АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов.

Техническим результатом использования изобретения является увеличение продолжительности регламентируемого полета за счет предотвращения теплового распора металлическим шпангоутом керамического колпака обтекателя.

Конструкция антенного обтекателя содержит керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, ответный металлический шпангоут и стыковочный фланец.

На наружной поверхности металлического шпангоута предусмотрен ряд равномерно распределенных по окружности продольных несквозных пазов шириной, превышающей их глубину.

Металлический шпангоут соединен о керамическим колпаком по сопрягаемым коническим поверхностям эластичным термостойким клеем, а с другой стороны сопрягается со стыковочным фланцем по своей наружной поверхности и ограничивается от осевого смещения с одной стороны буртиком, выполненным на конце металлического шпангоута и размещенным в ответной кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны ограничен упорным кольцом, неподвижно связанным со стыковочным фланцем.

Известен антенный обтекатель (патент США 4520364, МПК Н 01 Q 1/42, 1985г. ), содержащий колпак из керамической оболочки, шпангоут, переходную секцию с изолирующей прокладкой и стыковочное кольцо, причем керамическая оболочка соединяется со шпангоутом по коническим сопрягаемым поверхностям термостойким клеем.

Шпангоут в рассматриваемой конструкции выполнен из композиционного материала, состоящего из углепластика с наполнителем из теплостойкой резины, обеспечивающего компенсацию теплового расширения разнородных материалов. Соединение подобного шпангоута с металлическим стыковочным кольцом осуществляется через переходную секцию посредством множества крепежных элементов-заклепок. Величина переходной секции и количество крепежных элементов являются зависимыми факторами от величины воспринимаемой нагрузки.

Аэродинамические и конструктивные требования ограничивают величины этих параметров и неизбежно снижают воспринимаемую силовую нагрузку соединения металл - композиционный материал. В силу этого оптимальная реализация рассматриваемой конструкции возможна только для режимов эксплуатации с невысоким уровнем силовых нагрузок.

Наиболее близким устройством по совокупности признаков, выбранном в качестве прототипа, является антенный обтекатель по патенту РФ 2090956, МПК 6 Н 01 Q 1/42 от 19.04.94г.

Рассматриваемый антенный обтекатель включает керамический колпак, переходной шпангоут из инвара, склеенный клеем-герметиком по внутренней конической расточке в керамическом колпаке, и теплозащитное кольцо из стеклопластика. Свободный конец шпангоута входит в кольцевую вильчатую проточку в стыковочном шпангоуте с предусмотренным зазором и фиксируется радиально расположенными стержнями, установленными также с зазором.

Имеющееся в конструкции теплозащитное кольцо предназначено для снижения общего уровня аэродинамического прогрева, а разница тепловых расширений переходного и стыковочного шпангоутов компенсируется за счет предусмотренных зазоров. При этом разница между тепловым расширением керамического колпака и переходного шпангоута из инвара компенсируется 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 100^oC и малой толщины клеевого слоя клея-герметика, которая определяется параметрами прочности клеевого соединения на сдвиг.

Повышение тормокомпенсационной способности за счет увеличения толщины слоя 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 строительной высоты конструкции, т. е. разницы между наружным и внутренним диаметрами, которая регламентирована рядом аэродинамических, радиотехнических и конструктивных требований.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик - увеличение длительности эксплуатации и повышение прочности при силовых и тепловых воздействиях на обтекатель.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве, включающем керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, ответный металлический шпангоут, соединенный с керамическим колпаком по сопрягаемым поверхностям слоем эластичного термостойкого клея, стыковочный фланец и уплотнительное кольцо, ответный металлический шпангоут выполнен с продольными неcквозными пазами на наружной поверхности шириной, превышающей их глубину, при этом ответный металлический шпангоут сочленен со стыковочным фланцем по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на торце металлического шпангоута и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а другой стороны - упорным кольцом, неподвижно соединенным со стыковочным фланцем.

Аэродинамический разогрев металлического шпангоута не приводит к разрушению керамического колпака из-за меньшей жесткости шпангоута в радиальном направлении в сравнении с керамическим колпаком за счет выполненных на наружной поверхности продольных несквозных пазов. В силу этого тепловое расширение шпангоута вызывает его упругопластическую деформацию, которая снижает возникающие температурные напряжения до безопасных для керамики значений.

