Стенка широкополосного обтекателя

Авторы патента:

Крылов Виталий Петрович (RU)

Подольхов Иван Васильевич (RU)

Степанов Петр Александрович (RU)

Шадрин Александр Петрович (RU)

Никулина Ольга Владимировна (RU)

H01Q1/42 - оболочки, не имеющие непосредственной механической связи с излучающими элементами, например обтекатели, кожухи

Владельцы патента RU 2755584:

Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» (RU)

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель», предназначенным для работы в совмещенных диапазонах. Стенка широкополосного обтекателя содержит наружную и внутреннюю обшивки, верхний, компенсирующий и нижний слои, выполненные из различных материалов, при этом верхний, компенсирующий и нижний слои выполнены из композиционного материала, полученного путем смешения фосфатного неорганического связующего ФОСКОН 351 с порошком оксида алюминия, нанесения полученной композиции на кварцевую ткань, а в компенсирующий слой дополнительно введена добавка диоксида циркония, замещающая окись алюминия. Таким образом, достигнутый положительный эффект заключается в повышении широкополосности системы «антенна-обтекатель» за счет использования многослойной стенки обтекателя, выполненного на основе однородного многокомпонентного материала, и введения дополнительной добавки для увеличения диэлектрической проницаемости внутреннего слоя. 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель», предназначенным для работы в совмещенных диапазонах.

Известна широкополосная система «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных не кратных диапазонах, содержащих диэлектрический корпус в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату с симметричной трехслойной стенкой из термостойкого диэлектрика (Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ/В.А. Каплун.- М.: Советское радио, 1974 г. -238 с.) В представленном решении значение электрической толщины фазовой длины многослойной конструкции стенки обтекателя выбирается соответствующим средней длине волны между длиной волны на средней частоте верхнего и длиной волны на частоте нижнего диапазона.

Структура стенки обтекателя состоит из слоев материалов с известными значениями диэлектрической проницаемости. Геометрическая толщина стенки подбирается эквивалентной полуволновой электрической толщине на средней по диапазону резонансной частоте.

Известно, что реализация на одной частоте полуволновой электрической толщины стенки, за счет резонансного согласования стенки со свободным пространством, позволяет получить минимальный уровень искажения фазы прошедшего через обтекатель поля падающей волны.

Обтекатель с резонансной полуволновой стенкой вносит минимально возможные искажения в поле падающей волны на резонансной частоте, но пропорционально увеличению рабочей полосы значительно возрастает величина искажений, носимых обтекателем в поле падающей волны.

Многослойные стенки обтекателей позволяют существенно расширить полосу пропускания обтекателя по радиопрозрачности.

Технология изготовления многослойных стенок из термостойких материалов очень трудоемка из-за высоких требований, предъявляемых к точности изготовления слоев и сложности процесса их соединения в единую конструкцию. В виду возрастания трудоемкости изготовления, по сравнению с монолитными, многослойные стенки применяют тогда, когда определенные требования не выполняются при использовании полуволновой монолитной или электрически тонкой стенок.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является изобретение по патенту РФ на полезную модель №162208 «Многослойный радиопрозрачный обтекатель» опубликовано 27.05.2016. Обтекатель содержит наружную и внутреннюю обшивки из композиционного материала, между которыми установлен вспененный заполнитель, при этом вспененный заполнитель состоит из верхнего, прикрепленного к наружной обшивке, и нижнего слоя, прикрепленного к внутренней обшивке, между верхним слоем и нижним слоем вспененного заполнителя выполнен компенсирующий зазор δ, заполненный армированной дискретными элементами клеевой прослойкой.

Недостатком является то, что слои стенки выполняются в виде элементов оболочек из различных материалов, которые собираются совместно, или формуются совместно, но из различных по составу материалов. Слои изготовлены из материалов различных по плотности и различных по другим теплофизическим и механическим параметрам, что делает их плохо совместимыми при тепловых и механических нагрузках.

Задачей изобретения является создание многослойной стенки широкополосного обтекателя на основе многокомпонентного композиционного материала близкого по структуре для всех слоев.

Решение задачи выполняется тем, что предложена стенка широкополосного обтекателя, содержащая наружную и внутреннюю обшивки, верхний, компенсирующий и нижний слои выполненные из различных материалов, отличающаяся тем, что верхний, компенсирующий и нижний слои выполнены из композиционного материала, полученного путем смешения фосфатного неорганического связующего ФОСКОН 351 с порошком оксида алюминия, нанесением полученной композиции на кварцевую ткань, а в компенсирующий слой дополнительно введена добавка диоксида циркония, замещающая окись алюминия.

Установлено, что применение трехслойной стенки типа B-Sandwich позволяет получить самую широкую полосу пропускания обтекателя, для которой диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя () больше диэлектрической проницаемости внешних слоев () для симметричной стенки: .

