RU221262U1

RU221262U1 - Radio transparent antenna cover made of silicone fiberglass

Info

Publication number: RU221262U1
Application number: RU2023120066U
Authority: RU
Inventors: Фарид Хабибуллович Абдрахманов; Александр Октябрьевич Рубинов; Егор Владимирович Владимиров; Станислав Анатольевич Койтов; Артем Анатольевич Трофимов; Дмитрий Владимирович Лейман; Анна Игоревна Гилева
Original assignee: Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор"
Filing date: 2023-07-28
Publication date: 2023-10-27

Abstract

Полезная модель относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использована в качестве радиопрозрачных крышек, применяемых для защиты антенных устройств в конструкциях летательных аппаратов. Радиопрозрачная антенная крышка из кремнийорганического стеклопластика выполнена в форме полого усеченного конуса с возможностью установки на боковой поверхности летательного аппарата, при этом имеет постоянную толщину 7-9 мм в части, выступающей за боковую поверхность корпуса летательного аппарата, и шероховатость поверхности не более Ra2,5.

The utility model relates to the field of aviation and rocket technology and can be used as radio-transparent covers used to protect antenna devices in aircraft structures. The radio-transparent antenna cover made of silicone fiberglass is made in the shape of a hollow truncated cone with the possibility of installation on the side surface of the aircraft, while it has a constant thickness of 7-9 mm in the part protruding beyond the side surface of the aircraft body, and a surface roughness of no more than Ra2.5.

Description

Полезная модель относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использована в качестве радиопрозрачных крышек, применяемых для защиты антенных устройств в конструкциях летательных аппаратов.The utility model relates to the field of aviation and rocket technology and can be used as radio-transparent covers used to protect antenna devices in aircraft structures.

Радиопрозрачная крышка является частью корпуса летательного аппарата, в частности, элементом антенной системы и предназначена для защиты антенных устройств аппаратуры от прямого воздействия аэродинамического потока и механических повреждений, а также сохранения их радиотехнических характеристик в условиях воздействия высоких температур.The radio-transparent cover is part of the aircraft body, in particular, an element of the antenna system and is designed to protect the antenna devices of the equipment from the direct effects of aerodynamic flow and mechanical damage, as well as preserve their radio characteristics under conditions of high temperatures.

Известен патент РФ на изобретение №2697516 «Антенный обтекатель (варианты)» (МПК H01Q 1/42, опубл. 15.08.2019 Бюл. №23). Антенный обтекатель включает однослойную конусообразную оболочку и эрозионностойкий носок, выполненные из диэлектрического материала, связанные между собой клеевым соединением, металлическое кольцо, жестко скрепленное с конусообразной оболочкой. Оболочка и носок изготовлены из термостойких пористых стеклопластиков с диэлектрической проницаемостью 3,2÷4,2, носок соединен с оболочкой встык с нахлесткой, образуя в сечении вдоль оси обтекателя зетобразный профиль, с сохранением электрической толщины стенки оболочки резонансно-кратной полуволне в области соединения, в качестве клея использован высокотермостойкий жесткий адгезив на основе кремнийорганического связующего, на наружную и внутреннюю поверхности оболочки нанесено влагозащитное покрытие.There is a known RF patent for invention No. 2697516 “Antenna radome (variants)” (IPC H01Q 1/42, publ. 08/15/2019 Bulletin No. 23). The antenna radome includes a single-layer cone-shaped shell and an erosion-resistant toe, made of dielectric material, connected to each other by an adhesive connection, a metal ring rigidly fastened to the cone-shaped shell. The shell and toe are made of heat-resistant porous fiberglass with a dielectric constant of 3.2÷4.2, the toe is connected to the shell end-to-end with an overlap, forming a z-shaped profile in section along the axis of the fairing, while maintaining the electrical thickness of the shell wall at a resonant multiple of the half-wave in the connection area, A highly heat-resistant rigid adhesive based on an organosilicon binder was used as glue; a moisture-proof coating was applied to the outer and inner surfaces of the shell.

