RU2698956C1

RU2698956C1 - Broadband aerial fairing

Info

Publication number: RU2698956C1
Application number: RU2018142769A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Русин; Анатолий Степанович Хамицаев; Сергей Борисович Воробьев; Сергей Иванович Видмант; Виктор Георгиевич Кулиш; Василий Васильевич Василенко; Леонид Иванович Колоколов; Надежда Ивановна Стародубцева; Александр Николаевич Хора
Original assignee: Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-09-02

Abstract

FIELD: aircraft; rocket engineering.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft and rocket equipment and can be used in production of aerial fairing of high-speed air-to-surface missiles. Broadband aerial fairing comprises a single-layer conical shell made of dielectric materials and interconnected, toe and an intermediate cone-shaped element located from inside in joint area of cone shell and nose, with applied on internal and external surfaces of fairing with paint coating, a metal ring rigidly attached to the conical shell. Envelopment is made of glass fiber-reinforced plastic on base of quartz fabric and phenol-formaldehyde binder, into porous space of which there is added organosilicon polymer, at a distance of at least 0.4 of the fairing from the nose tip, the wall thickness of the shell is not more than 2.0 mm and smoothly increases to its end by no more than 5 times, on the outer surface of the shell there is a heat-resistant putty on the organosilicon base.

EFFECT: providing specified radio engineering characteristics in ultra-wideband range, increasing bearing capacity and improving leakproofness of fairing at increased heat and power loads.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей высокоскоростных ракет класса «воздух-поверхность».The invention relates to the field of aviation and rocket technology and can mainly be used in the manufacture of antenna fairings for high-speed air-to-surface missiles.

Известен антенный радиопрозрачный обтекатель, содержащий многослойную конусообразную оболочку из диэлектрического материала, металлический эрозионностойкий наконечник, стыковочное кольцо для крепления к летательному аппарату по патенту РФ №2186444, МПК 7 H01Q 1/42, публ. 27.07.2002 г. Known radio-transparent antenna fairing containing a multilayer conical shell of dielectric material, a metal erosion-resistant tip, a mating ring for attachment to an aircraft according to the patent of the Russian Federation No. 2186444, IPC 7 H01Q 1/42, publ. 07/27/2002

Недостатком такого обтекателя являются большие пеленгационные ошибки, вносимые обтекателем в определение положения цели, так как металлический наконечник вносит в раскрыв антенны затенения, значительно изменяющие фазовое и амплитудное распределения поля, что приводит к возникновению пеленгационных ошибок.The disadvantage of such a fairing is the large direction finding errors introduced by the fairing in determining the position of the target, since the metal tip introduces shading into the antenna opening, significantly changing the phase and amplitude distributions of the field, which leads to direction-finding errors.

Другим аналогом по совокупности признаков является обтекатель, рассматриваемый в патенте РФ №2090958, МПК H01Q 1/42, публ. 20.09.1997 г. Данный радиопрозрачный обтекатель включает оболочку в виде колпака из стеклотекстолита, эрозионностойкий наконечник из диэлектрического материала на основе волокнистого кремнеземного наполнителя и кремнийорганического связующего. Эрозионностойкий наконечник соединен с колпаком клеем, а также двумя металлическими шпильками. Недостатком этой конструкции является влияние металлических шпилек на проходящее электромагнитное поле, и как следствие, ухудшение радиотехнических характеристик (РТХ) обтекателя.Another analogue in terms of features is a cowl, considered in RF patent No. 2090958, IPC H01Q 1/42, publ. September 20, 1997. This radiolucent fairing includes a shell in the form of a cap made of fiberglass, an erosion-resistant tip made of a dielectric material based on a fibrous silica filler and an organosilicon binder. The erosion resistant tip is connected to the cap with glue, as well as two metal studs. The disadvantage of this design is the effect of metal studs on the passing electromagnetic field, and as a result, the deterioration of the radio technical characteristics (PTX) of the fairing.

