АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ ИЗ СЛОИСТОГО СТЕКЛОПЛАСТИКА Российский патент 2015 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях защитных устройств для различного рода радиотехнических средств, в частности всевозможных антенн, как стационарных, так и мобильных, например, в авиационной, ракетной и космической областях.

Известен способ изготовления самолетного антенного обтекателя с монолитной стенкой из стеклопластика, получаемого пропиткой связующим под давлением сухого стеклонаполнителя, уложенного в полость между герметичными пуансоном и матрицей (И.Г. Гуртовник, В.Н. Спортсмен. Стеклопластики радиотехнического назначения. М.: Химия, 1987, с.91-100).

Его недостатками являются низкие и нестабильные физико-механические и электротехнические характеристики получаемого материала конструкции, обусловленные используемым технологическим процессом.

Известен антенный обтекатель, содержащий однослойную стенку из диэлектрического материала, толщина которой выбрана в зависимости от длины электромагнитной волны и диэлектрический проницаемости материала однослойной стенки (патент РФ 2054763, приоритет 1993.04.12, МПК H01Q 01/42).

Его недостатком является жесткая зависимость толщины стенки от электротехнических характеристик вне зависимости от габаритов конструкции и необходимой прочности при действии внешних механических нагрузок.

Известен антенный обтекатель, включающий внутреннюю и внешнюю обшивки, средний слой из высокопрочного стеклопластика на основе термореактивного связующего и слои стеклосотопласта, расположенные между внутренней обшивкой и средним слоем и между средним слоем и внешней обшивкой, при этом средний слой выполнен не менее чем из трех подслоев, каждый из которых: состоит из секторов (RU 2186444 C1 МПК H01Q 1/42). Известный обтекатель имеет низкую прочность при действии внешних механических нагрузок, распределенных по поверхности и особенно локальных, в виду содержания в конструкции стеклосотопласта на основе трехмерных сотовых структур. Кроме того, использование слоев из отдельных секторов приводит к повышенной трудоемкости при изготовлении за счет необходимости четкого расположения каждого отдельного сектора на форме фиксировано относительно друг друга и внутри всего слоя в целом. Образовывающиеся щели между соседними секторами приводят к нарушению однородности материала и, как следствие, нарушению физико-механических и электротехнических характеристик конструкции.

Антенный обтекатель по патенту RU 2186444 C1 МПК H01Q 1/42 является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка сравнительно простой и наиболее технологичной в изготовлении конструкции антенного обтекателя с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в расширении области применимости антенных обтекателей за счет исполнения их в виде слоев однородных материалов, обеспечивающих сохранение высоких уровней надежности и эксплуатационных качеств конструкции, а также необходимой прочности при действии внешних механических нагрузок за счет получения объемно-однородного материала, а также повышении технологичности и эксплуатационной и экономической эффективности конструкции, получаемой методом прессования по заданному режиму (Р кгс/мм² - Т°C) за счет использования многолепестковых слоев, располагающихся на сферической поверхности без образования щелей.

Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что антенный обтекатель, состоящий из набора слоев высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов, согласно изобретению выполнен в виде сферического сегмента из слоистого стеклопластика на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°, сектора слоев выполнены в виде сферических треугольников, расположенных своей осью симметрии по меридианам сегмента, соединенных между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированных по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу, при этом каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°, весь набор слоев сегмента имеет диэлектрическую проницаемость в диапазоне от 4,3 до 4,8 в пределах частот от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц, а полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента, причем в частных случаях выполнения изобретения полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром; многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками; слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет; обтекатель содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого; отношение толщин трех пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны; из трех пакетов наружный и внутренний имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц; все или некоторые из многолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин; количество лепестков в многолепестковом слое равно 8; направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора; относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента; относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.

Отличительными от прототипа признаками заявленной армированной оболочки являются следующие:

а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:

- выполнен в виде сферического сегмента;

- из слоистого стеклопластика на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°;

- сектора слоев выполнены в виде сферических треугольников, расположенных своей осью симметрии по меридианам сегмента, соединенных между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированных по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу;

- при этом каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°;

- весь набор слоев сегмента имеет диэлектрическую проницаемость в диапазоне от 4,3 до 4,8 в пределах частот от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц;

- полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента.

б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:

- полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром;

- многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками;

- слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет;

- содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого;

- отношение толщин пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны;

- наружный и внутренний пакеты имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц;

- все или некоторые из многолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин;

- количество лепестков в многолепестковом слое равно 8;

- направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора;

- относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента;

- относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков неизвестна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

Антенный обтекатель, в отличие от обтекателя по прототипу, обладает более высокой прочностью и жесткостью при действии внешних механических воздействий в виду сферической формы и однородности стенки, имеет высокую технологичность из-за использования единых многолепестковых слоев, что сокращает время на набор необходимого пакета и их фиксации относительно друг друга при изготовлении, а также повышенные эксплуатационные характеристики, в частности физико-механические и электротехнические, за счет получения более качественного стеклопластика в виду его однородности.

