устройство перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты к ее корпусу

Формула изобретения

1. Устройство перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты к ее корпусу, включающее переходник, соединенный с оболочкой эластичным компаундом, выполненный из материала, согласованного по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) в заданном интервале температур с материалом оболочки, и расположенный на наружной поверхности хвостовой части переходника, выступающей за торец оболочки, крепежный кольцевой бурт, отличающееся тем, что в торцевой области оболочки размещена обечайка из упруго-вязкого материала в полости, образованной смежными с обечайкой поверхностями оболочки, переходника, опорного элемента и наружного ограничителя перемещений обечайки, при этом опорный элемент и ограничитель перемещений обечайки выполнены за одно целое или жестко связаны между собой из материала корпуса ракеты или переходника, кромка носка наружного ограничителя перемещений обечайки смещена к носу обтекателя относительно торца керамической оболочки, внутренняя поверхность наружного ограничителя перемещений обечайки, образованная прямой или криволинейной образующей тела вращения, выполнена расширяющейся к носу обтекателя, а обечайка в этой области равнотолщинна или переменной толщины, уменьшающейся к кромке носка наружного ограничителя перемещений обечайки, кроме этого, опорный элемент и наружный ограничитель перемещений обечайки выполнены как составная часть переходника в виде кольца с проточкой переднего торца или обоих торцов, связанного с переходником механическим или клее-механическим соединением, или выполненного за одно целое с переходником при однородности их материалов.

2. Устройство перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты к ее корпусу по п.1, отличающееся тем, что между задним торцом опорного элемента и переходником установлена дополнительная обечайка из упруго-вязкого материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к устройствам перехода от керамической оболочки головного обтекателя к металлическому корпусу ракеты.

Обеспечение надежного соединения керамической оболочки с металлическим корпусом ракеты является сложной задачей экспериментально-теоретического характера.

Известно транспортное средство по патенту ЕР 0828312, МПК 6 Н01Q 1/42, 1/28, 1997, включающее керамическую оболочку, выполненную из беспористой алюмооксидной керамики и прикрепленную торцем к металлическому корпусу ракеты при помощи твердого припоя через металлический переходник, согласованный по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) с керамикой, имеющий низкую радиальную жесткость благодаря малой его толщине.

Основными недостатками этой конструкции являются сложность технологии сборки и невозможность ее применения для высоконагруженных обтекателей с оболочкой из кварцевой керамики, ситалла, стеклокерамики, у которых ТКЛР и прочность при растяжении значительно ниже, чем у алюмооксидной керамики.

Наиболее близким аналогом из конструктивных решений, в которых внутренняя поверхность керамической оболочки связана эластичным адгезивом (компаундом) с переходником, представляется конструкция по патенту РФ №2225664 МПК 6 Н01Q 1/42, 2002, включающая керамическую оболочку, склеенную эластичным адгезивом с наружной поверхностью тонкостенного металлического переходника из материала, согласованного по ТКЛР в заданном интервале температур с материалом оболочки, и расположенный на наружной поверхности хвостовой части переходника, выступающей за торец оболочки, крепежный кольцевой бурт, для соединения с помощью клиньев с корпусом ракеты.

Основным недостатком конструктивного решения по прототипу является то, что снижение веса конструкции за счет уменьшения толщины керамической оболочки в ее торцевой области, толщины переходника, а также длины бурта стыковой части корпуса ракеты ведет к снижению несущей способности оболочки (из-за увеличения вероятности ее разрушения в торцевой части).

Разрушение происходит из-за концентрации контактных напряжений в зоне сжатия торцевой части оболочки от сосредоточенных торцевых сил, возникающих при раскрытии стыка торца керамической оболочки при воздействии на нее несимметричных силовых нагрузок, а также от изменяющейся по периметру опорной поверхности податливости в осевом направлении торцевой части корпуса ракеты за счет локально равнорасположенных в ней сквозных прорезей (окон) для установки крепежных клиньев. Это характерно как для оболочек из кварцевой керамики, так и оболочек из стеклокерамики.

На стендовых исследовательских испытаниях обтекателя ракеты класса «земля - воздух» с конструкцией устройства перехода от керамической оболочки из стеклокерамики к металлическому корпусу ракеты, аналогичной прототипу, авторами выявлена существенная значимость для несущей способности оболочки конструкции стыковой части корпуса ракеты и конструктивных особенностей элементов конструкции перехода. Были зафиксированы следующие виды разрушения оболочки в зоне сжатия ее торцевой части: одна меридиональная трещина при расчетных напряжениях сжатия

( _расч ^-) в керамике, соизмеримых с величинами ее средних значений предела прочности на растяжение ( _в ^cp); две меридиональные трещины, идущие от краев монтажных окон корпуса ракеты в зоне сжатия, при _расч ^-, соизмеримых с _в ^ср.

Применение стеклокерамики для изготовления оболочки обтекателя дает определенный выигрыш в весе по сравнению с применением для этой цели кварцевой керамики при соизмеримом удовлетворении радиотехническим требованиям, но ужесточение требований к весу конструкции вынуждает рассматривать возможности его снижения и за счет уменьшения толщины оболочки в области склейки с переходником, толщины переходника в области склейки его с оболочкой, толщины в осевом направлении крепежного бурта корпуса ракеты при сохранении несущей способности керамической оболочки за счет снижения напряжений в торцевой части оболочки.

