узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата

Формула изобретения

Узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата, включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности выполнены продольные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного термостойкого клея, и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что продольные пазы выполнены сквозными, шириной 1-2 мм и протяженностью от 1/2 до 2/3 от длины склейки керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, при этом пазы расположены по центру склейки, расстояние между ними составляет величину, равную длине склейки, а толщина клеевого шва устанавливается равной наибольшей разности радиальных температурных перемещений керамического обтекателя и шпангоута при максимальном эксплуатационном уровне температур.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов.

Известен узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата (Б.А.Пригода, B.C.Кокунько. Обтекатели антенн летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1970 г. - 288 с.), состоящий из соединительного кольца, выполненного из стеклопластика, обхватывающего снаружи основание керамического обтекателя, к которому с помощью втулок и винтов присоединено металлическое силовое кольцо. Намотка стеклопластика соединительного кольца проводится в проточке, сделанной у основания керамического обтекателя, под определенным натяжением. При нагреве обтекателя в полете стеклопластиковое кольцо расширяется. В результате этого уменьшаются сжимающие усилия, передаваемые на него от стеклопластикого кольца.

К недостаткам известной конструкции относится то, что в случае неправильного подбора величины предварительно напряженного соединения, при нагреве керамического обтекателя в полете, может образовываться зазор между стеклопластиковым кольцом и поверхностью обтекателя, что может привести к разрушению соединения.

Наиболее близким техническим решением, является узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата (Патент РФ №2189673, МПК 7 Н 01 Q 1/42, 2001 г.), содержащий металлический шпангоут, в котором на наружной поверхности, равномерно по окружности, выполнены продольные несквозные пазы шириной, превышающей их глубину, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного термостойкого клея, стыковочный фланец и уплотнительное кольцо, при этом металлический шпангоут сочленен по своей наружной поверхности и ограничен от осевого перемещения с одной стороны буртиком, выполненным на торце металлического шпангоута и размещенным в кольцевой проточке стыковочного фланца, а с другой стороны - упорным кольцом, неподвижно соединенным со стыковочным фланцем.

Такое выполнение металлического шпангоута приводит к тому, что разогрев металлического шпангоута не приводит к разрушению керамического обтекателя из-за меньшей жесткости шпангоута в радиальном направлении в сравнении с керамическим обтекателем за счет выполненных на наружной поверхности продольных несквозных пазов, и увеличения, за счет этого, толщины эластичного клеевого шва, что снижает возникающие растягивающие напряжения в керамическом обтекателе до безопасных значений.

К недостаткам известной конструкции относится то, что она работоспособна лишь в условиях, когда клей сохраняет свою эластичность, т.е. до 200°С, а толстый клеевой шов ведет к быстрому его перегреву со стороны керамического обтекателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик - увеличение длительности эксплуатации и обеспечение работоспособности обтекателя при прогреве узла соединения до 500°С.

Поставленная задача достигается тем, что предложен узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата, включающий металлический шпангоут, в котором равномерно по окружности выполнены продольные пазы, соединенный с керамическим обтекателем по сопрягаемым коническим поверхностям слоем эластичного термостойкого клея и уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что продольные пазы выполнены сквозными, шириной 1-2 мм и протяженностью от 1/2 до 2/3 от длины склейки керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, при этом пазы расположены по центру склейки, расстояние между ними составляет величину, равную длине склейки, а толщина клеевого шва устанавливается равной наибольшей разности радиальных температурных перемещений керамического обтекателя и шпангоута при максимальном эксплуатационном уровне температур.

Авторы установили, что при нагреве узла крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата до температуры порядка 200-250°С происходит выдавливание эластичного термостойкого клея, температура которого выше температуры шпангоута на 50-70°С и который приобрел текучесть, вдоль меридиана оболочки (вверх и вниз к торцу). Выполнение металлического шпангоута со сквозными продольными пазами, шириной 1-2 мм, протяженностью от 1/2 до 2/3 от длины склейки керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, расположенными по центру склейки на расстоянии друг от друга, равном длине склейки, обеспечивает свободное и равномерное вытекание эластичного термостойкого клея из зоны клеевого шва через выполненные пазы, вплоть до температуры 500°С, что в свою очередь позволяет снизить напряжение осевого распора в керамическом обтекателе, за счет свободного расширения шпангоута в образующее пространство между шпангоутом и керамическим обтекателем, сохраняя при этом допустимый уровень осевого распора керамического обтекателя, что обеспечивает несущую способность и жесткость конструкции узла при поперечной нагрузке на обтекатель.

Наличие в металлическом шпангоуте сквозных продольных пазов, шириной 1-2 мм, протяженностью от 1/2 до 2/3 от длины склейки керамического обтекателя с металлическим шпангоутом, расположенных по центру склейки на расстоянии друг от друга, равном длине склейки, практически не снижает площадь склейки металлического шпангоута с керамическим обтекателем. Нарушение указанных размеров может привести к возникновению опасных сдвиговых напряжений между металлическим шпангоутом с керамическим обтекателем.

На чертеже представлен общий вид заявленной конструкции.

Узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата включает металлический шпангоут 1, в котором равномерно по окружности выполнены сквозные продольные пазы 2, соединенный с керамическим обтекателем слоем эластичного термостойкого клея 3 и уплотнительное кольцо 4.

Узел крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата работает следующим образом.

При аэродинамическом нагреве керамического обтекателя, металлический шпангоут 1 и эластичный термостойкий клей 3 разогреваются, в результате чего происходит потеря эластичного термостойкого клея и его выдавливание через сквозные продольные пазы 2. При этом благодаря тому, что пазы 2 располагаются равномерно по окружности шпангоута и по центру по высоте склейки, выдавливание клея происходит свободно и равномерно. Это позволяет снизить напряжение осевого распора в керамической оболочке, за счет свободного расширения шпангоута в образующее пространство между шпангоутом и керамикой. При этом обеспечивается работоспособность керамических обтекателей при прогреве шпангоута вплоть до 500°С. Необходимая герметичность соединения керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата обеспечивается слоями эластичного термостойкого клея 3 и уплотнительного кольца 4.

Выполнение узла крепления керамического обтекателя с металлическим корпусом летательного аппарата по предложенному решению, позволяет отказаться от многокомпонентной и сложной конструкции, т.к. становится возможным изготовление узла крепления из одной детали. Кроме того, наличие сквозных продольных пазов в металлическом шпангоуте, повышает технические характеристики конструкции, т.к. они обеспечивают работоспособность керамических обтекателей при прогреве шпангоута вплоть до 500°С, при этом не снижается несущая способность обтекателя к воздействию поперечной аэродинамической нагрузки.

Источники информации

1. Б.А.Пригода, B.C.Кокунько. Обтекатели антенн летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1970 г. - 288 с.

2. Патент РФ №2189673, МПК 7 Н 01 Q 1/42, 2001 г.