RU2793304C1

RU2793304C1 - Antenna fairing

Info

Publication number: RU2793304C1
Application number: RU2022115045A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Антонов; Максим Валерьевич Васюков; Андрей Николаевич Гурьев; Сергей Иванович Латыш; Дмитрий Александрович Рогов
Original assignee: Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина"
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2023-03-31

Abstract

FIELD: antenna technology.

SUBSTANCE: proposed antenna fairing, which includes a ceramic shell connected by an internal and end surfaces with an elastic heat-resistant adhesive-sealant with a frame, consisting of a metal transitional frame, matched according to TCLE with the shell material, a metal butt ring and a transitional ring installed in the annular groove of the rear end frame of the sealing ring, characterized in that the design of the frame is a bayonet connection of a closed type, in which the parts of the frame are connected to each other telescopically by axial movement and rotation of the bayonet teeth of the frame of the transitional relative to the bayonet teeth of the butt ring with filling gaps and voids with elastic adhesive-sealant, at that, the end surface of the shell, by means of adhesive-sealant, rests on a solid annular butt element of the frame.

EFFECT: increase in the bearing capacity of the structure under conditions of increased thermal and power loading while simultaneously ensuring a given level of tightness.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.The invention relates to the field of aviation and rocketry and can be mainly used in the manufacture of antenna radomes for high-speed rockets of various classes.

Известна конструкция обтекателя согласно патенту РФ №2654953 МПК H01Q /42, опубликовано 23.05.2018. Указанная конструкция включает оболочку, соединенную эластичным адгезивом с металлическим шпангоутом, состоящим из переходника из инварного сплава и стыкового элемента, соединенных между собой с помощью буртов и штифтов, и уплотнительного кольца, при этом на наружной поверхности переходника в области его соединения с торцевой зоной керамической оболочки выполнена проточка, а в области радиального соединения с оболочкой выполнены сквозные прорези. В бурте переходника выполнены дискретно расположенный опорный элемент, прилегающий к бурту стыкового элемента, и крепежный элемент в области штифтов, в опорном элементе переходника выполнены осевые пазы, размещенные в шахматном порядке относительно прорезей, а в крепежном элементе выполнена дополнительная кольцевая проточка.The design of the fairing is known according to the patent of the Russian Federation No. 2654953 IPC H01Q / 42, published on 05/23/2018. This design includes a shell connected by an elastic adhesive to a metal frame, consisting of an adapter made of an invar alloy and a butt element interconnected by means of collars and pins, and a sealing ring, while on the outer surface of the adapter in the area of its connection with the end zone of the ceramic shell a groove is made, and through cuts are made in the area of the radial connection with the shell. The collar of the adapter has a discretely located support element adjacent to the collar of the butt joint and a fastener in the area of the pins, the supporting element of the adapter has axial grooves arranged in a checkerboard pattern relative to the slots, and the fastener has an additional annular groove.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является головной обтекатель по патенту RU №2273077, H01Q 1/42, опубликованного 27.03.2006, где, оболочка из беспористого керамического материала, не требующего влагозащиты, соединенная по сопрягаемым коническим поверхностям с переходным металлическим шпангоутом эластичным термостойким адгезивом, переходной шпангоут соединен соосно со стыковым шпангоутом и ограничен от осевого перемещения с одной стороны двумя взаимно ответными буртиками, выполненными на внутренней поверхности стыкового шпангоута и на наружной поверхности переходного шпангоута, с другой стороны - штифтами, запрессованными в стыковой шпангоут и установленными с зазором в глухие отверстия переходного шпангоута, а уплотнительное кольцо установлено в проточку на торце переходного шпангоута.Closest to the claimed invention is the fairing according to patent RU No. 2273077, H01Q 1/42, published on March 27, 2006, where the shell is made of non-porous ceramic material that does not require moisture protection, connected along mating conical surfaces with a transitional metal frame with an elastic heat-resistant adhesive, transitional the frame is connected coaxially with the butt frame and is limited from axial movement on the one hand by two mutually reciprocal flanges made on the inner surface of the butt frame and on the outer surface of the transition frame, on the other hand, by pins pressed into the butt frame and installed with a gap in the blind holes of the transition frame, and the sealing ring is installed in the groove at the end of the transition frame.

