ГОЛОВНОЙ ОБТЕКАТЕЛЬ РАКЕТЫ Российский патент 2012 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к головным радиопрозрачным обтекателям летательных аппаратов.

Известна конструкция головного обтекателя ракеты по патенту РФ №2090956, МПК 6 H01Q 1/42, 1994 г., состоящая из керамической оболочки, конусообразно сужающейся в месте стыковки, соединенной с переходным шпангоутом из инвара слоем герметика. Стыковой шпангоут имеет кольцевую вильчатую проточку, посредством которой он прикреплен к переходному шпангоуту валиками. Кроме того, стыковой шпангоут защищен теплозащитным кольцом.

Указанной конструкции обтекателя присущи следующие недостатки:

- уменьшение толщины керамической оболочки в зоне склейки приводит к увеличению температуры в клеевом шве и переходном шпангоуте, что приводит к недопустимому перегреву этой части и преждевременному разрушению керамической оболочки от температурного распора шпангоутом;

- существенное утонение носовой части переходного шпангоута ведет к усложнению изготовления тонкостенных крупногабаритных оболочек из кварцевой керамики;

- сложность и многодетальность конструкции ведет к увеличению технологического цикла изготовления обтекателя и снижению надежности всей ракеты.

Известен головной обтекатель ракеты по патенту РФ №2168815, МПК 7 H01Q 1/42, 2000 г., в котором используется керамическая оболочка, металлический шпангоут, соединенные эластичным адгезивом, а в расширяющуюся к переднему торцу шпангоута полость, образованную внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута введена эластичная обечайка. Это техническое решение имеет практически те же недостатки, что и решение по патенту РФ №2090956, МПК 6 H01Q 1/42, 1994 г.

Основным недостатком таких керамических обтекателей является перегрев клеевого соединения и металлического шпангоута при длительном воздействии повышенных температур.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является головной обтекатель ракеты по патенту РФ №2337437, МПК H01Q 1/42, 2007 г., в котором для снижения температуры внутреннего шпангоута на наружной поверхности керамической оболочки в области клеевого соединения установлена металлическая обечайка из жаропрочного материала, образующая воздушный зазор между внутренней поверхностью обечайки и обращенной к обечайке наружной поверхностью керамической оболочки.

Недостатком прототипа является то, что отражательная способность внутренних поверхностей, которые образуют зазор, не контролируется, а задается произвольно. Это может привести к неоднозначному поведению конструкции в процессе применения.

Техническим эффектом изобретения является уменьшение зависимости температуры шпангоута и клеевого соединения при длительном воздействии повышенных температур на наружную поверхность обтекателя.

В приведенном на фигуре узле соединения обтекателя, состоящего из металлического шпангоута, упругого адгезива, керамической оболочки, воздушного зазора и обечайки, указанный технический эффект достигается тем, что образующие воздушный зазор внутренняя поверхность 15 обечайки и наружная поверхность 12 оболочки выполнены зеркальными.

Такое решение вытекает из зависимости плотности теплового потока, который подводится через обечайку и воздушный зазор к наружной поверхности керамической оболочки. Зависимость плотности теплового потока имеет вид

где

q - плотность теплового потока; ε_n - приведенная степень черноты;

c_o - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный

T₁ - температура поверхности обечайки со стороны зазора;

Т₂ - температура наружной поверхности керамической оболочки внутри зазора;

ε₁ - степень черноты поверхности обечайки со стороны зазора;

ε₂ - степень черноты наружной поверхности керамической оболочки внутри зазора.

Из формулы (2) видно, что значение приведенной степени черноты ε_n в зависимости от значения ε₁ и ε₂ может меняться от 1 до бесконечно большой величины. При уменьшении значения степени черноты поверхности обечайки и поверхности керамики приведенная степень черноты ε_n уменьшается и, как следствие, уменьшается плотность теплового потока, который подводится к керамической оболочке через воздушный зазор. Уменьшение степени черноты ε₁ и ε₂ означает увеличение отражательной способности поверхностей. Отсюда вытекает, что минимальное значение приведенной степени черноты может быть достигнуто при зеркальном исполнении поверхностей, которые образуют воздушный зазор под обечайкой.

На фигуре представлен общий вид головного обтекателя ракеты. Головной обтекатель ракеты включает керамическую оболочку 1, соединенную эластичным клеем 2 с шпангоутом, состоящим из инварного переходника 3 и титанового стыкового элемента 4, соединенных между собой штифтами 5, буртом 6 стыкового элемента и буртом 7 переходника, и герметизированных резиновым кольцом 8. Конструкция также включает обечайку 9 из жаропрочного материала, в области торцов которой установлены пояса 10 из резиноподобного теплостойкого материала, образующие замкнутую воздушную полость с зазором 11 относительно смежных поверхностей, причем наружная поверхность 12 оболочки и внутренняя поверхность 13 обечайки выполнены зеркальными.

Технический эффект (снижение температуры шпангоута по сравнению с прототипом при одних и тех же граничных условиях на наружной поверхности обечайки 9) достигается за счет переизлучения зеркальных поверхностей 12 и 13.

Предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить теплозащиту узла соединения без изменения конструкции обтекателя.

Техническим результатом изобретения является снижение температуры шпангоута не менее чем на 20% по сравнению с прототипом при одних и тех же граничных условиях на наружной поверхности обтекателя.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении головных радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов. Техническим результатом изобретения является снижение температуры шпангоута не менее чем на 20% по сравнению с прототипом при одних и тех же граничных условиях на наружной поверхности обтекателя. Технический результат достигается за счет того, что в головном обтекателе ракеты, содержащим керамическую оболочку, соединенную эластичным клеем с шпангоутом, состоящим из переходника, выполненного из металла, согласованного по температурному коэффициенту линейного расширения с материалом оболочки, и титанового стыкового элемента, соединенных между собой штифтами и буртами, герметизирующие элементы и обечайку из жаропрочного материала, установленную с зазором относительно наружных поверхностей керамической оболочки и стыкового элемента, внутренняя поверхность обечайки и наружная поверхность оболочки выполнены зеркальными. 1 ил.

Головной обтекатель ракеты, включающий керамическую оболочку, соединенную эластичным клеем с шпангоутом, состоящим из переходника, выполненного из металла, согласованного по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) с материалом оболочки, и титанового стыкового элемента, соединенных между собой штифтами и буртами, герметизирующие элементы и обечайку из жаропрочного материала, установленную с зазором относительно наружных поверхностей керамической оболочки и стыкового элемента, отличающийся тем, что внутренняя поверхность обечайки и наружная поверхность оболочки выполнены зеркальными.