ГОЛОВНОЙ АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ РАКЕТЫ Российский патент 2002 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к авиационной промышленности, преимущественно, к конструкциям головных антенных обтекателей.

Рост скоростей и дальностей полета современных и перспективных ракет класса "воздух-поверхность" выдвигает кварцевую керамику на передний план в качестве материала оболочек для антенных обтекателей ракет. Особенностью работы антенных обтекателей ракет "воздух - поверхность" является многократное (до 50) циклическое (от -60^oС до +170^oС) воздействие температуры в процессе совместного полета с носителем, что создает дополнительные трудности, связанные с сохранением несущей способности обтекателя после высокотемпературного циклирования. С учетом этой особенности проблемой является обеспечение надежной связи керамической оболочки со шпангоутом и необходимого температурного режима работы антенной системы и головки самонаведения (ГСН) в условиях значительного (до 600^o С - в узле соединения керамической оболочки и до 700^oС - в ее радиопрозрачной части) прогрева внутренней поверхности обтекателя и воздействия перерезывающей силы до 2000 кГс. Это обусловлено отсутствием конструкционных материалов, согласованных по температурному коэффициенту расширения (ТКЛР) с кварцевой керамикой в широком интервале температур и пригодных для изготовления шпангоутов.

Известна конструкция обтекателя по пат. США 3114319, НКИ 102.92.5, 1962 г. , состоящая из керамической оболочки и установленного в ее полости с зазором металлического элемента в виде кольца, связанных через эластичные обечайки, помещенные в кольцевых проточках металлического кольца.

Основным недостатком такой конструкции является ее низкая несущая способность при высоком неосесимметричном силовом воздействии в случае малых значений отношения длины соединения к диаметру соединяемых деталей из-за высокого уровня распора в керамическом элементе от углового смещения соединяемых деталей на эластичных обечайках или из-за разрушения керамической оболочки от контакта с металлическим элементом при их взаимных эксплуатационных радиальных перемещениях больших, чем величина гарантированного радиального зазора между ними.

Наиболее близким конструктивным решением к заявляемому изобретению является изобретение по пат. РФ 2090956, МПК6 Н 01 Q 1/42, 1994, выбранное в качестве прототипа. В этой конструкции металлический переходной шпангоут соединен с оболочкой из кварцевой керамики эластичным слоем герметика. Радиальная термокомпенсация в рассматриваемой конструкции обеспечивается за счет упругой деформации соединяемых элементов и согласованности по ТКЛР материалов оболочки и переходного шпангоута при невысоких уровнях прогрева.

Недостатки этой конструкции, ее конструктивной схемы, в случае попытки применения для условий эксплуатации обтекателей ракет класса "воздух-земля", особенно в свете перспективных требований, следующие:
- снижение несущей способности и даже преждевременное разрушение керамической оболочки от теплового распора шпангоутом из-за несогласованности по ТКЛР инвара и кварцевой керамики при более высоком прогреве места соединения в конструкции обтекателя;
- недопустимый прогрев внутренней полости обтекателя при выбранных характеристиках керамической оболочки, исходя лишь из радиотехнических и прочностных требований;
- увеличенное радиальное смещение носовой части керамической оболочки в области зеркала антенны относительно оси стыковочного шпангоута ракеты, особенно при увеличении толщины слоя герметика, росте его прогрева, значительной длине обтекателя относительно длины соединения оболочки со шпангоутом.

Целью предлагаемого изобретения является создание нового обтекателя ракеты класса "воздух-земля" на базе отработанной в конструктивно-технологическом плане конструкции обтекателя класса "земля-воздух" путем совершенствования его конструктивно-компоновочной схемы. Это позволяет повысить эксплуатационно-технические характеристики конструкции обтекателя: увеличить теплопрочность, теплозащищенность внутренней полости, точность наведения ракеты на цель при удовлетворении требованиям по технологичности.

Указанный технический результат достигается тем, что в головном антенном обтекателе ракеты, включающем керамическую оболочку и установленный в ее полости металлический шпангоут, в полость керамической оболочки установлена с зазором дополнительная оболочка, материал которой согласован по ТКЛР с керамической оболочкой, причем дополнительная оболочка соединена на одном конце с керамической оболочкой и металлическим шпангоутом эластичным адгезивом, а на противоположном конце с керамической оболочкой через эластичную обечайку и с введенным металлическим опорным кольцом, установленным внутри нее, кроме этого между стыковочным фланцем шпангоута и торцом керамической оболочки размещена эластичная прокладка, а в кольцевой проточке шпангоута у стыковочного фланца размещена дополнительная эластичная обечайка, соединяющая через эластичный адгезив керамическую оболочку со шпангоутом.