К недостаткам вышеуказанных технических решений относится то, что несущая способность данных конструкций значительно снижается при одновременном увеличении температурных и силовых нагрузок. В связи с применением в конструкции узла соединения обтекателя материалов, с разными физико-механическими свойствами, в особенности, с рассогласованным температурным коэффициентом линейного расширения (далее - ТКЛР, ТКЛР применяемых металлических сплавов больше в 3-10 раз по сравнению с керамическими материалами), рост нагрузок приводит к увеличению растягивающих напряжений в керамической оболочке в зоне склейки со шпангоутом, и может вызвать ее разрушение. При автономной работе обтекателя его нагрев происходит неравномерно, что приводит к возникновению в составных частях шпангоута несимметричных относительно центральной оси обтекателя перемещений, вызванных тепловым расширением элементов, которые в свою очередь, могут привести к защемлению - «закусыванию» установленных (запрессованных) в него штифтов и образованию жесткой связи в радиальном направлении между стыковым и переходным шпангоутами. Появление подобной труднопрогнозируемой связи между стыковым и переходным шпангоутами вызывает дополнительное расширение последнего, и напрямую связанное с этим увеличение распорных растягивающих напряжений в керамической оболочке.The disadvantages of the above technical solutions include the fact that the bearing capacity of these structures is significantly reduced with a simultaneous increase in temperature and power loads. In connection with the use in the design of the connection assembly of the fairing of materials with different physical and mechanical properties, in particular, with a mismatched temperature coefficient of linear expansion (hereinafter referred to as TCLE, TCLE of the used metal alloys is 3-10 times more compared to ceramic materials), the growth loads leads to an increase in tensile stresses in the ceramic shell in the area of gluing with the frame, and can cause its destruction. During autonomous operation of the fairing, its heating occurs unevenly, which leads to the occurrence of movements in the frame components that are asymmetrical relative to the central axis of the fairing, caused by thermal expansion of the elements, which, in turn, can lead to pinching - “biting” of the pins installed (pressed) into it and the formation of a rigid connection in the radial direction between the butt and transition frames. The appearance of such a hard-to-predict connection between the butt and transition frames causes an additional expansion of the latter, and a directly related increase in expansion tensile stresses in the ceramic shell.

Задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности конструкции в условиях повышенного теплосилового нагружения с одновременным обеспечением заданного уровня герметичности.The objective of the present invention is to increase the bearing capacity of the structure under conditions of increased thermal and power loading while maintaining a given level of tightness.

Технический результат изобретения достигается тем, что предложен:The technical result of the invention is achieved by the fact that it is proposed:

Антенный обтекатель, включающий керамическую оболочку, соединенную внутренней и торцевой поверхностями эластичным термостойким клеем-герметиком со шпангоутом, состоящим из металлического переходного шпангоута, согласованного по ТКЛР с материалом оболочки, металлического стыкового кольца и установленного в кольцевой проточке тыльного торца переходного шпангоута уплотнительного кольца, отличающийся тем, что конструкция шпангоута представляет собой байонетное соединение закрытого типа, при котором детали шпангоута соединены между собой телескопически посредством осевого перемещения и поворота байонетных зубьев шпангоута переходного относительно байонетных зубьев стыкового кольца с заполнением зазоров и пустот эластичным клеем-герметиком, при этом торцевая поверхность оболочки посредством клея-герметика опирается на сплошной кольцеобразный стыковой элемент шпангоута, а правильность сборки деталей шпангоута обеспечивается совмещением рисок на торцах шпангоута переходного и стыкового кольца.Antenna fairing, including a ceramic shell, connected by an internal and end surfaces with an elastic heat-resistant adhesive-sealant with a frame, consisting of a metal transition frame, matched according to TCLE with the shell material, a metal butt ring and a sealing ring installed in the annular groove of the rear end of the transition frame, characterized in that that the design of the frame is a bayonet connection of a closed type, in which the parts of the frame are interconnected telescopically by axial movement and rotation of the bayonet teeth of the frame of the transition ring relative to the bayonet teeth of the butt ring with gaps and voids filled with elastic adhesive-sealant, while the end surface of the shell is by means of glue -sealant rests on a solid annular butt member of the frame, and the correct assembly of the frame parts is ensured by combining the notches on the ends of the frame of the transition and butt rings.

2. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что в части введения в переходной шпангоут продольных прорезей, кратных количеству байонетных зубьев и расположенных симметрично относительно последних, количество и конфигурация которых определяется из условия необходимого снижения температурных напряжений в керамической оболочке.2. The antenna fairing according to claim 1, characterized in that in terms of introducing longitudinal slots into the transition frame, which are multiples of the number of bayonet teeth and located symmetrically with respect to the latter, the number and configuration of which is determined from the condition of the necessary reduction of thermal stresses in the ceramic shell.

3. Антенный обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что в торцевой части оболочки организуется не заполненная клеем воздушная полость между оболочкой и переходным шпангоутом путем оптимизации конструкции шпангоута в части выполнения кольцевой проточки в переходном шпангоуте шириной не менее толщины оболочки в ее торцевой части и дополнительной кольцевой проточки для размещения в ней кольца из герметизирующего материала (состава), отсекающего попадание клея-герметик из клеевого шва в полость между оболочкой и переходным шпангоутом.3. The antenna fairing according to claim 1, characterized in that in the end part of the shell, an air cavity not filled with glue is organized between the shell and the transition frame by optimizing the design of the frame in terms of making an annular groove in the transition frame with a width not less than the thickness of the shell in its end part and an additional annular groove for placing a ring of sealing material (composition) in it, which cuts off the ingress of adhesive-sealant from the adhesive line into the cavity between the shell and the adapter frame.

На фиг. представлена реализация предложенного технического решения. Поставленная задача обеспечивается за счет следующих конструктивных решений.In FIG. the implementation of the proposed technical solution is presented. The task is provided by the following design solutions.

Керамическая оболочка (1) соединяется по своей внутренней поверхности эластичным термостойким клеем-герметиком (4) с переходным шпангоутом (2), а торцевой поверхностью опирается через клей-герметик (4) на сплошной кольцеобразный элемент стыкового кольца (3), имеющий повышенную, по сравнению с сегментированным элементом, изгибную и цилиндрическую жесткости, позволяющую при воздействии теплосиловых нагрузок минимизировать отклонения от начального положения плоскости стыка торца оболочки и стыкового элемента. Для исключения жесткой связи в радиальном направлении переходной шпангоут (2) соединен со стыковым кольцом (3) методом байонета, при котором байонетные зубья стыкового кольца (6) заходят (зацепляются) за байонетные зубья переходного шпангоута (5), при этом все зазоры и полости между зубьями байонета заполняются клеем-герметиком (4). Так как зубья байонета выполнены внутри деталей, а конструктивно переходной шпангоут и стыковое кольцо имеют с торцов сплошные кольцевые элементы (7), которые по посадке садятся на соответствующие друг другу поверхности, то правильность сборки при закрытом байонете обеспечивается совмещением рисок (8) на торцах деталей шпангоута.The ceramic shell (1) is connected along its inner surface with an elastic heat-resistant adhesive-sealant (4) with a transitional frame (2), and the end surface rests through the adhesive-sealant (4) on a solid annular element of the butt ring (3), which has an increased compared with a segmented element, bending and cylindrical stiffness, which allows, under the influence of heat and power loads, to minimize deviations from the initial position of the plane of the junction of the end face of the shell and the butt element. To exclude a rigid connection in the radial direction, the transition frame (2) is connected to the butt ring (3) by the bayonet method, in which the bayonet teeth of the butt ring (6) go (engage) behind the bayonet teeth of the transition frame (5), while all gaps and cavities between the teeth of the bayonet are filled with adhesive-sealant (4). Since the teeth of the bayonet are made inside the parts, and the structural transition frame and the butt ring have solid annular elements (7) at the ends, which sit on the surfaces corresponding to each other when they fit, the correct assembly with the bayonet closed is ensured by combining the marks (8) on the ends of the parts frame.

Герметизация узла соединения обеспечивается за счет соединения деталей шпангоута по всем сопрягаемым поверхностям клеем-герметиком (4) и установкой в кольцевой проточке тыльного торца переходного шпангоута и внутренней поверхностью стыкового кольца уплотнительного кольца (9).The sealing of the joint is provided by connecting the frame parts on all mating surfaces with adhesive-sealant (4) and installing a sealing ring (9) in the annular groove of the rear end of the transition frame and the inner surface of the butt ring.