Основными недостатками известного изобретения является многокомпонентность обтекателя, неоднородность диэлектрических свойств в связи с применением различных материалов и клеевого соединения по направлению прохождения радиосигнала, необходимость дополнительных влагозащитных покрытий, что может сократить срок эксплуатации без технического обслуживания, отсутствие возможности установки на боковой поверхности корпуса летательного аппарата.The main disadvantages of the known invention are the multicomponent nature of the fairing, the heterogeneity of dielectric properties due to the use of different materials and adhesive connections in the direction of the radio signal, the need for additional moisture-proof coatings, which can reduce the service life without maintenance, and the inability to install on the side surface of the aircraft body.

Наиболее близким по технической сущности является патент РФ на изобретение №2277737 «Вспомогательный теплозащитный экран бортовой антенны в головном антенном обтекателе летательного аппарата» (МПК H01Q 1/42, опубл. 10.06.2006 Бюл. №16). Экран в виде радиопрозрачного колпака из легкого керамического материала, установленный под обтекателем перед излучающим раскрывом антенн, выполнен в форме полой усеченной полусферы, плоская стенка которой ориентирована параллельно излучающему раскрыву антенны и установлена от него на расстоянии, кратном половине длины волны радиоизлучения, экран закреплен к боковой поверхности антенны при помощи слоя герметика, например, ВИКСИНТ У-2-28.The closest in technical essence is the Russian Federation patent for invention No. 2277737 “Auxiliary heat-shield for an on-board antenna in the head antenna fairing of an aircraft” (IPC H01Q 1/42, published on June 10, 2006 Bull. No. 16). A screen in the form of a radio-transparent cap made of lightweight ceramic material, installed under the radome in front of the radiating antenna aperture, is made in the form of a hollow truncated hemisphere, the flat wall of which is oriented parallel to the radiating antenna aperture and installed from it at a distance that is a multiple of half the wavelength of the radio emission, the screen is attached to the side surface of the antenna using a layer of sealant, for example, VIKSINT U-2-28.

Недостаток изобретения состоит в том, что экран является составной частью носового обтекателя и не предназначен для отдельной установки над антенной вне обтекателя, что увеличивает сложность конструкции.The disadvantage of the invention is that the screen is an integral part of the nose cone and is not intended for separate installation above the antenna outside the fairing, which increases the complexity of the design.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение защиты антенных блоков, устанавливаемых на боковых поверхностях корпусов высокоскоростных летательных аппаратов от высокотемпературного и динамического воздействия набегающего газового потока, упрощение конструкции.The technical problem to be solved by the claimed utility model is to ensure protection of antenna units installed on the side surfaces of high-speed aircraft bodies from the high temperature and dynamic effects of the oncoming gas flow, and to simplify the design.

Технический результат достигается применением антенной крышки в форме полого усеченного конуса, выходящей за пределы боковой поверхности корпуса, выполненной из радиопрозрачного термостойкого кремнийорганического стеклопластика, обладающего высокой степенью радиопрозрачности (е не более 3,5), имеющей шероховатость не более Ra2,5 и постоянную толщину в диапазоне 7-9 мм в части, выступающей за боковую поверхность корпуса летательного аппарата.The technical result is achieved by using an antenna cover in the shape of a hollow truncated cone, extending beyond the side surface of the housing, made of radio-transparent heat-resistant silicone fiberglass, having a high degree of radio transparency (e no more than 3.5), having a roughness of no more than Ra2.5 and a constant thickness of range of 7-9 mm in the part protruding beyond the side surface of the aircraft body.

Заявляемая «Радиопрозрачная антенная крышка из кремнийорганического стеклопластика» (фиг. 1) представляет собой полый усеченный конус, изготавливаемый из кремнийорганического стеклопластика за один технологический цикл методом контактного формования с горячей запрессовкой в пресс-форме, обеспечивающей точность геометрии не ниже 0,1 мм, в том числе наиболее существенного параметра - постоянной толщины.The claimed “Radiotransparent antenna cover made of silicone fiberglass” (Fig. 1) is a hollow truncated cone made of silicone fiberglass in one technological cycle by contact molding with hot pressing in a mold that ensures geometry accuracy of at least 0.1 mm, in including the most significant parameter - constant thickness.

