоляционных элементов.

На чертеже изображено продольное сечение обтекателя.

Керамическая оболочка 1 и металлический шпангоут 2 соединены слоем эластичного адгезива 3. В полости, образованной внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута размещена эластичная обечайка 4, а к шпангоуту подсоединен или выполнен за одно с ним аккумулятор тепла 5. В области заднего торца шпангоута, выступающего за торец керамической оболочки, предусмотрены элементы типового фланцевого соединения металлических шпангоутов, например шпильки 6.

Одна из разработок обтекателя ракеты класса "земля - воздух" включает оболочку из кварцевой керамики с наружным диаметром у основания 400 мм и высотой 1000 мм, соединенную со шпангоутом из инвара эластичным клеем адгезивом - герметиком на основе полисилоксана. Эластичная обечайка сформирована из того же герметика - материала клеевого шва. Толщина эластичной обечайки от переднего торца шпангоута плавно уменьшается до толщины клеевого шва. Аккумулятор тепла выполнен за одно целое со шпангоутом. Реализация механической связи шпангоута с корпусом ракеты с помощью традиционных, типовых, телескопического, например, как в прототипе, или фланцевого соединения, в случае высокой жесткости заднего торца шпангоута, показывает на допустимость их использования и не влияет на несущую способность обтекателя.

Преимущество такой конструкции с использованием признаков заявляемого изобретения в конкретном исполнении позволило вдвое увеличить продолжительность полета ракеты при заданных условиях эксплуатации с сохранением предельных значений несущей способности керамической оболочки и снизить затраты на изготовление обтекателя.

Источники информации
1. Патент США N 4520364, МПК 6 H 01 Q 1/28, 1/42, 1985.

2. Патент РФ N 2090956, МПК 6 H 01 Q 1/42, 1994.

Изобретение относится к ракетной технике. Обтекатель ракеты состоит из керамической оболочки в виде колпака и металлического шпангоута, соединенных слоем эластичного адгезива. В расширяющуюся полость, образованную в передней торцевой части шпангоута внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута, введена эластичная обечайка, а к шпангоуту подсоединен или выполнен за одно целое с ним аккумулятор тепла. Изобретение обеспечивает функционирование ракеты при высоких уровнях силовых и нестационарных тепловых воздействиях и упрощает технологию создания обтекателя. 1 ил.

Головной обтекатель ракеты, включающий керамическую оболочку и металлический шпангоут, соединенные слоем эластичного адгезива, отличающийся тем, что в расширяющуюся к переднему торцу шпангоута полость, образованную внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута, введена эластичная обечайка, а к шпангоуту подсоединен или выполнен за одно целое с ним аккумулятор тепла.