CN117423980B - 一种集成油箱功能的机载下沉共形天线 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种集成油箱功能的机载下沉共形天线，属于机载共形天线技术领域，具体包括载体平台、油箱和共形天线，所述载体平台设有下沉凹槽形状的天线净空区域，所述共形天线设置于所述天线净空区域的中间位置，所述共形天线的轴线平行于所述天线净空区域的轴线，所述共形天线的下沉深度不高于所述天线净空区域的深度，所述油箱设置于所述天线净空区域内，所述油箱设置为透波结构。本申请的处理方案，通过将共形天线下沉设置，降低了气动阻力；通过在下沉的天线净空区域内设置油箱，利用天线的净空空间实现了辅助油箱功能，增加飞机携带燃油量，从而达到实现增加飞机航程的效果。
Description
技术领域
本申请涉及机载共形天线技术领域，尤其涉及一种集成油箱功能的机载下沉共形天线。
背景技术
传统的天线突出机体外部，存在破坏气动外形等缺点。进一步的改进现有技术中，下沉共形天线安装在机体内部下沉平台上，天线上表面和机体共形，具有气动阻力小的优点。但是，为了天线有效辐射，需要结构上在天线周围留出净空区域，存在下沉区域占用机体内部空间较大的缺点。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种集成油箱功能的机载下沉共形天线，至少部分解决现有技术中的天线破坏气动外形，占用机体内部空间大的问题。
本申请实施例提供一种集成油箱功能的机载下沉共形天线，包括圆盘状的载体平台、油箱和共形天线，所述载体平台设有下沉凹槽形状的天线净空区域，所述共形天线设置于所述天线净空区域的中间位置，所述共形天线的轴线平行于所述天线净空区域的轴线，所述共形天线的下沉深度不高于所述天线净空区域的深度，所述油箱设置于所述天线净空区域内，所述油箱设置为透波结构。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述油箱的中间区域设有通孔，所述共形天线位于所述通孔内，所述共形天线与所述通孔处的油箱侧壁之间设有一定距离。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述油箱设置为一体的圆盘状，所述共形天线设置于所述油箱内部的中间区域，所述共形天线的周围设有防渗油结构。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述共形天线的外围设有圆柱状的天线罩。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述油箱的内部设有隔断结构。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述油箱的内部设有可伸缩的油箱内胆，所述油箱内胆的体积随剩余燃油体积进行相应变化。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述共形天线为宽带天线时，所述共形天线采用带宽冗余设计；所述共形天线为窄带天线时，所述共形天线采用网络匹配设计。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述共形天线设置为单极子天线、偶极子天线、环天线、缝隙天线和倒F天线中的一种或多种组合。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述油箱连接有燃油加热组件。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述油箱的外壳介电常数的范围为3-4，所述油箱内的航空燃油介电常数的范围为2-3。
有益效果
本申请实施例中的集成油箱功能的机载下沉共形天线，通过将共形天线下沉设置，使共形天线上表面和机体共形，降低了气动阻力；通过在下沉的天线净空区域内设置油箱，利用天线的净空空间实现了辅助油箱功能，天线频率越低，需要的净空空间越大，增加飞机携带燃油量就越多，从而达到实现增加飞机航程的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本发明一实施例的集成油箱功能的机载下沉共形天线的结构示意图；
图2为根据本发明一实施例的卷筒单极子天线的截面图；
图3为根据本发明一实施例的卷筒单极子天线的结构示意图；
图4为根据本发明一实施例的带天线罩的卷筒单极子天线的结构示意图；
图5为根据本发明一实施例的载体平台的结构示意图；
图6为根据本发明一实施例的油箱的结构示意图。
图中：1、载体平台；2、油箱；3、载体平台上表面；4、共形天线；5、天线净空区域；6、天线罩。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供了一种集成油箱功能的机载下沉共形天线，下面参照图进行详细描述。