Крепление радиопрозрачной крышки на боковой поверхности летательного аппарата (1) к основанию антенны осуществляется кольцом из инварового сплава, например, сплава 32НКД (2). Зазоры между кольцом и крышкой, основанием антенны и крышкой заполняются кремнийорганическим герметиком, например, ВИКСИНТ У-1-18 или ВИКСИНТ У-2-28. Также этим герметиком заполняется зазор между радиопрозрачной крышкой и корпусом (3) летательного аппарата при установке.The radio-transparent cover on the side surface of the aircraft (1) is attached to the base of the antenna with a ring made of an invar alloy, for example, alloy 32NKD (2). The gaps between the ring and the cover, the antenna base and the cover are filled with silicone sealant, for example, VIKSINT U-1-18 or VIKSINT U-2-28. This sealant also fills the gap between the radio-transparent cover and the body (3) of the aircraft during installation.

Под крышкой располагается активная часть антенны. Расстояние от поверхности крышки до активной части антенны много меньше длины волны радиосигнала к. Таким образом, радиопрозрачная крышка оказывает существенное влияние на распределение поля, фактически являясь частью антенны.The active part of the antenna is located under the cover. The distance from the surface of the cover to the active part of the antenna is much less than the wavelength of the radio signal k. Thus, the radio-transparent cover has a significant effect on the field distribution, in fact being part of the antenna.

Заявляемая «Радиопрозрачная антенная крышка из кремнийорганического стеклопластика» выполнена из кремнийорганического стеклопластика, например, СК-101, выбранного по результатам проведенных теплопрочностных расчетов, экспериментальных исследований по определению уноса, эффективной энтальпии, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также с учетом летных испытаний. Стеклопластик СК-101 обладает высокой степенью радиопрозрачности (е не более 3,5) и сохраняет свои необходимые диэлектрические свойства до температуры 1000°С, что подтверждается приведенными в таблице 1 данными.The claimed “Radio-transparent antenna cover made of silicone fiberglass” is made of silicone fiberglass, for example, SK-101, selected based on the results of thermal strength calculations, experimental studies to determine entrainment, effective enthalpy, dielectric constant and dielectric loss tangent, as well as taking into account flight tests . Fiberglass SK-101 has a high degree of radio transparency (e no more than 3.5) and retains its necessary dielectric properties up to a temperature of 1000°C, which is confirmed by the data given in Table 1.

Диэлектрическая проницаемость материала СК-101 остается постоянной при его нагреве до температуры 1000°С. Диэлектрические потери (tgδ) изменяются незначительно и не вызывают заметного затухания. Следовательно, чистый аэродинамический поток не будет оказывать влияния на радиотехнические характеристики крышки.The dielectric constant of the SK-101 material remains constant when heated to a temperature of 1000°C. Dielectric losses (tgδ) change slightly and do not cause noticeable attenuation. Consequently, pure aerodynamic flow will not affect the radio characteristics of the cover.

Значение шероховатости крышки не более Ra2,5 обусловлено необходимостью снижения температуры поверхности крышки от аэродинамического нагрева до величины порядка 1000°С, при которой диэлектрические свойства стеклопластика не ухудшают радиотехнических характеристик антенны. При значении шероховатости более Ra2,5 поверхность крышки в результате аэродинамического воздействия может нагреваться до температуры свыше 1000°С, что способно повлечь изменение диэлектрической проницаемости, ухудшение радиотехнических характеристик крышки, перегрев находящегося под ней оборудования (антенны). Уменьшение шероховатости поверхности крышки менее Ra2,5 за счет дополнительной обработки нецелесообразно, так как не оказывает существенного влияния на уровень аэродинамического нагрева, потому что в данном случае характер обтекания крышки набегающим газовым потоком будет определяться только геометрией выступающей части крышки, а также сильно усложняет технологию изготовления, учитывая особенности формования стеклопластика.The cover roughness value is no more than Ra2.5 due to the need to reduce the cover surface temperature from aerodynamic heating to a value of the order of 1000°C, at which the dielectric properties of fiberglass do not impair the radio performance of the antenna. If the roughness value is more than Ra2.5, the surface of the cover as a result of aerodynamic impact can heat up to a temperature above 1000°C, which can lead to a change in the dielectric constant, deterioration of the radio characteristics of the cover, and overheating of the equipment located under it (antenna). Reducing the surface roughness of the cover to less than Ra2.5 due to additional processing is impractical, since it does not have a significant effect on the level of aerodynamic heating, because in this case the nature of the incoming gas flow around the cover will be determined only by the geometry of the protruding part of the cover, and also greatly complicates the manufacturing technology , taking into account the peculiarities of fiberglass molding.