Наиболее близким по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является радиопрозрачный обтекатель по патенту RU 2 433 512, МПК H01Q 1/42, публ. 10.11.2011 г. Обтекатель включает однослойную конусообразную оболочку из упрочненного стеклопластика и носок из диэлектрического пресс-материла, связанные клеевым соединением, металлическое кольцо, жестко скрепленное с конусообразной оболочкой, в зоне стыка конусообразной оболочки и носка изнутри установлен промежуточный конусообразный элемент, выполненный из диэлектрического материала и склеенный по соприкасающимся поверхностям с оболочкой и носком термостойким адгезивом на эпоксикремнийорганической основе и нанесенным на внутреннюю и наружную поверхности оболочки лакокрасочным покрытиемThe closest in the set of features selected as a prototype is a radiolucent fairing according to patent RU 2 433 512, IPC H01Q 1/42, publ. November 10, 2011. The fairing includes a single-layer conical shell made of hardened fiberglass and a sock made of dielectric press material connected by an adhesive joint, a metal ring rigidly bonded to the conical shell, an intermediate conical element made of a dielectric is installed inside the junction of the conical shell and the toe. material and glued on contact surfaces with a sheath and toe with a heat-resistant adhesive on an epoxy silicone base and applied to the inner w and an outer shell surface painted

К недостаткам данной конструкции обтекателя относятся неоптимизированные толщины узла соединения оболочки с носком и самой оболочки. Это обстоятельство не позволяет обеспечить необходимые параметры РТХ в широкополосном диапазоне, что заметно сужает область применения данного обтекателя.The disadvantages of this fairing design are the non-optimized thicknesses of the junction of the shell with the toe and the shell itself. This fact does not allow to provide the necessary parameters of the PTX in the broadband range, which significantly narrows the scope of this fairing.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение заданных РТХ в широкополосном диапазоне, повышение несущей способности и улучшение герметичности обтекателя при повышенных тепловых и силовых нагрузках.The technical result of the claimed invention is to provide the specified RTX in the broadband range, increasing the bearing capacity and improving the tightness of the fairing at high heat and power loads.

Такой технический эффект достигается следующим комплексом технических признаков изобретения, которые характеризуют конструкцию антенного обтекателя.This technical effect is achieved by the following set of technical features of the invention, which characterize the design of the antenna fairing.

Предложен широкополосный антенный обтекатель, включающий однослойную конусообразную оболочку, носок и промежуточный конусообразный элемент, расположенный изнутри в зоне стыка конусообразной оболочки и носка, выполненные из диэлектрических материалов и соединенные между собой, с нанесенным на внутреннюю и наружную поверхности обтекателя лакокрасочным покрытием, металлическое кольцо, жестко скрепленное с конусообразной оболочкой, отличающийся тем, что оболочка выполнена из стеклопластика на основе кварцевой ткани и фенолформальдегидного связующего, в поровое пространство которого введен кремнийорганический продукт МФСС-8, на расстоянии равном не менее 0,4 длины обтекателя от вершины носка, толщина стенки оболочки составляет не более 2,0 мм и плавно увеличивается к ее торцу не более чем в 5 раз, на наружную поверхность оболочки нанесена термостойкая шпатлевка на кремнийорганической основе, оболочка, носок и промежуточный конусообразный элемент соединены радиопрозрачным термостойким адгезивом холодного отверждения с порошковым неорганическим наполнителем или горячего отверждения с наполнителем, аналогичным материалу оболочки, крепление оболочки с металлическим кольцом выполнено клеемеханическим соединением посредством крепежных элементов, установленных с внутренней стороны кольца в глухие отверстия в оболочке, и эластичным термостойким адгезивом холодного отверждения, на внутреннюю поверхность металлического кольца нанесен слой эластичного герметизирующего материала, выходящий за пределы кольца в зону лакокрасочного покрытия оболочки не более, чем на 20 мм.A wide-band antenna cone is proposed, including a single-layer cone-shaped shell, a sock and an intermediate cone-shaped element located inside from the junction of the cone-shaped shell and sock, made of dielectric materials and connected to each other, coated with a paint and varnish coating on the inner and outer surfaces of the fairing, a metal ring, rigidly bonded to a cone-shaped shell, characterized in that the shell is made of fiberglass based on quartz fabric and phenol-formaldehyde the binder, in the pore space of which the silicone product MFSS-8 is introduced, at a distance equal to at least 0.4 of the length of the fairing from the tip of the toe, the wall thickness of the shell is not more than 2.0 mm and gradually increases to its end no more than 5 times , a heat-resistant silicone-based putty is applied to the outer surface of the shell, the shell, sock, and intermediate cone-shaped element are connected by a radiolucent heat-resistant cold-curing adhesive with a powder inorganic filler or by burning curing it with a filler similar to the material of the casing, fixing the casing with a metal ring is done by gluing by means of fasteners installed on the inner side of the ring into blind holes in the casing, and an elastic heat-resistant adhesive of cold curing, a layer of elastic sealing material is applied to the inner surface of the metal ring, extending beyond the ring into the zone of paint coating of the shell no more than 20 mm.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведено изображение антенного обтекателя, включающего однослойную конусообразную оболочку 1, выполненную из стеклопластика на основе кварцевой ткани и фенолформальдегидного связующего, соединенную с носком 3 с помощью промежуточного конусообразного элемента 4, установленного изнутри оболочки и выполненного из диэлектрического материала. Оболочка, носок и промежуточный конусообразный элемент соединены с помощью радиопрозрачного термостойкого адгезива холодного отверждения с порошковым неорганическим наполнителем или горячего отверждения с наполнителем, аналогичным материалу оболочки.In FIG. 1 and FIG. 2 shows an image of an antenna cowl including a single-layer conical shell 1 made of fiberglass based on quartz fabric and a phenol-formaldehyde binder, connected to the toe 3 using an intermediate cone-shaped element 4 mounted inside the shell and made of dielectric material. The casing, the toe and the intermediate cone-shaped element are connected using a radiolucent heat-resistant adhesive of cold curing with a powder of inorganic filler or hot curing with a filler similar to the material of the shell.

