RU2447549C1

RU2447549C1 - Antenna dome

Info

Publication number: RU2447549C1
Application number: RU2011102754/07A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Русин (RU); Михаил Юрьевич Русин; Владимир Викторович Антонов (RU); Владимир Викторович Антонов; Сергей Борисович Воробьев (RU); Сергей Борисович Воробьев; Виктор Васильевич Платонов (RU); Виктор Васильевич Платонов; Алексей Николаевич Прасолов (RU); Алексей Николаевич Прасолов
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-04-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: design of the antenna dome includes a ceramic cap with cone on the inner surface, which is the reverse of a seating cone, a conic metal frame and a split metal ring, joined to the metal frame and the ceramic cap through matching surfaces by a polysiloxane-based adhesive and by fastening elements to the metal frame. The split metal ring has length which is comparable to the length of the matching part of the ceramic cap and the conic metal frame and has a shoulder which rests on the face of the ceramic cap, and the fastening elements are in form of inserts with a T-shaped section and are fitted in through-windows of the metal frame and the split metal ring.

EFFECT: longer operating mode of the antenna dome and longer range of the aircraft.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к антенным обтекателям скоростных ракет различных классов.The invention relates to the field of aviation and rocket technology, mainly to antenna fairings of high-speed missiles of various classes.

Известен антенный обтекатель по патенту РФ №2090956, МПК 6 Н01Q 1/42 (БИ №26, 20.09.97 г.). Рассматриваемый антенный обтекатель включает керамический колпак, переходной шпангоут из инвара, склеенный эластичным клеем-герметиком по внутренней расточке в керамическом колпаке, и теплозащитное кольцо из стеклопластика. Свободный конец шпангоута заходит в кольцевую вильчатую проточку в стыковочном шпангоуте с предусмотренным зазором и фиксируется радиально расположенными стержнями, установленным также с зазором.Known antenna fairing according to the patent of the Russian Federation No. 2090956, IPC 6 H01Q 1/42 (BI No. 26, 09/20/97). Consider the antenna fairing includes a ceramic cap, transitional Invar frame, glued with elastic glue-sealant on the inner bore in the ceramic cap, and a heat-insulating fiberglass ring. The free end of the frame enters the annular fork groove in the docking frame with a clearance provided and is fixed by radially spaced rods, also installed with a clearance.

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 компенсируются за счет эластичного клеевого соединения между ними.The heat-shielding ring available in the design is designed to reduce the overall level of aerodynamic heating, and the difference in thermal expansions of the transition and docking frames is compensated by the provided gaps. In this case, the difference between the thermal expansion of the ceramic cap and the transition frame from Invar are compensated by elastic adhesive joints between them.

Данная конструкция применима для использования при малой длительности эксплуатации и сравнительно невысоком уровне силовых нагрузок.This design is applicable for use with a short duration of operation and a relatively low level of power loads.

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 300°С и малой толщины слоя клея-герметика, которая определяется параметрами прочности клеевого соединения на сдвиг.The reasons that impede the achievement of higher technical characteristics are the following factors. The compensating ability of the elastic adhesive joint between the ceramic cap and the Invar metal frame is limited due to the rapid growth of the Invar thermal expansion coefficient at temperatures above 300 ° C and the small thickness of the adhesive-sealant layer, which is determined by the shear strength of the adhesive joint.

Повышение термокомпенсационной способности за счет увеличения толщины слоя клея-герметика недопустимо ввиду неизбежного снижения несущей способности клеевого соединения.An increase in thermal compensating ability due to an increase in the thickness of the adhesive-sealant layer is unacceptable due to the inevitable decrease in the bearing capacity of the adhesive joint.

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.Compensation of thermal expansion between the transitional and docking frames due to the gaps between them also has similar contradictions. For greater compensation with an increase in the duration of operation, it is necessary to increase the size of the gaps, and this causes a decrease in the bearing capacity of the fairing.