Для реализации многослойной стенки авторы использовали композиционный термостойкий материал на основе кварцевой ткани и неорганического фосфатного связующего, состав которой представлен в таблице 1.

Таблица 1

Состав многокомпонентного композиционного материала.
Компоненты материала	Плотность, с, г/см³	Рассчитанная объемная часть, %	Диэлектрическая проницаемость при частоте 10¹⁰ Гц при Т=20 ^оС
Неорганическое фосфатное связующее ФОСКОН 351	1550-1750	17-23	3,2-3,4
Окись алюминия (корунд)	4000	7-10	9-10
Кварцевая ткань	2650	66-74	4,0-4,2
Смола кремний –органическая КМ-9К (спиртовой раствор)	1600	1-2	3,8 - 4,0

Композиционный материал получали путем смешения фосфатного неорганического связующего ФОСКОН 351 с порошком оксида алюминия (корунд), нанесением полученной композиции на кварцевую ткань, аппретированную раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, содержащим спирт, и отверждение при заданных температуре и давлении.

Полученный материал имеет плотность с=1500-1800 г/см³ и диэлектрическую проницаемость при частоте 10¹⁰ Гц при Т=20 ^оС порядка 3,2-3,4.

Без добавок этот материал составляет в трехслойной симметричной стенке внешние слои.

Внутренний слой состоит из этого же материала, только порошок оксида алюминия (корунда) был заменен порошком окиси циркония ZrO, имеющего диэлектрическую проницаемость .

Соотношение порошка окиси циркония в неорганическом связующем составляет от 40 до 70 %.

Изменение процентного содержания добавки ZrO в связующем от 40 до 70%, замещая окись алюминия, позволило управлять диэлектрической проницаемостью внутреннего слоя.

На Фиг. 1 представлена зависимость диэлектрической проницаемости внутреннего слоя от процентной добавки ZrO в связующем.

Для проверки широкополосности стенки обтекателя, работающего в двух совмещенных диапазонах, на нижнем со средней частотой 9 ГГц и верхнем со средней частотой 15 ГГц была рассчитана и изготовлена симметричная трехслойная радиотехническая конструкция, параметры которой представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры слоев стенки широкополосного обтекателя
Параметры слоя	Первый внешний слой	Второй внутренний слой	Третий внешний слой
Толщина, мм	4,8	1,4	4,8
Диэлектрическая проницаемость	3,2	5,5	3,2

Частотная зависимость коэффициента прохождения была измерена на установке в свободном пространстве на пластине, расположенной между двумя Н–секториальными рупорами с помощью векторного анализатора цепей.

Теоретическая и экспериментальные зависимости коэффициентов прохождения трехслойной пластины с параметрами, указанными в таблице 2, представлены на Фиг. 2.

Рассчитываемая частотная зависимость проводилась для материалов не имеющих диэлектрических потерь, а экспериментальная зависимость была получена для реальных материалов с диэлектрическими потерями равными тангенсу угла диэлектрических потерь поэтому экспериментальная зависимость проходит ниже теоретической.

Таким образом, достигнутый положительный эффект заключается в повышении широкополосности системы «антенна-обтекатель» за счет использования многослойной стенки обтекателя выполненного на основе однородного многокомпонентного материала и введения дополнительной добавки для увеличения диэлектрической проницаемости внутреннего слоя.

Стенка широкополосного обтекателя, содержащая наружную и внутреннюю обшивки, верхний, компенсирующий и нижний слои, выполненные из различных материалов, отличающаяся тем, что верхний, компенсирующий и нижний слои выполнены из композиционного материала, полученного путем смешения фосфатного неорганического связующего ФОСКОН 351 с порошком оксида алюминия, нанесения полученной композиции на кварцевую ткань, а в компенсирующий слой дополнительно введена добавка диоксида циркония, замещающая окись алюминия.

Настоящее изобретение относится к слоистой структуре обтекателя антенны радиолокационной станции. Техническим результатом является разработка конструкции обтекателя, сочетающей малый вес при обеспечении широкополосности.

Клиновидный радиопрозрачный передний обтекатель корпуса сверхзвукового летательного аппарата // 2749818

Клиновидный радиопрозрачный передний обтекатель корпуса сверхзвукового летательного аппарата содержит изготовленные из радиопрозрачного термостойкого композиционного материала, полученного с использованием многослойной ткани из термостойкой нити и пропитки термоактивным связующим, верхнюю выпуклую и нижнюю уплощенную оболочки, снабженные в их периферийных частях стыкуемыми поверхностями и местами для установки элементов крепления оболочек между собой, и элементы их крепления.