На фиг. 3 изображено металлическое кольцо 2, жестко скрепленное с конусообразной оболочкой 1 с помощью двух рядов винтов 5 и эластичного адгезива 6.In FIG. 3 depicts a metal ring 2 rigidly bonded to a cone-shaped shell 1 using two rows of screws 5 and elastic adhesive 6.

Рассматриваемая конструкция отличается от предыдущих, прежде всего улучшенными радиотехническими характеристиками и обеспечением их в нескольких смежных диапазонах (сверхширокополосность). Это достигается уменьшением толщины конструктивных элементов в носовой части обтекателя с приданием им оптимизированной формы.The considered construction differs from the previous ones, first of all, with improved radio-technical characteristics and their provision in several adjacent ranges (ultra-wideband). This is achieved by reducing the thickness of the structural elements in the nose of the fairing with giving them an optimized shape.

В этом элементе конструкции предлагается два варианта его исполнения.This structural element offers two options for its execution.

В первом варианте исполнения промежуточный элемент 4 соединяет термостойким адгезивом холодного отверждения оболочку 1 и носок 3. В силу обеспечения требований по широкополосности, конструктивные элементы имеют минимальные толщины порядка 1,5-2 мм, а значит температурные и силовые нагрузки, действующие на узел соединения очень велики. Главной задачей при проектировании соединения является поиск высокотемпературного адгезива с хорошей диэлектрической проницаемостью. Одним из решений, удовлетворяющих требованиям, являются адгезивы на основе кремнийорганических соединений, которые обладают приемлемыми диэлектрическими свойствами и выдерживают высокие температуры. Был опробован ряд адгезивов холодного отверждения на кремнийорганической основе. Например, адгезивы типа К-400 позволили добиться работоспособности конструкции при температуре 400°С. Дальнейшие поиски привели к испытаниям узла с применением адгезивов типа ВК-58 и эти термостойкие адгезивы холодного отверждения обеспечили соединение носка и оболочки длительно при температурах от -60°С до +250°С и при 500°С кратковременно.In the first embodiment, the intermediate element 4 connects the shell 1 and the toe 3 with a heat-resistant cold curing adhesive. Due to the requirements for broadband, the structural elements have minimum thicknesses of the order of 1.5-2 mm, which means that the temperature and power loads acting on the connection node are very are great. The main task in the design of the compound is the search for high-temperature adhesive with good dielectric constant. One solution that meets the requirements is adhesives based on organosilicon compounds, which have acceptable dielectric properties and withstand high temperatures. A number of organosilicon cold curing adhesives have been tested. For example, adhesives of the K-400 type made it possible to achieve the design operability at a temperature of 400 ° C. Further searches led to the testing of the assembly using VK-58 adhesives and these heat-resistant cold-cured adhesives ensured the connection of the toe and casing for a long time at temperatures from -60 ° C to + 250 ° C and at 500 ° C for a short time.