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 конструктивной высоты конструкции, т.е. разницы между наружным и внутренним диаметром обтекателя, которая регламентирована рядом аэродинамических, радиотехнических и конструктивных требований.The effectiveness of the heat-protective ring, designed to reduce heating, due to its small thickness with an increase in the duration of operation, becomes insignificant. The increase in the thickness of the heat-insulating ring to increase thermal protection is limited due to the small structural height of the structure, i.e. differences between the outer and inner diameters of the fairing, which is regulated by a number of aerodynamic, radio engineering, and design requirements.

Наиболее близким по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является антенный обтекатель по патенту РФ №2189674, МПК 6 Н01Q 1/42 (БИ 26, 20.09.2002 г.).The closest in the set of features selected as a prototype is the antenna cowl according to the patent of the Russian Federation No. 2189674, IPC 6 H01Q 1/42 (BI 26, 09/20/2002).

Головной обтекатель летательного аппарата включает керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности прямым и обратным конусами, металлический шпангоут и разрезной металлический вкладыш.The head fairing of the aircraft includes a ceramic cap with forward and reverse cones made on the inner surface, a metal frame and a split metal insert.

Металлический шпангоут соединяется с керамическим колпаком по внешнему прямому конусу клеем на основе кремнийорганических каучуков, а металлический разрезной вкладыш устанавливается по внутреннему обратному конусу и также соединяется клеем с керамическим колпаком. Между собой шпангоут и разрезной металлический вкладыш механически связаны, например, посредством крепежных клиньев.The metal frame is connected to the ceramic cap by an external direct cone with adhesive based on organosilicon rubbers, and the metal split liner is installed along the internal inverse cone and is also connected by glue to the ceramic cap. Between themselves, the frame and the split metal insert are mechanically connected, for example, by means of fixing wedges.

Таким образом, в рассматриваемой конструкции осуществлено клеевое и механическое соединение керамического колпака и металлического шпангоута по прямому и обратному конусам, выполненным на внутренней поверхности керамического колпака.Thus, in the structure under consideration, adhesive and mechanical bonding of the ceramic cap and the metal frame along the forward and reverse cones made on the inner surface of the ceramic cap was made.

Клеевое соединение керамического колпака с металлическим шпангоутом сохраняет работоспособность до температуры начала деструкции клея, что составляет примерно 180°С для клеев на кремнийорганической основе. Разрезной металлический вкладыш, установленный по внутреннему обратному конусу, обеспечивает дополнительное механическое крепление керамического колпака и металлического шпангоута и тем самым расширяет диапазон работоспособности соединения до температур, превышающих предел работоспособности клея.The adhesive bonding of the ceramic cap with the metal frame remains operational up to the temperature at which the degradation of the adhesive begins, which is approximately 180 ° C for adhesives based on organosilicon. The split metal insert mounted on the inner reverse cone provides additional mechanical fastening of the ceramic cap and the metal frame and thereby extends the working range of the connection to temperatures exceeding the working capacity of the adhesive.

Прочность этого металлического крепления примерно пропорциональна длине обратного конуса на внутренней поверхности колпака. Но эти размеры строго ограничены рядом аэродинамических и конструктивных требований к габаритам обтекателя и поэтому несущая силовая способность соединения керамического колпака и металлического шпангоута имеет свои пределы, которые не удовлетворяют более нагруженным и длительным режимам эксплуатации летательных аппаратов.The strength of this metal mount is approximately proportional to the length of the inverse cone on the inner surface of the hood. But these dimensions are strictly limited by a number of aerodynamic and structural requirements for the dimensions of the fairing and, therefore, the bearing power of the connection of the ceramic cap and the metal frame has its own limits that do not satisfy the more loaded and long-term operating modes of aircraft.

Кроме того, принятая в конструкции увеличенная толщина клея как конструктивный элемент для термокомпенсации расширения металлического шпангоута имеет свои ограничения по температуре, так при температуре свыше 300°С эластичные клеи на кремнийорганической основе превращаются в жесткую керамоподобную массу и эффект термокомпенсации сводится к нулю.In addition, the increased thickness of the glue adopted in the design as a structural element for the thermal compensation of the expansion of the metal frame has its own temperature limitations, since at temperatures above 300 ° C, silicone-based elastic adhesives turn into a rigid ceramic-like mass and the effect of thermal compensation is reduced to zero.

