DE60032340T2 - Antennenträger zur verbindung an ein luftfahrzeug - Google Patents

Antennenträger zur verbindung an ein luftfahrzeug Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antennenelemente aufweisenden Antennenträger, der mit einem Luftfahrzeug verbunden werden soll, wobei der Antennenträger über einen Befestigungsbereich vorwärts oder rückwärts, in der Längsrichtung des Luftfahrzeugs gesehen, vorragt.
  • Die durch das schwedische Patent SE 468 184 B dargestellte Entwicklung des Radarverfahrens führte zu dem Bedarf, ein Flugzeug mit zwei parallelen, länglichen Trägern von Antennenelementen zu versehen. Dieser Bedarf wurde ursprünglich durch zwei nach hinten ausgerichtete weiche Stoffsäcke gelöst, die im Heck des Flugzeugs befestigt waren. Entlang jedes Stoffsacks wurden Antennenelemente in Form von elastischen Metallstreifen befestigt. Beim Fliegen wurden die Stoffsäcke mit Luft gefüllt, wodurch sie sich somit ausdehnten und die Form von zwei parallelen Zylindern annahmen. Ein bei solchen nach hinten ausgerichteten Antennenträgern auftretendes Problem ist die hinter dem Flugzeug entstehende Turbulenz, die bei ungünstigen Verhältnissen starke Vibrationen in den Antennenträgern bewirken kann. Ein weiteres Problem ist die Tatsache, dass die Antennenträger und die Antennenelemente beim Start und bei der Landung leicht beschädigt werden können. Somit wäre eine Lösung, die starre Antennenelemente umfasst, wünschenswert.
  • Ein Flugzeug besteht in mechanischer Hinsicht aus einem elastischen Gehäuse mit kritischen Eigenfrequenzen, die je nach Art des Flugzeugs variieren. Eine Art von Flugzeug, bei dem die Befestigung der oben erwähnten parallelen, länglichen Träger von Antennenelementen wünschenswert ist, hat beispielsweise kritische Eigenfrequenzen, die ungefähr im Bereich von 5–20 Hz liegen. Damit die Antennenträger auf eine stabile und sichere Art und Weise von dem Flugzeug getragen werden, müssen ihre Eigenfrequenzen von den kritischen Eigenfrequenzen des Flugzeugs gut getrennt sein, d.h., die Eigenfrequenzen des Antennenträgers müssen ausreichend weit außerhalb des fraglichen Bereichs liegen.
  • Nach vorne und hinten ausgerichtete Anntennen, die an einem Flugzeug befestigt sind, sind seit langer Zeit in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Da sie relativ kurz sind, können sie mit einer so hohen Steifigkeit in der Antenne hergestellt und im Verhältnis zur Länge der Antenne befestigt werden, dass die Eigenfrequenzen der Antenne oberhalb der kritischen Eigenfrequenzen des Flugzeugs liegen können. Zudem wird in der ursprünglichen Ausführung nur eine Antenne der nach vorne oder hinten ausgerichteten Art an dem Flugzeug befestigt, wodurch ermöglicht wird, dass die Antenne an einer stärkeren Struktur, wie der Nase oder dem Heck des Flugzeugs befestigt wird. Die Konstruktionen der nach vorne oder hinten ausgerichteten Antennen an einem Flugzeug nach dem Stand der Technik werden nicht als geeignet angesehen, um Antennenelemente in zwei parallelen und relativ langen Antennenträgern zu tragen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Antennenträgers, der es ermöglicht, dass zwei parallele, relativ lange, nach vorne oder hinten ausgerichtete Antennenträger an einem Luftfahrzeug befestigt werden und von diesem auf eine stabile und sichere Art und Weise mit kleinen Relativbewegungen getragen werden.
  • Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Antennenträgers, der derart aufgebaut ist, dass die Eigenfrequenzen des Antennenträgers auf einfache Weise von den kritischen Eigenfrequenzen des Luftfahrzeugs getrennt werden können.
  • Die Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend durch die Ausführungsformen und mit Bezug auf die anliegende Zeichnung, die eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Antennenträgers darstellt, ausführlicher beschrieben.
  • Der Antennenträger gemäß der in der Figur dargestellten Ausführungsform umfasst einen Trägerkörper 1, welcher einen Befestigungsabschnitt 2, einen vorderen Abschnitt 3 und einen Nasenkegel 4 aufweist. Diese Teile sind durch Verbindungsringe zusammengefügt. Da der Trägerkörper 1 des Antennenträgers somit aus separaten Teilen aufgebaut ist, wird es einfach sein, die unterschiedlichen Teile des Trägerkörpers aus unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen, die Fasern in unterschiedlichen Richtungen aufweisen und unterschiedliche Wandstärken haben.