在一个实施例中，参照图1至图6，集成油箱功能的机载下沉共形天线，包括圆盘状的载体平台1、油箱2和共形天线4，所述载体平台1设有下沉凹槽形状的天线净空区域5，所述共形天线4设置于所述天线净空区域5的中间位置，所述共形天线4的轴线平行于所述天线净空区域5的轴线，所述共形天线4的下沉深度不高于所述天线净空区域5的深度，所述油箱2设置于所述天线净空区域5内，所述油箱2设置为透波结构，所述油箱2内填充航空燃油。
本实施例中，通过将共形天线4下沉设置，使共形天线4上表面和机体共形，降低了气动阻力；通过在下沉的天线净空区域5内设置油箱2，利用天线的净空空间实现了辅助油箱功能，天线频率越低，需要的净空空间越大，增加飞机携带燃油量就越多，从而达到实现增加飞机航程的效果。
具体实施时，对于天线净空区域5的半径设置，应选择合适的天线净空区域半径，使得共形天线4的辐射效率、带宽和方向图等指标满足技术要求。
在一个实施例中，参照图6，所述油箱2的中间区域设有通孔，所述共形天线4位于所述通孔内，所述共形天线4与所述通孔处的油箱侧壁之间设有一定距离。通过设置一定距离，可以减少燃油液面高度对天线频偏的影响。
在一个实施例中，所述油箱2设置为一体的圆盘状，所述共形天线4设置于所述油箱2内部的中间区域，所述共形天线4的周围设有防渗油结构。
在一个实施例中，参照图4，所述共形天线4的外围设有圆柱状的天线罩6。当油箱2采用中间区域设有通孔，所述共形天线4位于所述通孔内的设置方式时，共形天线4和天线罩6在油箱2外部，和航空燃油不接触，对共形天线4影响较小，可以采用普通天线罩6，但是油箱2设计复杂。当油箱2设置为圆盘状，所述共形天线4设置于所述油箱2内部的中间区域时，共形天线4和天线罩6在油箱2的内部，浸没在航空燃油中，天线罩6用于保护共形天线4，以隔绝共形天线4和燃油的接触，此种油箱2设置方式对共形天线4影响较大，天线罩6需要防油渗透设计，但是油箱2设计简单。
在一个实施例中，所述油箱2的内部设置隔断结构。通过隔断设计方式，可以有效防止燃油因飞机机动产生的晃动和泄漏。
在一个实施例中，所述油箱2的内部设有可伸缩的油箱内胆，所述油箱内胆的体积随剩余燃油体积进行相应变化。通过设置可伸缩的油箱内胆，也可以有效防止燃油因飞机机动产生的晃动和泄漏。
在一个实施例中，所述油箱的外壳介电常数的范围为3-4，所述油箱2内的航空燃油介电常数的范围为2-3。
在一个实施例中，由于油箱2和航空燃油的介电常数会导致天线工作频率偏低，因此在设计共形天线4时，需要考虑周围材料介电常数的影响，会导致天线工作频率偏低的情况。若所述共形天线4为宽带天线时，所述共形天线4采用带宽冗余设计；若所述共形天线4为窄带天线时，所述共形天线4采用网络匹配设计。
在一个实施例中，所述共形天线4设置为单极子天线、偶极子天线、环天线、缝隙天线和倒F天线中的一种或多种组合。
在一个实施例中，所述油箱2连接有燃油加热组件。通过设置燃油加热组件，可以防止燃油凝固。
在一个实施例中，所述油箱2设置为飞机的辅助油箱2，和飞机的主油箱2之间通过管路连通，通过燃油泵在所述油箱2和主油箱2之间相互倒油。
在一个实施例中，所述共形天线4工作频率为VHF和UHF频段。
在一个实施例中，油箱2采用塑料和复合材料等透波材料。
下面以一个具体的实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
针对UHF频段全向天线的设计需求，将共形天线4设置为卷筒单极子天线。卷筒单极子天线横截面的曲线在XY平面直角坐标系下由以下公式确定：
X=R*t*SIN(2*PI*N*t)，
Y=R*t*COS(2*PI*N*t)，
其中，SIN为正弦函数，COS为余弦函数，R为卷筒单极子外半径，取值为30mm；t为曲线函数自变量，取值范围0~1；PI为π，取值为3.1416；N为卷筒单极子圈数，取值为5。绘制好的曲线如图2所示。
卷筒单极子天线的高度设置为190mm，设计好的卷筒单极子天线外形图如图3所示。
为卷筒单极子天线设计天线罩6，天线罩6的材料选取聚四氟乙烯。天线罩6厚度为5mm，高度为200mm，带天线罩6的卷筒单极子天线如图4所示。
下沉的共形天线4安装在载体平台1的示意图如图5所示，载体平台上表面3设有向外延伸的边缘，天线净空区域5的深度等于共形天线4下沉高度，两者设置为0.2米，天线净空区域5的半径经过仿真验证，最小半径选择1.5米。
利用上述天线净空区域5设计中空油箱2（带通孔的油箱2），油箱2中空部分（通孔）的半径为120mm，距离卷筒单极子天线一定距离，以减少燃油液面高度对天线频偏的影响。油箱2外半径等于天线净空区域5半径，两者为1.5米。油箱2厚度为5mm，由塑料制成。根据上述尺寸核算油箱2内容积约为1300升，可以作为辅助油箱2，有效提高飞机载油量。
集成油箱功能的机载下沉共形天线整体结构截面图如图1所示，其中包括载体平台1、油箱2、航空燃油、天线净空区域5以及卷筒单极子天线。