Таким образом, повышение несущей силовой нагрузки на обтекатель и увеличение продолжительности его рабочего режима обеспечивается одновременным выполнением двух технических требований: дополнительным механическим креплением металлического шпангоута и керамического колпака и снижением уровня температуры на шпангоуте за счет применения конструктивных элементов, снижающих передачу тепла, т.е. играющих роль тепловых барьеров и при этом имеющих минимальные габариты и массу.Thus, an increase in the load-bearing power load on the fairing and an increase in the duration of its operating mode are ensured by the simultaneous fulfillment of two technical requirements: additional mechanical fastening of the metal frame and ceramic cap and a decrease in the temperature level on the frame due to the use of structural elements that reduce heat transfer, i.e. playing the role of thermal barriers and at the same time having minimal dimensions and mass.

Рассматриваемая конструкция прототипа согласно патенту РФ №2189674 МПК 6 H01Q 1/42 одновременно этим требованиям не удовлетворяет.Consider the design of the prototype according to the patent of the Russian Federation No. 2189674 IPC 6 H01Q 1/42 at the same time does not satisfy these requirements.

Задачей настоящего изобретения является увеличение продолжительности рабочего режима эксплуатации обтекателя и, соответственно, увеличение дальности полета летательного аппарата.The objective of the present invention is to increase the duration of the operating mode of operation of the fairing and, accordingly, increase the flight range of the aircraft.

Решение задачи обеспечивается следующей совокупностью технических признаков заявляемой конструкции.The solution to the problem is provided by the following set of technical features of the claimed design.

Антенный обтекатель, включающий керамический колпак с выполненным на внутренней поверхности конусом, обратным посадочному конусу, конусный металлический шпангоут и разрезное металлическое кольцо, соединенное с металлическим шпангоутом и керамическим колпаком по сопрягаемым поверхностям клеем на полисилоксановой основе и крепежными элементами со шпангоутом, отличающийся тем, что разрезное металлическое кольцо выполнено длиной, соизмеримой с длиной сопрягаемой части керамического колпака и конусного металлического шпангоута, и имеет буртик, опирающийся на торец керамического колпака, а крепежные элементы выполнены в виде вставок Т-образного сечения и установлены в сквозных окнах металлического шпангоута и разрезного металлического кольца.Antenna fairing, including a ceramic cap with a cone made on the inner surface, opposite the landing cone, a conical metal frame and a split metal ring connected to a metal frame and a ceramic cap on mating surfaces with polysiloxane-based glue and fasteners with a frame, characterized in that the metal ring is made with a length commensurate with the length of the mating part of the ceramic cap and conical metal frame, and has There is a shoulder resting on the end face of the ceramic cap, and the fasteners are made in the form of inserts of a T-shaped section and are installed in the through windows of the metal frame and the split metal ring.

На фиг.1 представлен общий вид антенного обтекателя, на фиг.2 дан в увеличенном масштабе разрез узла соединения, на фиг.3 изображен продольный разрез вставки в сквозном окне металлического шпангоута, на фиг.4 представлен поперечный разрез по месту установки крепежной вставки.Figure 1 shows a General view of the antenna fairing, Figure 2 shows an enlarged sectional view of the connection node, Figure 3 shows a longitudinal section of the insert in the through window of the metal frame, Figure 4 shows a cross section at the installation site of the mounting insert.

Антенный обтекатель включает керамический колпак 1, конусный металлический шпангоут 2, разрезное металлическое кольцо 3, соединенное с керамическим колпаком и конусным металлическим шпангоутом по сопрягаемым поверхностям слоями клея на полисилоксановой основе 4 и 5.Antenna fairing includes a ceramic cap 1, a conical metal frame 2, a split metal ring 3 connected to a ceramic cap and a conical metal frame over mating surfaces with polysiloxane-based adhesive layers 4 and 5.

