RU2536339C1 - Antenna dome - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: antenna dome comprises a ceramic cladding, a metal attachment ring and, placed coaxially in the inner cavity, a dome-shaped radioparent heat shield joined to the cladding by a heat-resistant adhesive on the entire surface adjoining to the cladding. The shield is made of heat-resistant fibre glass based on organosilicon, polyimide or phenol-formaldehyde binder and quartz glass fabric with sateen or volume weave. The external and internal surface of the shield is coated with a heat-resistant coating of organosilicon or fluoroplastic enamel. In the inner cavity of the shield there is a metal ring which is joined to the shield by a heat-resistant adhesive and to the attachment ring through the shield by fastening elements in the form pins or screws.

EFFECT: reduced heat exposure of antenna devices of homing heads and the external ceramic cladding of the antenna dome in non-steady high-temperature conditions.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационно-ракетной техники, преимущественно к конструкциям носовых радиопрозрачных обтекателей, являющихся укрытием от аэродинамического воздействия антенных устройств головок самонаведения (АУ ГСН).The invention relates to the field of aeronautical-rocket technology, mainly to designs of nasal radiolucent fairings, which are a shelter from the aerodynamic effects of antenna homing devices (AU GOS).

Рост скоростей и длительности полетов современных летательных аппаратов (ЛА) создает ряд проблем, снижающих надежность нормального функционирования АУ ГСН и конструкции обтекателя, обеспечивающего защиту от внешних воздействий размещенной в нем аппаратуры:The increase in the speeds and duration of flights of modern aircraft (LA) creates a number of problems that reduce the reliability of the normal functioning of the AC GOS and the design of the fairing, which provides protection from external influences of the equipment located in it:

- при длительном высокотемпературном аэродинамическом воздействии на обтекатель существенно возрастает нагрев внутренней поверхности керамической оболочки обтекателя и элементов конструкции, размещенных в зоне узла соединения обтекателя с соседним отсеком ракеты, сопровождающийся переотражением тепла от нагретых поверхностей к элементам антенного устройства и нарушению устойчивой работы системы наведения;- with prolonged high-temperature aerodynamic impact on the fairing, the heating of the internal surface of the ceramic shell of the fairing and structural elements located in the area of the junction of the fairing with the adjacent rocket compartment increases significantly, accompanied by heat re-reflection from heated surfaces to the elements of the antenna device and disruption of the stable operation of the guidance system;

- длительное воздействие повышенной внешней силовой нагрузки на полуволновую стенку керамической оболочки одновременно с высокотемпературным нагревом и динамическими нагрузками приводит к возникновению в хрупкой оболочке в зоне узла соединения значительных растягивающих напряжений, превышающих допустимые для керамического материала.- the long-term effect of increased external power load on the half-wave wall of the ceramic shell simultaneously with high-temperature heating and dynamic loads leads to the appearance of significant tensile stresses in the brittle shell in the area of the junction node that exceed the allowable for the ceramic material.

Нарушение нормального функционирования АУ ГСН возможно уже при нагреве внутренней поверхности оболочки до температур свыше 500°C, если не обеспечить защиту зеркала антенны от радиационного нагрева. В то же время необходимо обеспечить и нормальное восприятие внешней силовой и тепловой нагрузки на обтекатель элементами узла соединения (шпангоутом), исключив или значительно снизив радиационный и конвективный нагрев элементов АУ ГСН, находящихся под зеркалом антенны.Violation of the normal functioning of the AC GOS is possible even when the inner surface of the shell is heated to temperatures above 500 ° C if the antenna mirror is not protected from radiation heating. At the same time, it is necessary to ensure the normal perception of the external power and thermal load on the fairing by the elements of the connection unit (frame), eliminating or significantly reducing the radiation and convective heating of the elements of the AC GOS located under the antenna mirror.

Задача разработки конструкции обтекателя сводится к созданию защитных устройств для укрытия АУ ГСН от недопустимого нагрева. Это требует разработки таких конструктивных решений, которые не снижают (или снижают некритично) радиотехнические параметры системы при прохождении электромагнитной энергии через диэлектрическую стенку керамической оболочки и обеспечивают конструкционную прочность обтекателя.The task of developing the design of the fairing is reduced to the creation of protective devices for sheltering the AC of the seeker from unacceptable heating. This requires the development of such constructive solutions that do not reduce (or decrease uncritically) the radio engineering parameters of the system during the passage of electromagnetic energy through the dielectric wall of the ceramic shell and provide the structural strength of the fairing.

