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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend durch die Ausführungsformen und mit Bezug
auf die anliegende Zeichnung, die eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Antennenträgers darstellt,
ausführlicher
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
oben beschriebenen Abschnitte werden durch dicke Ringe eines glasfaserverstärkten Epoxids
mit Hilfe eines Klebemittels verbunden.
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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.
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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.
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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.