В заявляемом изобретении:
- дополнительная оболочка, введенная в полость керамической оболочки, обеспечивает требуемую дополнительную теплозащиту головки самонаведения, а также снижает прогрев обечайки шпангоута, что уменьшает величину напряжений в керамической оболочке от разницы ТКЛР материала шпангоута и керамической оболочки и увеличивает несущую способность обтекателя;
- адгезионное соединение дополнительной оболочки в ее торцевой части со шпангоутом и керамической оболочкой, а на противоположном конце с керамической оболочкой через эластичную обечайку обеспечивает развитие базы узла соединения, возможность использования дополнительной оболочки в качестве каркаса для керамической оболочки, опирающейся на дополнительную оболочку через эластичную обечайку, что также повышает несущую способность обтекателя;
- за счет удлинения заантенной части керамической оболочки обтекателя, т.е. удаления от места максимальной температуры и скоростного напора снижается также тепловое воздействие на элементы за торцом керамической оболочки и эррозия теплозащиты второго отсека;
- металлическое опорное кольцо для блока ГСН, вклеенное внутри дополнительной оболочки на противоположном ее торцу конце, позволяет существенно снизить в полете относительные радиальные смещения ГСН и обтекателя, что позволяет увеличить диаметр антенны и соответственно ее дальность и точность наведения;
- дополнительная эластичная обечайка, например в виде гофрированного кольца, размещенная в кольцевой проточке у стыковочного фланца шпангоута и соединенная эластичным адгезивом с керамической оболочкой и шпангоутом, увеличивает площадь склейки керамической оболочки со шпангоутом и тем самым повышает несущую способность обтекателя;
- эластичная прокладка между торцами керамической оболочки и стыковочного шпангоута, формируемая из адгезива при сборке, подкрепляет клеевое соединение в зоне сжатия обтекателя и повышает динамическую и статическую прочность обтекателя.

На чертеже изображен фрагмент предлагаемого обтекателя. Обтекатель состоит из керамической оболочки 1, соединенной с металлическим шпангоутом 2 через введенную в полость керамической оболочки с зазором 3 дополнительную оболочку 4 из материала, согласованного по ТКЛР с материалом керамической оболочки, с помощью эластичного адгезива 5. На противоположном конце дополнительная оболочка соединена с керамической оболочкой через эластичную обечайку 6 и металлическим опорным кольцом 7, установленным на ее внутренней поверхности. В кольцевой проточке шпангоута у стыковочного фланца размещена дополнительная эластичная обечайка 8, соединенная эластичным адгезивом с керамической оболочкой и шпангоутом, а между стыковочным фланцем шпангоута и торцом керамической оболочки размещена эластичная прокладка 9.

На предприятии изготовлена опытная партия обтекателей заявляемой конструкции. Изготовленная из кварцевой керамики оболочка с диаметром у основания 400 мм и длиной 1000 мм соединена со шпангоутом из инвара через дополнительную оболочку из стеклопластика на основе фенолформальдегидного связующего с помощью полисилоксанового герметика. В качестве эластичной и дополнительной эластичной обечаек были выбраны гофрированные кольца из инвара, опорное кольцо из титанового сплава.

Результаты экспериментальных исследований варианта конструкции обтекателя по предлагаемому изобретению в сравнении с вариантами, выполненными согласно аналогу и прототипу, показали, что выполнению требований по теплозащищенности аппаратуры, обеспечению работоспособности при длительном теплосиловом воздействии, минимизации зазора между зеркалом антенны и внутренней поверхностью обтекателя удовлетворяет лишь предлагаемая конструкция.

Источники информации
1. Патент США 31114319, НКИ 102.92.5, 1962 г.

2. Патент РФ и 2090956, МПК 6 Н 01 Q 1/42, 1994 г.

Изобретение относится к области авиационной промышленности, преимущественно к конструкциям головных керамических обтекателей сверхскоростных летательных аппаратов. Техническим результатом является обеспечение современных требований с учетом технологичности и улучшения эксплуатационно-технологических характеристик. Предлагаемая конструкция антенного обтекателя ракеты класса "воздух-земля" включает керамическую оболочку, соединенную с металлическим шпангоутом эластичным адгезивом через промежуточную дополнительную оболочку, установленную в полости обтекателя с зазором, выполненную из композиционного материала, согласованного по ТКЛР с материалом керамической оболочки. Носовой частью дополнительная оболочка связана эластичным адгезивом с керамической оболочкой через эластичную обечайку и металлическим опорным кольцом, установленным на ее внутренней поверхности. Между стыковочным фланцем шпангоута и торцом керамической оболочки размещена эластичная прокладка, а в кольцевой проточке шпангоута у стыковочного фланца размещена дополнительная эластичная обечайка, соединяющая через эластичный адгезив керамическую оболочку со шпангоутом. 1 ил.

Головной антенный обтекатель ракеты, включающий керамическую оболочку и металлический шпангоут, отличающийся тем, что в полости керамической оболочки установлена с зазором дополнительная оболочка, материал которой согласован по ТКЛР с керамической оболочкой, причем дополнительная оболочка соединена на одном конце с керамической оболочкой и металлическим шпангоутом эластичным адгезивом, а на противоположном конце - с керамической оболочкой через эластичную обечайку и с введенным металлическим опорным кольцом, установленным внутри нее, кроме этого, между стыковочным фланцем шпангоута и торцом керамической оболочки размещена эластичная прокладка, а в кольцевой проточке шпангоута у стыковочного фланца размещена дополнительная эластичная обечайка, соединяющая через эластичный адгезив керамическую оболочку со шпангоутом.