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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Nutzlastverkleidungen
für Abschussfahrzeuge und
spezieller auf eine verbesserte Nutzlastverkleidung mit verbesserten
akustischen Unterdrückungseigenschaften.
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HINGERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist bekannt, dass Abschussfahrzeuge für Nutzlasten, so wie Satelliten,
Maßnahmen
erfordern, um die Nutzlast vor den Schallfeldern zu schützen, die
während
des Abhebens und des Fluges erzeugt werden. Es ist ebenso bekannt,
dass, weil neue Hochenergie-Abschussfahrzeuge verwendet werden,
der erhöhte
gesamte Abhebeschub dieser Fahrzeuge höhere akustische Feldintensitäten erzeugt als
gegenwärtige
Startvorrichtungen. Deswegen sind herkömmliche Maßnahmen zum Schutz der Nutzlast nicht
ausreichend.
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US 5,670,758 und
US 4,833,029 beschreiben
jeweils einen akustischen Schutz auf Nutzlastverkleidungswänden und
ein Honigwabenstirnblattmaterial.
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Eine
Nutzlastverkleidung ist die Geräteblende
oder Abdeckung, die die Nutzlast oder Last umgibt, welche zur Verwendung
abgeschossen werden wird. Allgemein ist die Ladung ein Satellit,
obwohl ein beliebiges anderes Instrument oder Fahrzeug abgeschossen
werden kann. Die Nutzlastverkleidung schützt die Nutzlast von der Atmosphäre. Wenn
das Abschussfahrzeug sich oberhalb der Atmosphäre befindet, wird die Nutzlastverkleidung über Bord
geworfen, und die Nutzlast wird freigegeben, wenn die Vortriebsoperationen
abgeschlossen sind. Gegenwärtig sind
Nutzlastverkleidungen allgemein mit einer soliden Metallwand oder
ge schichteten Wand konstruiert, die einen einfachen, eindimensionalen
Aluminiumhonigwabenkern mit zusammengesetzten Abdeckblechen enthält. Diese „nackte
Wand"-Nutzlastverkleidungen
schützen
einige Nutzlasten nicht ausreichend vor Beschädigung. Die Robustheit der
Nutzlast variiert. Einige Nutzlasten sind zerbrechlicher und empfindlicher
als andere. Diese Nutzlasten erfordern höheren Schutz.
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Die
Nutzlast muss vor den hohen Temperaturen, großen Kräften und Vibrationen aufgrund
von Lärm
geschützt
werden, die während
des Abschusses angetroffen werden. Die erzeugte akustische Energie
kann die Nutzlast beschädigen.
Die akustische Energie kann 150 dB erreichen, was Vibrationen erzeugt,
die zu mechanischer Beschädigung
führen können. Im
Fall von Satelliten können
Fortsätze
oder Antennen abbrechen. Leiterplatten können beschädigt werden, und Spiegel oder
Linsen können
beschädigt
werden oder aus der Ausrichtung bewegt werden. Jede sich ergebene
Beschädigung
kann ernsthaft die Fähigkeiten
des Satelliten verletzen oder gänzlich
beeinträchtigen.
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Akustische
Decken wurden verwendet, um die akustische Energie zu absorbieren,
um die Nutzlast zu schützen.
Die Decken werden an der inneren Oberfläche der Nutzlastverkleidungswand
angebracht. Diese Decken sind üblicherweise
aus Fiberglaswatte oder einer Kombination aus Fiberglasplatten und
-watte hergestellt, welche von verschiedener Dicke sind und die
aufeinander geschichtet sind. Die Verwendung von Decken hat sich
oberhalb von Frequenzen von 300 Hz am wirkungsvollsten herausgestellt,
aber bietet nicht genügend
Schutz unterhalb von 100 Hz. Für
Frequenzen oberhalb 300 Hz sind die Wellenlängen ziemlich kurz, und die
akustische Energie kann ziemlich einfach durch die Decken absorbiert
werden. Für
Frequenzen unterhalb von 100 Hz sind die Wellenlängen jedoch ziemlich lang,
und es gibt in den Decken keine ausreichende Materialtiefe, um einen
beträchtlichen
Teil der Energie zu absorbieren. Deswegen sind diese Decken nicht
sehr wirkungsvoll bei diesen Frequenzen. In der Vergangenheit wurde
die Dicke erhöht,
um mehr Absorption bereitzustellen, um die Effizienz der Decken
zu er höhen.
Weil die Dicke der Decken anwächst,
erhöhen sich
die Kosten, das Volumen und das Gewicht der Decke. Natürlich verringern
ein Anwachsen des Gewichts und des Volumens der Decke das Gewicht und
das Volumen, das für
die Nutzlast zur Verfügung steht.
Folglich wird die Nutzlasttragefähigkeit
des Abschussfahrzeuges nachteilig durch die Verwendung von dicken
und schweren Decken beeinträchtigt.
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Zwei
andere Ansätze
zur Verringerung der akustischen Übertragung durch die Nutzlastverkleidungswand
wurden unternommen. Die Steifheit der Wand wurde erhöht, und
die Masse pro Flächenbereich
der Wand wurde erhöht.
Keiner dieser Ansätze wird
als wünschenswert
betrachtet, weil sie gewöhnlich
das Gewicht der Nutzlastverkleidungswand erhöhen, was das Nutzlastgewicht
reduziert, das in den Orbit verbracht wird.