Известна конструкция антенного обтекателя по патенту США №3128466, кл. H01Q 1/42, 1964, включающая керамическую оболочку и металлический шпангоут, в которой непосредственно в носовой части внутренней полости оболочки, как наиболее нагретой, устанавливается радиопрозрачный теплозащитный экран (ТЗЭ) в виде плоской пластины, изготовленной из высокопористого теплозащитного материала. Недостатком такой конструкции является то, что такой экран защищает от переизлучения тепла на антенну только с той части внутренней поверхности оболочки, которая ограничена плоской пластиной.Known design of the antenna fairing according to US patent No. 31244666, class. H01Q 1/42, 1964, including a ceramic shell and a metal frame, in which, directly in the bow of the inner cavity of the shell, as the most heated, a radiolucent heat shield (TZE) is installed in the form of a flat plate made of highly porous heat shield material. The disadvantage of this design is that such a screen protects from heat re-emission to the antenna only from that part of the inner surface of the shell, which is limited by a flat plate.

Наиболее близким конструктивным решением является антенный обтекатель с ТЗЭ по патенту США №5691736, кл. H01Q 1/42, 1997, выбранный в качестве прототипа. Конструкция обтекателя включает установленные соосно внешнюю керамическую оболочку, внутреннюю оболочку, являющуюся теплозащитным экраном, и металлический стыковой шпангоут. Теплозащитный экран куполообразной формы выполнен из легкого высокопористого керамического материала и присоединен консольно к внутренней поверхности керамической оболочки, но не связан непосредственно со шпангоутом. Керамическая оболочка соединена по наружной поверхности со шпангоутом термостойким адгезивом, а между внутренней оболочкой (ТЗЭ) и керамической оболочкой выполнен гарантированный зазор. Металлический шпангоут защищен от внешнего аэродинамического воздействия дополнительной теплозащитной оболочкой, которая соединена с ним термостойким адгезивом.The closest constructive solution is the antenna cowl with TZE according to US patent No. 5691736, class. H01Q 1/42, 1997, selected as a prototype. The design of the fairing includes coaxially mounted outer ceramic shell, the inner shell, which is a heat shield, and a metal butt frame. The dome-shaped heat shield is made of light highly porous ceramic material and is cantilevered to the inner surface of the ceramic shell, but is not directly connected to the frame. The ceramic shell is connected to the frame with a heat-resistant adhesive on the outer surface, and a guaranteed gap is made between the inner shell (TZE) and the ceramic shell. The metal frame is protected from external aerodynamic effects by an additional heat-shielding shell, which is connected to it by a heat-resistant adhesive.

Основным недостатком такой конструкции является то, что не используется возможность подключения внутренней оболочки (ТЗЭ) для восприятия внешней силовой нагрузки, воздействующей на обтекатель, с целью разгрузки хрупкой керамической оболочки и не обеспечивается совместное восприятие этой нагрузки внешней и внутренней оболочками одновременно, что не способствует повышению общей несущей способности обтекателя в целом.The main disadvantage of this design is that it does not use the ability to connect the inner shell (TZE) to absorb the external power load acting on the fairing to unload the brittle ceramic shell and does not provide a joint perception of this load by the outer and inner shells at the same time, which does not increase the total bearing capacity of the fairing as a whole.

Задачей настоящего изобретения является надежное обеспечение работоспособности антенного обтекателя с полуволновой однослойной стенкой керамической оболочки в условиях нестационарного высокотемпературного воздействия на ее наружную поверхность за счет использования внутренней оболочки (ТЗЭ) не только с целью исключения нагрева АУ ГСН сверх допустимого, но и для подкрепления наружной керамической оболочки при значительной силовой нагрузке (изгибающий момент) в узле соединения с соседним отсеком ракеты.The objective of the present invention is to reliably ensure the operability of an antenna fairing with a half-wave single-layer wall of the ceramic shell under conditions of unsteady high-temperature impact on its outer surface due to the use of the inner shell (TZE) not only with the aim of excluding heating of the ACS beyond the acceptable level, but also to reinforce the outer ceramic shell with significant power load (bending moment) in the connection node with the adjacent rocket compartment.