Разрезное металлическое кольцо имеет на одном конце конус 6, соответствующий ответном конусу на внутренней поверхности керамического колпака, а на другом конце - буртик 7, опирающийся на торец керамического колпака. Крепежные элементы 8 в виде вставок Т-образного сечения осуществляет беззазорное соединение шпангоута и разрезного металлического кольца.The split metal ring has at one end a cone 6 corresponding to a mating cone on the inner surface of the ceramic cap, and at the other end there is a collar 7 resting on the end face of the ceramic cap. The fastening elements 8 in the form of inserts of a T-shaped section provide a gap-free connection of the frame and the split metal ring.

Как показано на фиг.3, размер сквозных окон в шпангоуте и разрезном металлическом кольце соответствует размеру вставок, причем размер сквозных окон по ширине на разрезном металлическом кольце меньше размера соответствующих сквозных окон на шпангоуте.As shown in figure 3, the size of the through windows in the frame and the split metal ring corresponds to the size of the inserts, and the size of the through windows in width on the split metal ring is smaller than the size of the corresponding through windows on the frame.

Вставки фиксируют осевое положение шпангоута и разрезного металлического кольца своими боковыми гранями, при этом за плечиками вставки опираются только на разрезное металлическое кольцо.The inserts fix the axial position of the frame and the split metal ring with their side faces, while behind the shoulders the inserts rely only on the split metal ring.

Такое конструктивное исполнение предотвращает местный контакт вставок с керамическим колпаком в рабочем режиме при неосесимметричном нагружении обтекателя.This design prevents local contact of the inserts with the ceramic cap in the operating mode during non-axisymmetric loading of the cowl.

Для осуществления монтажа крепежных вставок и их фиксации на концах вставок предусмотрены уступы или скосы, как показано на фиг.4. Кроме того, дополнительная фиксация крепежных вставок для предотвращения выпадания при возможных вибрационных нагрузках осуществляется и за счет клея, которым при монтаже заполняют все зазоры в окнах шпангоута и разрезного металлического кольца.To carry out the installation of the fixing inserts and their fixing at the ends of the inserts, ledges or bevels are provided, as shown in Fig. 4. In addition, additional fixation of the fixing inserts to prevent loss during possible vibrational loads is also due to glue, which during installation fill all the gaps in the windows of the frame and the split metal ring.

Заявляемая конструкция обеспечивает работоспособность обтекателя при более высоких силовых нагрузках и длительных режимах эксплуатации. Это достигается за счет механического крепления шпангоута с керамическим колпаком по его внутреннему обратному конусу и торцу.The inventive design ensures the performance of the fairing at higher power loads and long operating conditions. This is achieved through mechanical fastening of the frame with a ceramic cap along its inner inverse cone and end.

Кроме того, в конструкцию введены дополнительно слои герметика и металла, вследствие чего температуропроводность многослойной стенки снижается, и подвод тепла к шпангоуту во времени замедляется, что приводит к увеличению ресурса работы обтекателя.In addition, additional layers of sealant and metal are introduced into the structure, as a result of which the thermal diffusivity of the multilayer wall decreases, and the heat supply to the frame slows down in time, which leads to an increase in the working life of the fairing.

Заявляемая конструкция антенного обтекателя обеспечивает работу летательных аппаратов при повышенных скоростных или более продолжительных режимах эксплуатации.The inventive design of the antenna fairing ensures the operation of aircraft at high speed or longer operating conditions.

Claims

Antenna fairing, including a ceramic cap with a cone made on the inner surface, opposite the landing cone, a conical metal frame and a split metal ring connected to a metal frame and a ceramic cap on mating surfaces with polysiloxane-based glue and fasteners with a frame, characterized in that the metal ring is made with a length commensurate with the length of the mating part of the ceramic cap and conical metal frame, and has There is a shoulder resting on the end face of the ceramic cap, and the fasteners are made in the form of inserts of a T-shaped section and are installed in the through windows of the metal frame and the split metal ring.