Патент на изобретение №2269845

(54) ГОЛОВНОЙ ОБТЕКАТЕЛЬ РАКЕТЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к головным радиопрозрачным обтекателям летательных аппаратов. Технический результат заключается в повышении несущей способности головного обтекателя ракеты за счет предотвращения разрушения керамической оболочки. Сущность изобретения состоит в том, что торец керамической оболочки обтекателя выполнен скругленным, а на шпангоуте установлено или выполнено с ним за одно целое кольцо, сопрягаемая поверхность которого эквидистантна торцу оболочки. Керамическая оболочка и металлический шпангоут соединены слоем эластичного адгезива, а в расширяющуюся к торцу обтекателя полость между оболочкой и шпангоутом введена эластичная обечайка из того же адгезива. 3 ил.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к головным радиопрозрачным обтекателям летательных аппаратов.

Известна конструкция головного обтекателя ракеты по патенту РФ №2090956, МПК6 Н 01 Q 1/42,1994 г., состоящая из керамической оболочки, конусообразно сужающейся в месте стыковки с переходным шпангоутом из инвара и соединенной с ним слоем герметика, а также стыкового шпангоута, имеющего кольцевую вильчатую проточку, посредством которой он прикреплен к переходному шпангоуту валиками.

Данной конструкции обтекателя присущи следующие недостатки:

– уменьшение толщины керамической оболочки в зоне соединения с переходным шпангоутом создает условия увеличения температуры в клеевом шве и переходном шпангоуте, что приводит к недопустимому перегреву этой части обтекателя и преждевременному разрушению керамической оболочки от температурного распора шпангоутом;

– при воздействии неосесимметричных аэродинамических нагрузок в зоне торца керамической оболочки со стороны сжатия всегда возникает область концентрации напряжений, что может служить причиной ее разрушения;

– существенное утонение носовой части переходного шпангоута ведет к увеличению сложности изготовления тонкостенных крупногабаритных шпангоутов из инвара;

– сложность и многодетальность конструкции ведет к увеличению технологического цикла изготовления обтекателя и снижению его надежности.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является патент РФ №2168815, МПК7 Н 01 Q 1/42, 2000 г.

В данной конструкции головного обтекателя используется керамическая оболочка, металлический шпангоут, соединенные эластичным адгезивом, а в расширяющуюся к переднему торцу шпангоута полость, образованную внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью шпангоута, введена эластичная обечайка.

Это техническое решение имеет ряд существенных недостатков:

– снижение уровня концентрации напряжений в области среза шпангоута достигается за счет эластичной обечайки и увеличения толщины слоя адгезива в этой области, но эти конструктивные признаки не влияют на снижение концентрации напряжений в области взаимодействия торца керамической оболочки со шпангоутом, что приводит к разрушению керамической оболочки от контактных напряжений.

Анализ кинематики взаимодействия составных частей керамического обтекателя и процесса их разрушения при наземных испытаниях показывает, что условия возникновения зон с концентрацией напряжений (при однородности керамики) следующие:

– преобладание сжимающих напряжений в клеевом слое;

– наличие точек с максимальным перемещением, большим или равным толщине клеевого слоя в данной области.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении несущей способности и эксплутационной надежности головного обтекателя, а именно в предотвращении разрушения слабого элемента обтекателя – керамической оболочки.

Технический результат, который достигается изобретением, заключается в том, что в известном головном обтекателе ракеты, включающем керамическую оболочку и металлический шпангоут, соединенные слоем эластичного адгезива, и эластичную обечайку, торец керамической оболочки выполнен скругленным, а на шпангоуте установлено или выполнено с ним за одно целое кольцо, сопрягаемая поверхность которого эквидистантна торцу оболочки.

Под действием поперечной силовой нагрузки происходит шарнирное взаимодействие между скругленным торцем оболочки и сопрягаемой поверхностью кольца, при этом упругий адгезив в замкнутом пространстве при малых углах поворота оболочки ведет себя как жидкость.

В свою очередь, скругление торца керамической оболочки позволяет увеличить площадь контакта торца оболочки со шпангоутом в полтора раза и, соответственно, снизить контактные напряжения в торце оболочки.

С целью компенсации тепловых расширений оболочки и кольца последнее может быть выполнено из композиционного или другого материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения, близкий к материалу оболочки.

Таким образом, вышеперечисленные признаки изобретения позволяют устранить в обтекателе образование зоны с концентрацией напряжений, которые приводят к разрушению керамической оболочки.

Экспериментальные исследования предлагаемого технического решения показывают, что механические напряжения в области сжатия по сравнению с прототипом уменьшаются более чем в полтора раза при одних и тех же нагрузках.

На фиг.1 изображен общий вид антенного обтекателя ракеты; на фиг.2 – узел крепления керамической оболочки со шпангоутом, выполненным с отдельным кольцом; на фиг.3 – узел крепления керамической оболочки со шпангоутом, в котором кольцо выполнено заодно со шпангоутом.

Головной обтекатель состоит из керамической оболочки 1 со скругленным торцем, выполненной, например, из кварцевой керамики, металлического шпангоута 2 из инварового сплава типа 32НКБЛ, которые соединены эластичным адгезивом 3 типа герметик Виксинт. Кроме этого, в расширяющуюся к торцу обтекателя полость введена эластичная обечайка 4 из того же адгезива. На шпангоуте установлено или выполнено за одно целое со шпангоутом кольцо 5, сопрягаемая с торцем керамической оболочки поверхность которого эквидистантна торцу оболочки.

Данное изобретение может широко использоваться для широкого класса ракет класса “земля-воздух”, “воздух-воздух”.

Формула изобретения

Головной обтекатель ракеты, включающий керамическую оболочку и металлический шпангоут, соединенные слоем эластичного адгезива, и эластичную обечайку, отличающийся тем, что торец керамической оболочки выполнен скругленным, а на шпангоуте установлено или выполнено с ним за одно целое кольцо, сопрягаемая поверхность которого эквидистантна торцу оболочки.

РИСУНКИ