  • Der Zweck des Nasenkegels 4 ist es, dem Trägerkörper des Antennenträgers eine aerodynamische Form zu verleihen und eine Befestigung für Enteisungsvorrichtungen zu bilden. In der gegenwärtigen Ausführungsform hat der Nasenkegel 4 eine Länge von 0,3 m und die Form eines geraden Kegels mit einem sphärisch ausgebildeten Punkt 5. Der Nasenkegel 4 sollte leicht und schlagfest sein und kann beispielsweise aus 2 mm dickem aramidfaserverstärktem Epoxid bestehen.
  • Der vordere Abschnitt 3 umfasst eine Ummantelung 6, welche eine hohe Biegesteifigkeit und ein geringes Gewicht haben sollte. In der gegenwärtigen Ausführungsform hat die Ummantelung 6 eine Länge von 5 m und hat einen kreisförmigen Querschnitt. Die Ummantelung 6 hat eine leicht konische Form mit einem Durchmesser, der am hinteren Ende 7 etwas größer als am vorderen Ende 8 ist. Am vorderen Ende ist der Innendurchmesser 195 mm und am hinteren Ende 205 mm. Die Ummantelung 6, die elektrisch isolierend sein sollte, besteht geeigneterweise aus mehreren Schichten gewickelter Aramidfasern mit Epoxid als Matrixmaterial. Die Ummantelung 6 wird durch Wicklung auf einem leicht kegelförmigen Werkzeug hergestellt. In der lasttragenden Schicht, die in der Ausführungsform 1,6 mm dick ist, sind die Fasern mit solch einem stumpfen Winkel angelegt, wie, bezogen auf die Längsrichtung der Ummantelung, für maximale Festigkeit und Biegesteifigkeit möglich ist. Ein Winkel von +/–7 Grad bezüglich der Längsrichtung wird als passend angesehen. Der innere und äußere Abschnitt der Ummantelung 6 hat eine 0,2 mm dicke Schicht von in Querrichtung (90 Grad) gewickelten Fasern, um der Ummantelung eine größere Quersteifigkeit zu verleihen und die erforderliche Menge an Matrixmaterial zu verringern. Der Anteil der Fasern in der Ummantelung beträgt günstigerweise etwa 60%. Der vordere Abschnitt 3 schließt an seinem vorderen Ende 8 an den Nasenkegel und an seinem hinteren Ende 4 an den Befestigungsabschnitt 2 an. In der dargestellten Ausführungsform bilden der Nasenkegel 4 und die Ummantelung 6 des vorderen Abschnitts 3 zwei separate Abschnitte, aber diese könnten auch zusammen eingebaut sein.
  • Der Befestigungsabschnitt 2 ist 2,45 m lang und hat einen kreisförmig-zylindrischen vorderen Teil 9, der in einen geraden Kegel 10 übergeht. Der innere Durchmesser ist 205 mm an dem vorderen Ende 11 des Befestigungsabschnitts und 80 mm an dessen hinterem Ende 12. Der Befestigungsabschnitt 2 nimmt die von dem vorderen Abschnitt 2 ausgeübte Belastung auf und sollte eine hohe Verdrehsteifigkeit aufweisen, während es von einem dynamischen Gesichtspunkt aus biegsam sein sollte. Dieser Abschnitt darf elektrisch leitend sein und kann geeigneterweise aus gewickelten Kohlefasern hergestellt werden. Zum Erhalt einer biegsamen Konstruktion werden die Fasern mit einem Winkel von +/–45 Grad hin sichtlich der Längsrichtung des Befestigungsabschnitts angelegt. In der Ausführungsform werden die Fasern an dem vorderen Ende 11 des Befestigungsabschnitts bis zu einer Dicke von 2,5 mm gewickelt, was mit der gegenwärtigen Geometrie eine Dicke von etwa 6 mm am hinteren Ende 12 des Befestigungsabschnitts zur Folge hat.
  • Die oben beschriebenen Abschnitte werden durch dicke Ringe eines glasfaserverstärkten Epoxids mit Hilfe eines Klebemittels verbunden.