Таким образом, сохранение несущей способности оболочки при снижении веса конструкции перехода требует введения новых элементов, снижающих уязвимость торцевой части оболочки в области сжатия, так как разрушение ее, зафиксированное стендовыми испытаниями, начинается именно с этой области.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение несущей способности оболочки - снижение вероятности ее разрушения в торцевой части от сжимающих усилий, повышение технологичности конструкции перехода от керамической оболочки к металлическому корпусу ракеты, снижение веса конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что:

1. Устройство перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты к ее корпусу, включающее переходник, соединенный с оболочкой эластичным компаундом, выполненный из материала, согласованного по ТКЛР в заданном интервале температур с материалом оболочки, и расположенный на наружной поверхности хвостовой части переходника, выступающей за торец оболочки крепежный кольцевой бурт, отличающееся тем, что в торцевой области оболочки размещена обечайка из упруго-вязкого материала в полости, образованной смежными с обечайкой поверхностями оболочки, переходника, опорного элемента и наружного ограничителя перемещений обечайки, при этом опорный элемент и ограничитель перемещений обечайки выполнены за одно целое или жестко связаны между собой из материала корпуса ракеты или переходника, кромка носка наружного ограничителя перемещений обечайки смещена к носу обтекателя относительно торца керамической оболочки, внутренняя поверхность наружного ограничителя перемещений обечайки, образованная прямой или криволинейной образующей тела вращения, выполнена расширяющейся к носу обтекателя, а обечайка в этой области равнотолщинна или переменной толщины, уменьшающейся к кромке носка наружного ограничителя перемещений обечайки, кроме этого опорный элемент и наружный ограничитель перемещений обечайки выполнены как составная часть переходника в виде кольца с проточкой переднего торца или обоих торцев, связанного с переходником механическим или клеемеханическим соединением, или выполненного за одно целое с переходником при однородности их материалов.

2. Устройство перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты к ее корпусу по п.1, отличающееся тем, что между задним торцем опорного элемента и переходником установлена дополнительная обечайка из упруго-вязкого материала.

На чертеже изображена конструктивная схема перехода от керамической оболочки 1 к корпусу ракеты 2. Оболочка связана с переходником из инварного сплава 3 с помощью эластичного компаунда 4, а переходник с корпусом ракеты - с помощью клиньев 5, установленных через монтажные окна 6 в носовой части корпуса ракеты. В области торцевой части оболочки расположена обечайка 7, выполненная из упруго-вязкого материала. Обечайка расположена в полости между поверхностями керамической оболочки, переходника, опорного элемента 8 и наружного ограничителя перемещений обечайки 9.

Установка обечайки из упруго-вязкого материала (кремнийорганический герметик типа Виксинт) в области торцевой части оболочки и организация средства ограничения ее перемещения в радиальном направлении благодаря введению наружного ограничителя перемещений обечайки обеспечило возможность надежного выполнения заданных режимов теплосилового нагружения разрабатываемого устройства перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты к ее корпусу (стендовые испытания конструкции проводились при использовании натурного второго отсека ракеты и отработанных элементов клинового соединения).

Выполнение опорного элемента и наружного ограничителя перемещений обечайки в виде кольца с проточкой переднего торца или обеих его торцев, связанного с переходником механическим или клеемеханическим соединением, или выполненного за одно целое с переходником при однородности их материалов, позволяет реализовать различные модификации форм и размеров обечайки в зависимости от режима эксплуатации изделия, конструктивно-технологических соображений и в зависимости от экспериментально-теоретических исследований при выборе материала обечайки и ее деформируемости от эксплуатационных воздействий.

Введение дополнительной обечайки 10 из упруго-вязкого материала (кремнийорганический герметик типа Виксинт) между задним торцем опорного элемента и переходником (его буртом) усиливает положительный эффект обечайки, расположенной в области переднего торца опорного элемента, упрощает технологию изготовления конструкции (снижает жесткость допусков при изготовлении ее элементов) и технологию ее сборки.

Выполнение наружного ограничителя перемещений обечайки и опорного элемента за одно целое упрощает конструкцию, а использование их «жесткосвязанности» позволяет ограничить радиальные перемещения обечайки за счет применения для ограничителя перемещений обечайки, например, материалов на основе углеродных волокон.

Смещение кромки носка наружного ограничителя перемещений обечайки к носу обтекателя относительно торца керамической оболочки рационально, но из-за сближения торцев оболочки и опорного элемента в зоне сжатия от несимметричного силового воздействия на обтекатель это смещение возможно минимальным, соизмеримым с толщиной силового крепящего слоя эластичного компаунда в соединении переходника с внутренней поверхностью керамической оболочки.

Выполнение внутренней поверхности наружного ограничителя перемещений обечайки, расширяющейся к носу обтекателя, обусловлено большей эффективностью для предотвращения вытекания обечайки (самозакрывающийся «шлюз» при несимметричном силовом воздействии) в щель между кромкой носка наружного ограничителя перемещений обечайки и поверхностью керамической оболочки. Из технологических соображений (упрощение изготовления элементов обтекателя) обечайка в этой области может быть равнотолщинной или переменной толщины, уменьшающейся к кромке носка ограничителя ее перемещений.

Предложенное техническое решение целесообразно не только для клиновых соединений переходника с корпусом, но и для других видов соединений хвостовой части переходника со стыковыми элементами конструкции перехода от керамической оболочки носового обтекателя ракеты разных классов к ее корпусу.