Поставленная задача решается тем, что предложен:The problem is solved by the fact that the proposed:

1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный во внутренней полости оболочки соосно с ними куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, отличающийся тем, что экран выполнен из термостойкого стеклопластика с диэлектрической проницаемостью $$\stackrel{\text{'}}{\epsilon }$$

=3,0-3,5 и соединен с оболочкой термостойким адгезивом по всей поверхности прилегания к оболочке, во внутренней полости экрана установлено металлическое кольцо, соединенное с экраном термостойким адгезивом, а со шпангоутом - через экран крепежными элементами, на наружную и внутреннюю поверхности экрана нанесено теплостойкое покрытие с коэффициентом излучения $$\stackrel{\text{'}}{\epsilon }$$

≤0,4.1. Antenna fairing containing a ceramic shell, a metal butt frame and located in the inner cavity of the shell coaxially with them, a domed radiolucent heat-shielding screen, characterized in that the screen is made of heat-resistant fiberglass with dielectric constant $$\stackrel{\text{'}\text{'}}{\epsilon }$$

= 3.0-3.5 and is connected to the shell by heat-resistant adhesive over the entire contact surface to the shell, a metal ring is installed in the inner cavity of the screen, connected to the screen by heat-resistant adhesive, and with the frame through the screen by fasteners, on the outer and inner surfaces of the screen heat-resistant coating with emissivity applied $$\stackrel{\text{'}\text{'}}{\epsilon }$$

≤0.4.

2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого стеклопластика для теплозащитного экрана выбран стеклопластик на основе кремнийорганического, полиимидного или фенолформальдегидного связующих и кварцевых стеклотканей сатинного и объемного плетения.2. Antenna fairing according to claim 1, characterized in that fiberglass based on organosilicon, polyimide or phenol-formaldehyde binders and quartz fiberglass satin and bulk weaving is selected as a heat-resistant fiberglass for a heat shield.

3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что крепежные элементы выполнены в виде шпилек или винтов, а резьба выполнена в шпангоуте.3. Antenna fairing according to claim 1, characterized in that the fasteners are made in the form of studs or screws, and the thread is made in the frame.

4. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что теплостойкое покрытие экрана выполнено кремнийорганической или фторопластовой эмалью.4. The antenna fairing according to claim 1, characterized in that the heat-resistant coating of the screen is made of silicone or fluoroplastic enamel.

На чертеже представлено продольное сечение антенного обтекателя с теплозащитным экраном.The drawing shows a longitudinal section of an antenna cowl with a heat shield.

Антенный обтекатель включает керамическую оболочку 1, металлический стыковой шпангоут 2 и теплозащитный экран 3 в виде однослойной оболочки куполообразной формы со сферической головной радиопрозрачной частью 4, соосно соединенный термостойким адгезивом 5 с оболочкой и 6 - с металлическим кольцом 7, которое связывает экран со шпангоутом посредством крепежных элементов 8.The antenna cowl includes a ceramic shell 1, a metal butt frame 2 and a heat shield 3 in the form of a single-layer dome-shaped shell with a spherical head radiolucent part 4, coaxially connected by heat-resistant adhesive 5 to the shell and 6 to a metal ring 7, which connects the screen to the frame by means of fasteners elements 8.

В зоне узла соединения обтекателя теплозащитный экран, приклеенный по всей поверхности прилегания к керамической оболочке, защищает антенное устройство от переизлучения тепла со всей внутренней поверхности керамической оболочки и шпангоута, одновременно снижая температуру внутреннего кольца и излучение с его поверхности, и воспринимает внешнюю силовую нагрузку (изгибающий момент), передаваемую оболочкой, увеличивая общий момент сопротивления сечения в месте приложения нагрузки.In the area of the fairing connection node, a heat shield glued over the entire abutment surface to the ceramic shell protects the antenna device from heat re-emission from the entire inner surface of the ceramic shell and the frame, while simultaneously reducing the temperature of the inner ring and radiation from its surface, and perceives an external power load (bending moment) transmitted by the shell, increasing the total moment of resistance of the cross section at the point of application of the load.