  • Der Antennenträger weist des Weiteren einen vorderen und einen hinteren Befestigungspunkt 13, 14 auf, über welche ein vorderes Ende und ein hinteres Ende des Befestigungsabschnitts 2 mit dem Luftfahrzeug verbunden sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Befestigungsvorrichtungen 15, 16 in Form von Gelenkstützen sowohl zwischen dem vorderen Befestigungspunkt 13 und dem Luftfahrzeug als auch zwischen dem hinteren Befestigungspunkt 14 und dem Luftfahrzeug angeordnet. Die Befestigungsvorrichtung 15 an dem vorderen Befestigungspunkt 13 besteht geeigneterweise aus zwei Stützen, die an beiden Enden Kugelgelenke aufweisen, und die in einer vertikalen Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Antennenträgers angeordnet sind. Die Befestigungsvorrichtung 16 an dem hinteren Befestigungspunkt 14 weist geeigneterweise drei Stützen auf, von denen zwei Stützen Kugelgelenke an beiden Enden aufweisen und eine Stütze an ihrer Verbindung zum Luftfahrzeug ein Kugelgelenk aufweist und an ihrer Verbindung zum Befestigungsabschnitt 2 mit einer Spindel drehbeweglich ist. Die Befestigungsvorrichtungen 15, 16 können auch auf andere Art und Weise aufgebaut sein. Sie können beispielsweise biegsame Stützen aufweisen, die mit dem Antennenträger und dem Luftfahrzeug fest verbunden sind.
  • Die Antennenelemente sind auf geeignete Art und Weise an einem Körper aus Schaumstoff angebracht, welches eine solche Form aufweist, dass der Raum innerhalb der Ummantelung 6 des vorderen Abschnitts 3 aufgefüllt ist. Der Schaumstoffkörper wird in der Ummantelung 6 angeordnet, bevor die Ummantelung und der Befestigungsabschnitt 2 zusammengefügt werden.
  • Indem die Biegesteifigkeit so gesteuert wird, dass der Antennenträger im Bereich des hinteren Befestigungspunkts 14 biegsam ist, wird eine niedrige Grundschwingung bzw. -frequenz des Antennenträgers erreicht. Dadurch, dass der vordere Abschnitt 3 des Antennenträgers biegesteif ist, wird die notwendige Erhöhung der Oberwellen erhalten, so dass diese dazu gebracht werden können, außerhalb des Bereichs der Eigenfrequenzen des Luftfahrzeugs zu liegen. Je höher die Biegesteifigkeit und je niedriger das Gewicht des vorderen Abschnitts 3 des Antennenträgers, desto größer wird die Trennung der Grundschwingungen und Oberwellen sein. Da ein relativ großer Abschnitt des Antennenträgers, der biegesteife vordere Abschnitt 3, Bewegungen eines steifen Gehäuses macht, werden die Bewegungen in dem Antennenträger ebenfalls klein sein.

Claims (5)

  1. Antennenträger, welcher Antennenbauelemente aufweist, die mit einem Luftfahrzeug verbunden werden sollen, wobei der Antennenträger über einen Befestigungsbereich in der Fortbewegungsrichtung des Luftfahrzeugs gesehen vorwärts oder rückwärts vorragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenträger Folgendes aufweist: – einen länglichen vorderen Abschnitt (3), welcher eine biegesteife Ummantelung (6) umfasst, – einen länglichen, biegsamem Befestigungsabschnitt (2), dessen vorderes Ende (11) mit dem vorderen Abschnitt (3) verbunden ist, – einen vorderen Befestigungspunkt (13), über welchen ein vorderer Abschnitt des Befestigungsabschnitts (2) mit dem Luftfahrzeug verbunden ist, und – einen hinteren Befestigungspunkt (14), über den ein hinterer Abschnitt des Befestigungsabschnitts (2) mit dem Luftfahrzeug verbunden ist; wobei die Biegesteifigkeit der Ummantelung (6) des vorderen Abschnitts und des Befestigungsabschnitts (2) derart ausgelegt ist, dass die Eigenfrequenzen des Antennenträgers von den kritischen Eigenfrequenzen des Luftfahrzeugs gut getrennt sind.
  2. Antennenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (2) an seinem hinteren Ende (12) schmaler als an seinem vorderen Ende (11) ist.
  3. Antennenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (2) aus einem Faserwerk stoff, beispielsweise Kohlefasern, besteht, wobei die Fasern bezüglich der Längsrichtung des Befestigungsabschnitts im Wesentlichen diagonal ausgerichtet sind.
  4. Antennenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (6) des vorderen Abschnitts (3) einen Faserwerkstoff, beispielsweise Aramidfasern, aufweist, wobei die lasttragenden Fasern im Wesentlichen in der Längsrichtung des vorderen Abschnitts ausgerichtet sind.
  5. Antennenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenk-Befestigungsvorrichtungen (15, 16) die Verbindung zwischen dem vorderen Befestigungspunkt (13) und dem Luftfahrzeug sowie zwischen dem hinteren Befestigungspunkt (14) und dem Luftfahrzeug bilden.
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