Кроме этого, шпангоут и стыковочный фланец не связаны жестко в радиальном направлении, а ограничены только от осевого смещения друг относительно друга за счет буртика на торце шпангоута и упорного кольца. Это обеспечивает необходимое упругопластическое деформирование шпангоута и в то же время сохраняет прочность связи шпангоута и стыковочного фланца при неосесимметричном действии нагрузки.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Выделение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволяет определит совокупность существенных признаков, обеспечивающих достижение технического результата в заявленном устройстве и изложенных в формуле.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Заявителем проведен анализ известных технических решений и сравнение их с отличительными признаками заявляемого устройства. Заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, который позволил бы достигнуть вышеназванный технический результат - компенсацию тепловых расширений разнородных материалов на более длинном температурном интервале. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен общий вид антенного обтекателя. На фиг.2 изображено поперечное сечение антенного обтекателя в месте соединения керамического колпака со шпангоутом. На фиг.3 представлен местный продольный разрез узла соединения керамического колпака с керамическими деталями.

Антенный обтекатель включает керамический колпак 1, соединенный слоем эластичного клея-герметика 2 с металлическим шпангоутом из инвара 3, на наружной поверхности которого равномерно по окружности выполнены продольные несквозные пазы 4. Шпангоут сочленяется со стыковочным фланцем из стали 5 по своей наружной поверхности, при этом буртик 6, выполненный на торце шпангоута, размещается в кольцевой проточке стыковочного фланца. Упорное стальное кольцо 7 крепится винтами 8 к стыковочному фланцу и фиксирует шпангоут от двухстороннего осевого смещения. Для стыковки с корпусом летательного аппарата предусмотрены шпильки 9. Необходимая герметичность обтекателя обеспечивается слоями клея-герметика 10, 11 и уплотнительным кольцом 12.

Ширина выполняемых на наружной поверхности шпангоута пазов в 5÷20 раз больше их глубины. Соотношение размеров пазов, а также их количество определяется величиной действующих на обтекатель силовых и тепловых нагрузок. В описываемой конструкции в качестве материала шпангоута возможно применение таких материалов, как титан и сталь, имеющих значительные различия по коэффициенту термического расширения с керамикой.

Заявляемая конструкция обеспечивает работоспособность обтекателя при более длительных режимах эксплуатации и более высоких температурах аэродинамического разогрева, достигающих предельных значений температуры работоспособности клея-герметика, составляющей 350÷400^oС, что вдвое превышает продельный температурный уровень работоспособности прототипа.

На основании этого следует заключить, что заявляемое изобретение соответствует условию промышленной применимости.

Источники информации
1. Патент США 4520364, МПК Н 01 Q 1/42, 1985 г.

2. Патент РФ 2090956, МПК 6 H 01 Q 1/42, 1994 г. - прототип.

Антенный обтекатель относится к области авиационной и ракетной технике, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов. Достигаемый технический результат заключается в увеличении продолжительности режима эксплуатации и повышении прочности соединения металл - керамика при силовых и тепловых воздействиях на обтекатель. Сущность изобретения заключается в том, что металлический шпангоут соединен эластичным термостойким клеем-герметиком по спрягаемым коническим поверхностям с керамическим колпаком, выполнен с меньшей жесткостью в радиальном направлении, чем керамический колпак, за счет выполнения на наружной поверхности ряда равномерно распределенных по окружности продольных несквозных пазов, ширина и глубина которых, а также их количество определяются величиной действующих на обтекатель силовых и тепловых нагрузок. При этом металлический шпангоут сочленен со стыковочным фланцем по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на конце шпангоута и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны - упорным кольцом, неподвижно соединенным со стыковочным фланцем. 3 ил.

Антенный обтекатель, содержащий керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности посадочным конусом, ответный металлический шпангоут, соединенный с керамическим колпаком по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного термостойкого клея, стыковочный фланец и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что на наружной поверхности металлического шпангоута равномерно по окружности выполнены продольные несквозные пазы шириной, превышающей их глубину, при этом металлический шпангоут сочленен со стыковочным фланцем по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на торце металлического шпангоута и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны - упорным кольцом, неподвижно соединенным со стыковочным фланцем.