Выбор термостойких адгезивов для соединения элементов конструкции обтекателя между собой обусловлен уровнем температур на стыке соединяемых деталей: при прогреве клеевого слоя в соединении до температур, превышающих 300°C, оболочка и экран могут быть соединены жесткими термостойкими клеями, например ВК-58 или ВК-15, а металлическое кольцо 7 с экраном - эластичным герметиком типа "Виксинт" У-2-28.The choice of heat-resistant adhesives for connecting the fairing structural elements to each other is determined by the temperature level at the junction of the parts to be joined: when the adhesive layer in the joint is heated to temperatures exceeding 300 ° C, the shell and the screen can be connected by hard heat-resistant adhesives, for example VK-58 or VK-15 and the metal ring 7 with the screen - elastic sealant type "Vixint" U-2-28.

Применение в конструкции теплозащитного экрана в виде однослойной оболочки, изготовленной из прочного радиопрозрачного и термостойкого до температур 600-800°C стеклопластика, позволяет снизить нагрев АУ ГСН до 70-80°C на режимах длительностью до 3-3,5 минут и обеспечить совместно с керамической оболочкой радиопрозрачность обтекателя в сантиметровом диапазоне длин волн не менее 80% (коэффициент пропускания не менее 0,8), что допустимо для нормальной работы системы наведения. При этом теплозащитный экран совместно с керамической оболочкой воспринимают внешнюю нагрузку (изгибающий момент) и передают ее на металлический стыковой шпангоут, чем и обеспечиваются конструкционная прочность и работоспособность соединения обтекателя с соседним отсеком ракеты.The use in the design of a heat shield in the form of a single-layer sheath made of durable radio-transparent and heat-resistant fiberglass up to temperatures of 600-800 ° C allows to reduce the heating of the AC GOS to 70-80 ° C in modes lasting up to 3-3.5 minutes and, together with ceramic cladding radar transparency of the fairing in the centimeter wavelength range of at least 80% (transmittance of at least 0.8), which is acceptable for the normal operation of the guidance system. At the same time, the heat shield together with the ceramic shell absorb the external load (bending moment) and transfer it to the metal butt frame, which ensures structural strength and operability of the fairing connection with the adjacent rocket compartment.

Достигнутым результатом применения изобретения явилось создание работоспособной конструкции антенного обтекателя с оболочкой, изготовленной из кварцевой керамики, в условиях повышенного нестационарного аэродинамического воздействия общей длительностью до 3 минут.The achieved result of the application of the invention was the creation of a workable design of the antenna fairing with a shell made of quartz ceramic, under conditions of increased unsteady aerodynamic impact with a total duration of up to 3 minutes.

Claims (4)

1. Антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный во внутренней полости оболочки соосно с ними куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, отличающийся тем, что экран выполнен из термостойкого стеклопластика с диэлектрической проницаемостью ε=3,0-3,5 и соединен с оболочкой термостойким адгезивом по всей поверхности прилегания к оболочке, во внутренней полости экрана установлено металлическое кольцо, соединенное с экраном термостойким адгезивом, а со шпангоутом - через экран крепежными элементами, на наружную и внутреннюю поверхности экрана нанесено теплостойкое покрытие с коэффициентом излучения ε≤0,4.1. Antenna fairing containing a ceramic shell, a metal butt frame and located in the inner cavity of the shell coaxially with them, a domed radiolucent heat-shielding screen, characterized in that the screen is made of heat-resistant fiberglass with a dielectric constant ε = 3.0-3.5 and connected to a heat-resistant adhesive over the entire surface of the abutment to the shell, a metal ring is installed in the inner cavity of the screen, connected to the screen with a heat-resistant adhesive, and with a frame through a screen n attachment elements, on the outer and inner surface of the screen coated with heat resistant coating ε≤0,4 emissivity. 2. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого стеклопластика для теплозащитного экрана выбран стеклопластик на основе кремнийорганического, полиимидного или фенолформальдегидного связующих и кварцевых стеклотканей сатинного и объемного плетения.2. Antenna fairing according to claim 1, characterized in that fiberglass based on organosilicon, polyimide or phenol-formaldehyde binders and quartz fiberglass satin and bulk weaving is selected as a heat-resistant fiberglass for a heat shield. 3. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что крепежные элементы выполнены в виде шпилек или винтов.3. The antenna fairing according to claim 1, characterized in that the fastening elements are made in the form of studs or screws. 4. Антенный обтекатель по п.1, отличающийся тем, что теплостойкое покрытие экрана выполнено кремнийорганической или фторопластовой эмалью 4. Antenna fairing according to claim 1, characterized in that the heat-resistant coating of the screen is made of silicone or fluoroplastic enamel