В частном случае исполнения, для расширения прочностных, жесткостных и эксплуатационных характеристик, полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром, многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками, слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет, обтекатель содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого, отношение толщин трех пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны, наружный и внутренний из трех пакетов имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц, все или некоторые из мнетолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин, количество лепестков в многолепестковом слое равно 8, направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора, относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента, относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.

Разворот каждого последующего слоя относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12° обеспечивает сглаживание неравномерностей физико-механических и электротехнических характеристик по поверхности сегмента, обусловленных анизотропией характеристик в тканых материалах в направлениях основы и утка и наличием разрывов ткани по линиям сопряжения секторов. Использование слоев на основе разных марок тканого материла и разным их долевым количеством, при их структурной однородности, позволяет изменять физико-механические и/или электротехнические характеристики получаемого стеклопластикового материала при сохранении его общей однородности.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 представлен заявленный антенный обтекатель, на фиг. 2 - вид обтекателя в плане, на фиг. 3 - вид сечения стенки обтекателя.

Антенный обтекатель 1 состоит из набора слоев 2 высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов 3. Слои стеклопластика 2 изготовлены на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы 4 и утка 5, расположенных между собой под углом 90°. Сектора слоев 3, выполненные в виде сферических треугольников, соединены между собой в вершинах 6 с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированы по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу - 7, 8 - кромки соседних секторов верхнего и последующего слоев соответственно. Каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы 4 предыдущего слоя и уточными нитями 5 последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°. Полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями 7 и 8 соответственно, чередующимися с многолепестковыми слоями 2, по внутренней поверхности сегмента.

Слои обтекателя разделены на три пакета 11, 12, 13, в среднем из которых 12 собраны слои 15 из одной марки тканого материала, а в пакетах 11 и 13 соответственно слои 14 и 16 из другого тканого материла.

Экспериментальная проверка подтвердила высокую прочность и надежность предложенной конструкции с требуемым уровнем радиопрозрачности в заданном диапазоне частот.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях защитных устройств для различных антенн. Предложенный антенный обтекатель состоит из набора слоев высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов. Слои стеклопластика изготовлены на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°. Сектора слоев, выполненные в виде сферических треугольников, соединены между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированы по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу. Каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°. Полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента. Данное изобретение позволяет расширить область применения антенных обтекателей с упрощением технологического процесса изготовления и повышением прочности и надежности. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Антенный обтекатель, состоящий из набора слоев высокопрочного стеклопластика, выполненных в виде отдельных секторов, отличающийся тем, что выполнен в виде сферического сегмента из слоистого стеклопластика на основе стеклоткани из взаимопереплетающихся нитей основы и утка, расположенных между собой под углом 90°, сектора слоев выполнены в виде сферических треугольников, расположенных своей осью симметрии по меридианам сегмента, соединенных между собой в вершинах с образованием единого целого в виде многолепесткового слоя и спрофилированных по ширине так, что на сферической поверхности кромки соседних секторов располагаются вплотную друг к другу, при этом каждый последующий слой развернут относительно предыдущего так, что угол между центрально расположенными нитями основы предыдущего слоя и уточными нитями последующего слоя находится в пределах от 10° до 12°, весь набор слоев сегмента имеет диэлектрическую проницаемость в диапазоне от 4,3 до 4,8 в пределах частот от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц, а полюсная и торцевая зоны усилены дополнительными слоями, чередующимися с многолепестковыми слоями, по внутренней поверхности сегмента.

2. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что полюсное усиление выполнено группами круговых слоев со ступенчато увеличивающимся диаметром.

3. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что многолепестковые слои выполнены на основе, по меньшей мере, двух марок тканых материалов, отличающихся физико-механическими и/или электротехническими характеристиками.

4. Обтекатель по п.3, отличающийся тем, что слои на основе одной марки тканого материала сгруппированы, по меньшей мере, в один пакет.

5. Обтекатель по п.3 или 4, отличающийся тем, что содержит три пакета, средний из которых выполнен на основе одного тканого материала, а наружный и внутренний из другого.

6. Обтекатель по п.5, отличающийся тем, что отношение толщин пакетов слоев составляет 2:1:1 в направлении с наружной стороны.

7. Обтекатель по п.5, отличающийся тем, что наружный и внутренний пакеты имеют диэлектрическую проницаемость 4,3, а средний - 4,8 при частотах в пределах от 1,25 ГГц до 1,6 ГГц.

8. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что все или некоторые из многолепестковых слоев выполнены из двух симметричных половин.

9. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что количество лепестков в многолепестковом слое равно 8.

10. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что направление нитей утка или основы совпадает с осью симметрии, по меньшей мере, одного сектора.

11. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что относительная толщина сегмента δ/R преимущественно постоянна и находится в пределах от 0,037 до 0,043, где R - внутренний радиус сегмента.

12. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что относительная высота сегмента h/R находится в пределах от 0,52 до 0,54, где R - внутренний радиус сегмента.