下面对集成油箱功能的机载下沉共形天线的设计过程进行详细说明，主要包括以下步骤：
步骤1，根据共形天线4的工作频率和工作带宽，选择天线的类型，共形天线4的类型可以是单极子天线，偶极子天线，环天线，缝隙天线，倒F天线或者上述天线的组合；
步骤2，共形天线4和天线罩6完成初步设计后，将天线下沉到飞行载体中联合仿真，选择合适的天线净空区域5半径，使得天线辐射效率、带宽和方向图等指标满足技术要求；
步骤3，在步骤2所述的天线净空区域5半径中设计油箱2外壳，分两种情况。情况1：共形天线4和天线罩6在油箱2内部，浸没在航空燃油中，天线罩6用于保护共形天线4，隔绝天线和燃油的接触；情况2：共形天线4和天线罩6在油箱2外部，和航空燃油不接触。其中，情况1对共形天线4影响较大，天线罩6需要防油渗透设计，但是油箱2设计简单；情况2对共形天线4影响较小，可以采用普通天线罩6，但是油箱2设计复杂；
步骤4，油箱2的外壳和航空燃油虽然可以透波，但是也会降低天线的工作频率。油箱2外壳材料为塑料或者复合材料，介电常数一般在3~4之间，天线设计对油箱2的外壳形状有设计要求，油箱2的强度、重量、阻燃等专业参数由油箱厂家负责设计；航空燃油介电常数在2~3之间。共形天线4设计时需要考虑周围材料介电常数的影响，会导致天线工作频率偏低，因此，对于宽带天线，采用带宽冗余设计消除频率偏低的影响，对于窄带天线采用匹配网络设计消除频偏影响；
步骤5：生产共形天线4和油箱2，并按图纸进行组装。组装后对共形天线4的频率和方向图进行测试，如果在油箱2充满燃油和油箱2放空燃油的情况下，天线带宽和方向图等指标均满足技术要求，则可以设计定型。
本发明提供的实施例，通过将共形天线下沉设置，使共形天线上表面和机体共形，降低了气动阻力；通过在下沉的天线净空区域内设置油箱，利用天线的净空空间实现了辅助油箱功能，天线频率越低，需要的净空空间越大，增加飞机携带燃油量就越多，从而达到实现增加飞机航程的效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，包括圆盘状的载体平台（1）、油箱（2）和共形天线（4），所述载体平台（1）设有下沉凹槽形状的天线净空区域（5），所述共形天线（4）设置于所述天线净空区域（5）的中间位置，所述共形天线（4）的轴线平行于所述天线净空区域（5）的轴线，所述共形天线（4）的下沉深度不高于所述天线净空区域（5）的深度，所述油箱（2）设置于所述天线净空区域（5）内，所述油箱（2）设置为透波结构。
2.根据权利要求1所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述油箱（2）的中间区域设有通孔，所述共形天线（4）位于所述通孔内，所述共形天线（4）与所述通孔处的油箱侧壁之间设有一定距离。
3.根据权利要求1所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述油箱（2）设置为一体的圆盘状，所述共形天线（4）设置于所述油箱（2）内部的中间区域，所述共形天线（4）的周围设有防渗油结构。
4.根据权利要求1所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述共形天线（4）的外围设有圆柱状的天线罩（6）。
5.根据权利要求1所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述油箱（2）的内部设有隔断结构。
6.根据权利要求1所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述油箱（2）的内部设有可伸缩的油箱内胆，所述油箱内胆的体积随剩余燃油体积进行相应变化。
7.根据权利要求1所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述共形天线（4）为宽带天线时，所述共形天线（4）采用带宽冗余设计；所述共形天线（4）为窄带天线时，所述共形天线（4）采用网络匹配设计。
8.根据权利要求1-7任一项所述的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述共形天线（4）设置为单极子天线、偶极子天线、环天线、缝隙天线和倒F天线中的一种或多种组合。
9.根据权利要求1-7任一项的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述油箱（2）连接有燃油加热组件。
10.根据权利要求1-7任一项的集成油箱功能的机载下沉共形天线，其特征在于，所述油箱的外壳介电常数的范围为3-4，所述油箱（2）内的航空燃油介电常数的范围为2-3。
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