В другом варианте исполнения был применен адгезив горячего отверждения с неорганическим наполнителем аналогичным материалу оболочки (кварцевая стеклоткань). Выбор адгезива был произведен из условий максимально эффективной совместной работы промежуточного элемента и оболочки. Было опробовано и использовано фенолформальдегидное связующее, применяемое для пропитки оболочки. Полимеризация адгезива проводилась после сборки носка, оболочки и промежуточного элемента совместно с оболочкой, что придало соединению прочность основной конструкции.In another embodiment, a hot cure adhesive with an inorganic filler similar to the shell material (quartz fiberglass) was used. The choice of adhesive was made from the conditions of the most effective joint work of the intermediate element and the shell. The phenol-formaldehyde binder used to impregnate the shell was tested and used. The adhesive was polymerized after the assembly of the sock, shell and intermediate element together with the shell, which gave the joint the strength of the main structure.

Следующим важным элементом рассматриваемой конструкции является оболочка, которая должна обеспечивать радиотехнические характеристики в широком диапазоне частот. Для выполнения этих требований в качестве материала оболочки был применен стеклопластик на основе кварцевой ткани, у которого достаточно высокие показатели коэффициента прохождения для электромагнитных волн. В связи с необходимостью реализации проницаемости оболочки в широкополосном диапазоне, она была выполнена с разнотолщинной стенкой. На расстоянии равном не менее 0,4 длины обтекателя от вершины носка толщина стенки оболочки составляет не более 2,0 мм и плавно увеличивается к ее торцу не более чем в 5 раз. При профилировании стенки согласно описанным требованиям РТХ толщина в ее передней части составляет 1,5-2 мм, соответственно утонение оболочки ведет к увеличению теплового потока, проходящего через нее, что вызывает большие тепловые и прочностные нагрузки на конструкцию оболочки и обтекателя в целом.The next important element of this design is the shell, which should provide radio characteristics in a wide frequency range. To fulfill these requirements, a fiberglass based on quartz fabric was used as a sheath material, which has sufficiently high transmission coefficients for electromagnetic waves. Due to the need to realize the permeability of the shell in the broadband range, it was made with a different thickness wall. At a distance equal to at least 0.4 of the length of the fairing from the tip of the toe, the wall thickness of the shell is not more than 2.0 mm and gradually increases to its end no more than 5 times. When wall profiling according to the described PTX requirements, the thickness in its front part is 1.5-2 mm, respectively, thinning of the shell leads to an increase in the heat flux passing through it, which causes large thermal and strength loads on the shell structure and the fairing as a whole.

Работоспособность тонкостенной стеклопластиковой оболочки в условиях высокотемпературного режима является критичной с большой вероятностью потери ее устойчивости и герметичности. Для решения этой проблемы, для упрочнения и герметизации обтекателя, была применена пропитка пористого материала оболочки кремнийорганическим полимером типа МФСС-8. Это позволило создать тонкостенную конструкцию обтекателя со сложнопрофилированной стенкой, работающего в высокотемпературном диапазоне и широкой полосе пропускания электромагнитных волн.The performance of a thin-walled fiberglass shell under high temperature conditions is critical with a high probability of loss of its stability and tightness. To solve this problem, for hardening and sealing the fairing, an impregnation of the porous shell material with an organosilicon polymer of the MFSS-8 type was applied. This made it possible to create a thin-walled design of a fairing with a complex profile wall operating in the high temperature range and a wide transmission band of electromagnetic waves.