Интервал толщины крышки от 7 до 9 мм был выбран, исходя из предъявляемых требований к тепловой защите летательного аппарата с учетом термодеструкции кремнийорганического стеклопластика, а также исходя из требований прочности, в т.ч. начальной и остаточной (в конце движения летательного аппарата), обеспечивающей устойчивость конструкции к динамическому воздействию набегающего потока, и массово-габаритным характеристикам, выражающимся в значении массы, не приводящей к явлению механического резонанса, которое под воздействием возникающих вибраций может привести к разрушению антенны.The cover thickness range from 7 to 9 mm was chosen based on the requirements for thermal protection of the aircraft, taking into account the thermal destruction of silicone fiberglass, as well as strength requirements, incl. initial and residual (at the end of the aircraft’s movement), ensuring the stability of the structure against the dynamic effects of the oncoming flow, and mass-dimensional characteristics, expressed in the value of mass, which does not lead to the phenomenon of mechanical resonance, which, under the influence of the resulting vibrations, can lead to destruction of the antenna.

Суммарная толщина крышки в пределах 7-9 мм гарантирует, что по окончании времени движения летательного аппарата сохраняется не менее 1-2 мм температурно неповрежденного стеклопластика с исходными механическими и радиотехническими характеристиками. При этом внутренние элементы антенного блока, размещенные под крышкой, не нагреваются до температуры, при которой происходит нарушение работоспособности антенны. Увеличение толщины крышки свыше 9 мм повышает массу изделия в целом, повышает риск вибраций и возрастание момента инерции в результате собственных колебаний летательного аппарата, что может вследствие явления механического резонанса повлечь за собой выход антенного блока из строя. Помимо этого, величина толщины крышки свыше 9 мм отличается нерентабельностью. Изменение толщины крышки менее 7 мм невозможно ввиду предельно критического уменьшения ее прочностных характеристик и не выполнения основной функции -тепловой защиты внутренних элементов антенны.The total thickness of the cover in the range of 7-9 mm guarantees that at the end of the aircraft’s movement time, at least 1-2 mm of temperature-undamaged fiberglass with the original mechanical and radio characteristics is retained. In this case, the internal elements of the antenna unit, located under the cover, do not heat up to a temperature at which the antenna malfunctions. Increasing the cover thickness above 9 mm increases the weight of the product as a whole, increases the risk of vibrations and an increase in the moment of inertia as a result of the aircraft’s own vibrations, which can, due to the phenomenon of mechanical resonance, lead to failure of the antenna unit. In addition, lid thicknesses greater than 9 mm are unprofitable. Changing the thickness of the cover to less than 7 mm is impossible due to the extremely critical reduction in its strength characteristics and the failure to fulfill the main function of thermal protection of the internal elements of the antenna.

Полученные в ходе отработки данного способа результаты показали, что разработанное устройство для защиты антенн обладает надлежащей прочностью и требуемыми электрофизическими характеристиками в условиях воздействия высоких температур вплоть до 1000°С.The results obtained during testing of this method showed that the developed device for protecting antennas has the proper strength and the required electrical characteristics under conditions of exposure to high temperatures up to 1000°C.

Применение крышки, изготовленной в виде монолитной детали из однородного по структуре и, соответственно, теплофизическим и радиотехническим свойствам материала, позволяет обеспечить вариативность геометрической формы крышки с учетом размеров конкретной антенны, и в совокупности с выбранным способом крепления и отсутствием дополнительных мер по тепловой защите внутренних элементов блока способствует упрощению конструкции в целом.The use of a cover made in the form of a monolithic part from a material that is homogeneous in structure and, accordingly, in thermophysical and radio-technical properties, allows for variability in the geometric shape of the cover, taking into account the dimensions of a specific antenna, and in combination with the chosen method of fastening and the absence of additional measures for thermal protection of internal elements block helps to simplify the design as a whole.

Claims

A radio-transparent antenna cover made of silicone fiberglass, made in the shape of a hollow truncated cone with the possibility of installation on the side surface of the aircraft, and has a constant thickness of 7-9 mm in the part protruding beyond the side surface of the aircraft body, and a surface roughness of no more than Ra2.5 .