Пеленгационная система "антенна-обтекатель" // 2749384

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении ракет класса «воздух-воздух». Техническим результатом изобретения является защита пеленгующей антенны системы «антенна-обтекатель» от перегрева при тепловом воздействии набегающего потока из-за возрастания скорости ракеты и времени ее полета и исключение отказа пеленгующей антенны.

Антенный обтекатель // 2748531

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антенным обтекателям высокоскоростных ракет с оболочками из жаростойких керамических материалов. Техническим результатом изобретения является обеспечение работоспособности антенного обтекателя в условиях значительного теплосилового воздействия на радиопрозрачную оболочку.

Способ изготовления клиновидного радиопрозрачного переднего обтекателя корпуса сверхзвукового летательного аппарата // 2744058

Изобретение относится к термостойким элементам корпуса сверхзвукового летательного аппарата (ЛА), в частности к переднему обтекателю его корпуса, являющемуся оболочкой антенны, излучающие элементы которой не имеют непосредственной механической связи с оболочкой. Способ изготовления клиновидного радиопрозрачного переднего обтекателя корпуса сверхзвукового летательного аппарата заключается в изготовлении из радиопрозрачного термостойкого композиционного материала частей обтекателя, включая верхнюю выпуклую и нижнюю уплощенную оболочки, снабженные в их периферийных частях стыкуемыми поверхностями и местами для установки элементов их крепления между собой, и элементы их крепления между собой, включает изготовление из термостойкой нити многослойных пакетов ткани, их пропитку термоактивным связующим, формование пакетов на оправках с отверждением связующего, механическую обработку стыкуемых поверхностей частей обтекателя, нанесение термостойкого клея на стыкуемые поверхности оболочек и места для установки элементов их крепления между собой, сборку, склеивание частей обтекателя и сглаживание наружных поверхностей оболочек обтекателя с использованием термостойкой шпатлевки.

Способ изготовления радиопрозрачного изделия // 2742295

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет. Техническим результатом изобретения является создание герметичной оболочки, обеспечивающей радиотехнические характеристики изделия на требуемом уровне.

Обтекатель // 2742294

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей, в основном, высокоскоростных ракет класса «поверхность - воздух». Сущность: предложен антенный обтекатель для скоростных ракет, содержащий керамическую оболочку, соединенную внутренней поверхностью эластичным адгезивом с металлическим переходником.

Антенный обтекатель // 2738429

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники, преимущественно к конструкциям головных радиопрозрачных обтекателей (РПО) ракет с оболочками, изготавливаемыми из керамических материалов. Предложен антенный обтекатель, содержащий керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенное между ними теплоизоляционное кольцо, выполненное из термостойкого стеклопластика, соединенное с оболочкой и шпангоутом, шпангоут выполнен комбинированным, состоящим из металлического шпангоута с шипами и теплоизоляционного кольца, теплоизоляционное кольцо выполнено из термостойкого стеклопластика выкладкой слоев объемно-армированной ткани, пропитанной связующим, на шпангоут с шипами и последующим вакуумным формованием, при этом шипы и связующее обеспечивают крепление теплоизоляционного кольца к металлическому шпангоуту.

Антенный обтекатель // 2738428

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и преимущественно может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет различных классов. Сущность: антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и куполообразный радиопрозрачный теплозащитный экран, соединенные соосно с помощью термостойкого адгезива, при этом теплозащитный экран выполнен многослойным с герметичной внутренней обечайкой из стеклопластика.

Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы // 2759918

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к конструкциям двухзеркальных антенных устройств, входящих в системы «антенна-обтекатель», предназначенных для работы в термонагруженных (высокотемпературных) условиях. Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы, выполненного из проволок круглого или прямоугольного сечения, лежащих перпендикулярно относительно вектора Е отраженного поля от зеркала-отражателя, и установленного на диэлектрическую подложку, где стенка подложки поляризационного зеркала выполнена трехслойной, где первый слой является основанием для зеркала с продольной проволочной сеткой и выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4, второй (средний) слой является теплоизоляционным и выполнен из радиопрозрачного теплоизоляционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=1-1,3, третий слой формирует трехслойную конструкцию, выполнен из радиопрозрачного конструкционного материала с диэлектрической проницаемостью ε=2-4 и является внешней коркой хрупкого теплоизоляционного материала, что значительно улучшает радиотехнические характеристики антенного устройства (прохождение электромагнитной волны) и повышает эффективность работы всей системы «антенна-обтекатель». Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного решения, заключается в значительном повышении эффективности работы всей системы «антенна-обтекатель». Положительный эффект заключается в том, что для заданного частотного диапазона электромагнитных волн при использовании оптимизированной по толщинам слоев трехслойной подложки стенки зеркала-фильтра двухзеркальной антенной системы за счет наилучшего согласования с внешней средой в широком диапазоне частот существенно улучшаются радиотехнические характеристики антенного устройства (прохождение электромагнитной волны). 2 ил.