Работоспособность узла соединения керамической оболочки и составного шпангоута в условиях повышенных тепловых и силовых нагрузок обеспечивается:The operability of the junction of the ceramic shell and the composite frame under conditions of increased thermal and power loads is ensured by:

- оптимизацией конструкции шпангоута в части введения в переходной шпангоут продольных прорезей (10), кратных количеству байонетных зубьев и расположенных симметрично относительно последних, количество и конфигурация которых определяется из условия необходимого снижения температурных напряжений в керамической оболочке при обеспечении стойкости к воздействию поперечной нагрузки.- optimization of the frame design in terms of introducing longitudinal slots (10) into the transition frame, which are multiples of the number of bayonet teeth and located symmetrically relative to the latter, the number and configuration of which is determined from the condition of the necessary reduction of thermal stresses in the ceramic shell while ensuring resistance to transverse loads.

Для обеспечения герметичности прорези заполняются клеем-герметиком;To ensure tightness, the slots are filled with adhesive-sealant;

- оптимизацией конструкции шпангоута в части организации в торцевой части оболочки не заполненной клеем воздушной полости (11) за счет выполнения кольцевой проточки в переходном шпангоуте шириной не менее толщины оболочки в ее торцевой части. Для обеспечения не попадания клея-герметика в полость (11) перед ней организуется дополнительная кольцевая проточка (12), в которую вклеивается кольцо (13) из герметизирующего материала (состава), отсекающее попадание клея-герметика из клеевого шва в полость между оболочкой и переходным шпангоутом;- optimization of the frame design in terms of organizing an air cavity (11) not filled with glue in the end part of the shell by making an annular groove in the transition frame with a width not less than the thickness of the shell in its end part. To ensure that the adhesive-sealant does not get into the cavity (11), an additional annular groove (12) is organized in front of it, into which a ring (13) of a sealing material (composition) is glued, which cuts off the ingress of the adhesive-sealant from the adhesive joint into the cavity between the shell and the transition frame;

- расчетом длины клеевого шва из условия обеспечения достаточной прочности клеевого соединения при максимально возможном уровне комплексного воздействия тепловой нагрузки, продольной сжимающей и поперечной изгибающей нагрузок.- calculation of the length of the adhesive joint from the condition of ensuring sufficient strength of the adhesive joint at the maximum possible level of the combined effect of thermal load, longitudinal compressive and transverse bending loads.

Заявляемая конструкция по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики и надежность обтекателя при кардинальном увеличении суммарного температурного и силового воздействия и обеспечить улучшенную герметизацию внутреннего объема обтекателя.The proposed design compared with the prototype can significantly improve the performance and reliability of the fairing with a dramatic increase in the total temperature and force effects and provide improved sealing of the internal volume of the fairing.

Claims

1. Antenna fairing, including a ceramic shell, connected by an internal and end surfaces with an elastic heat-resistant adhesive-sealant with a frame, consisting of a metal transition frame, matched according to TCLE with the shell material, a metal butt ring and a sealing ring installed in the annular groove of the rear end of the transition frame, characterized in that the design of the frame is a bayonet connection of a closed type, in which the parts of the frame are interconnected telescopically by axial movement and rotation of the bayonet teeth of the frame of the transition ring relative to the bayonet teeth of the butt ring with filling gaps and voids with elastic adhesive-sealant, while the end surface of the shell by means of adhesive-sealant, it rests on a solid annular butt element of the frame, and the correct assembly of the frame parts is ensured by combining the marks on the ends of the frame of the transition and butt ring.

2. The antenna fairing according to claim 1, characterized in that in the insertion part, longitudinal slots are made in the transition frame, which are multiples of the number of bayonet teeth and are located symmetrically with respect to the latter, and their number and configuration is determined from the condition of the necessary reduction of thermal stresses in the ceramic shell.

3. The antenna fairing according to claim 1, characterized in that in the end part of the shell an air cavity not filled with glue is made between the shell and the transition frame by making an annular groove in the transition frame with a width not less than the thickness of the shell in its end part and an additional annular groove for placement it contains rings made of a sealing material or composition that cuts off the ingress of adhesive-sealant from the adhesive line into the cavity between the shell and the transition frame.