Важным элементом конструкции является соединение оболочки с металлическим кольцом (фиг. 3). Кольцо 2 соединяется с оболочкой 1 крепежными элементами 5, например, винтами, вкручиваемыми с внутренней стороны кольца 1 в предварительно подготовленные отверстия в оболочке, заполненные герметиком, не имеющие выхода на ее наружную поверхность. Таким образом, реализовано клее - механическое соединение стеклопластиковой оболочки с металлическим кольцом, не нарушающее герметичности оболочки. Возможно расположение крепежных элементов в шахматном порядке. При этом увеличивается зона механического крепления и повышается жесткость и общая прочность обтекателя.An important structural element is the connection of the shell with a metal ring (Fig. 3). The ring 2 is connected to the shell 1 by fasteners 5, for example, screws screwed from the inside of the ring 1 into the pre-prepared holes in the shell, filled with sealant, not having access to its outer surface. Thus, glue is realized - a mechanical connection of a fiberglass shell with a metal ring that does not violate the tightness of the shell. Perhaps the location of the fasteners in a checkerboard pattern. This increases the area of mechanical fastening and increases the rigidity and overall strength of the fairing.

Для обеспечения герметичности соединения металлического кольца с оболочкой на наружную поверхность металлического кольца 2 наносится слой эластичного адгезива (герметика типа У-2-28), после чего кольцо вставляется в оболочку 1. На внутреннюю поверхность металлического кольца нанесен слой эластичного адгезива (герметик типа У-2-28), выходящий за его пределы в зону лакокрасочного покрытия оболочки не более, чем на 20 мм, это позволяет обеспечить герметичность зоны стыка и необходимый контроль его исполнения.To ensure the tightness of the connection of the metal ring with the sheath, a layer of elastic adhesive (U-2-28 type sealant) is applied to the outer surface of the metal ring 2, after which the ring is inserted into the sheath 1. A layer of elastic adhesive (Y-type sealant is applied to the inner surface of the metal ring) 2-28), extending beyond its limits into the zone of paint and varnish coating of the shell by no more than 20 mm, this allows to ensure the tightness of the joint zone and the necessary control of its performance.

Комплексом вышеперечисленных мер обеспечивается прочность и герметичность рассматриваемого соединения.The complex of the above measures ensures the strength and tightness of the compound in question.

Для обеспечения возможности доводки обтекателя на завершающем этапе его изготовления на наружную поверхность оболочки обтекателя наносится ряд дополнительных слоев высокотемпературной кремнийорганической шпатлевки типа КО-0070. Это обеспечивается конструктивной особенностью оболочки, а именно тем, что ее толщина в радиопрозрачной зоне мала и небольшое изменение, реализуемое нанесением покрытия, ведет к изменению диэлектрических характеристик.To ensure the possibility of finishing the fairing at the final stage of its manufacture, a number of additional layers of high-temperature silicone filler type KO-0070 are applied to the outer surface of the fairing shell. This is ensured by the design feature of the shell, namely the fact that its thickness in the radiolucent zone is small and a small change realized by coating leads to a change in dielectric characteristics.

Изобретение позволит разрабатывать и изготавливать сверхширокополосные обтекатели высокоскоростных ракет класса «воздух-поверхность».The invention will allow the development and manufacture of ultra-wideband fairings for high-speed air-to-surface missiles.

Claims

Broadband antenna cowl, including a single-layer cone-shaped shell, nose and intermediate cone-shaped element located inside from the junction of the cone-shaped shell and sock, made of dielectric materials and interconnected, coated on the inner and outer surfaces of the fairing, a metal ring, rigidly fastened with a cone-shaped shell, characterized in that the shell is made of fiberglass based on quartz fabric and phenol-formaldehyde bonded a binder, in the pore space of which an organosilicon polymer is introduced, at a distance equal to at least 0.4 of the length of the fairing from the tip of the toe, the wall thickness of the shell is not more than 2.0 mm and gradually increases to its end no more than 5 times, to the outer the surface of the shell is coated with a heat-resistant silicone-based putty, the shell, sock and intermediate cone-shaped element are connected by a radio-transparent heat-resistant adhesive of cold curing with a powder inorganic filler or hot curing with a filler similar to the material of the shell, the fastening of the shell with a metal ring is made by adhesive bonding by means of fasteners installed on the inside of the ring into blind holes in the shell, and an elastic heat-resistant adhesive of cold curing, a layer of elastic sealing material is applied on the inner surface of the metal ring the limits of the ring in the zone of paint coating of the shell is not more than 20 mm