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Folglich
besteht ein Bedürfnis
für Nutzlastverkleidungswände, welche
die akustische Energie unterdrücken
können,
die beim Abschuss der Nutzlast erzeugt wird, um die Nutzlast zu
schützen,
ohne die Fahrzeugabhebefähigkeit
zu bestrafen. Die Erfindung stellt eine hohe akustische Dämpfung über ein breites
Frequenzband einschließlich
niedriger Frequenzen bereit.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist eine Nutzlastverkleidung, wie in Anspruch 1 dargelegt,
einschließlich
einer Anzahl von Schichten von Material, die Struktur für eine Wand
bereitstellen, um die Nutzlast zu umgeben, und ebenso für akustische
Dämpfung
sorgen, um die Nutzlast vor überschüssiger akustischer
Energie zu schützen,
die während
des Abhebens und Abschießens
erzeugt wird.
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Die
Nutzlastverkleidungswand oder Geräteblende umfasst eine Wand
zur Ausbildung der Nutzlastverkleidungsstruktur, die Fiberharzdeckbleche
enthält,
die an jede Seite einer zweidimensionalen Honigwabenlage oder eines
-kerns geklebt sind. Die Fiberharzstirnbleche bilden eine innere
und eine äußere Haut.
Eine Wasserbarriere kann als Teil der inneren Haut enthalten sein.
Das Honigwabenmaterial ist eine zweidimensionale Honigwabe und ist
allgemein Aluminium. Jede der inneren und äußeren Häute umfasst Kohlenstoffepoxidstirnseitenstoff
oder -gewebe und Kohlenstoffepoxidband oder Lasthaut. Die inneren
und äußeren Häute sind
die strukturellen Lagen, welche der Nutzlastverkleidungswand Stärke verleihen.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass sie für hohe akustische Dämpfung über ein
breites Frequenzband sorgt. Wie oben festgestellt, sind bei Frequenzen
oberhalb von 300 Hz die Wellenlängen ziemlich
kurz, und bei Frequenzen unterhalb von 300 Hz sind die Wellenlängen länger, und
die Tiefe von Material sorgt für
keinen adäquaten
Schutz. Bei der vorliegenden Erfindung sorgen die Konstruktion und die
Materialien der Nutzlastverkleidungswand jedoch für verbesserte
Dämpfungseigenschaften,
sogar bei Frequenzen unterhalb von 300 Hz. Die hohe Dämpfung,
welche durch den zweidimensionalen Honigwabenkern bereitgestellt
wird zusammen mit der Dämpfung
der anderen Materialien in der Nutzlastverkleidungswand ermöglicht eine
bessere Umwandlung der akustischen Energie.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie wenig Auswirkungen
auf die Nutzlasttragfähigkeit des
Abschussfahrzeuges hat. Die Erfindung fügt kein Gewicht hinzu, das
die Trageigenschaften beeinträchtigt.
Die Erfindung verwendet die bereits notwendige Nutzlastverkleidungswand,
um für
den zusätzlichen
Dämpfungsschutz
zu sorgen, der für
die heutigen Abschusserfordernisse benötigt wird.
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Noch
ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Kosten und Herstellung
der erfindungsgemäßen Nutzlastverkleidungswand
vernünftig
sind. Die Erfindung stellt einen preiswerten Ansatz zum Schutz von
Nutzlasten vor hohen akustischen Niveaus bereit.
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Diese
und andere Vorteile und Merkmale, welche die Erfindung kennzeichnen,
werden speziell in den Ansprüchen
herausgestellt, die hier beigefügt sind
und welche einen weiteren Teil davon darstellen. Zum besseren Verständnis der
Erfindung, ihrer Vorteile und Aufgaben, die durch die Verwendung
erhalten werden, sollte jedoch auf die Zeichnungen, welche einen
weiteren Teil hiervon darstellen, und die beigefügte, detaillierte Beschreibung,
in welchen eine veranschaulichende Ausführungsform der Erfindung gezeigt
und beschrieben wird, Bezug genommen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Teile
durch verschiedene Ansichten hindurch bezeichnen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschussfahrzeugs mit einer Nutzlastverkleidung der
Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der äußeren Seite eines Abschnitts
einer Nutzlastverkleidung der Erfindung;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Nutzlastverkleidung
der Erfindung, die die Paneele der Honigwabe zeigt.
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils der Nutzlastverkleidung
der Erfindung; und
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5 ist
ein Querschnitt eines Paneels aus zweidimensionalem Honigwabenmaterial,
der entlang der Linie 5-5 aus 3 genommen
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf 1 wird ein Abschussfahrzeug 10 gezeigt,
das eine Nutzlastverkleidung oder Geräteblende 12 enthält. Die
Geräteblende 12 umgibt
die Nutzlast 14 (nicht gezeigt), welche allgemein ein Satellit
oder ein anderes Raumfahrzeug ist. Es sollte verstanden werden,
dass jede geeignete Nutzlast abgeschossen wer den kann und jedes
beliebige Abschussfahrzeug beim Abschuss verwendet werden kann.
Die Nutzlastverkleidung 12 enthält allgemein drei Teile: einen
Grund- oder allgemein
zylindrischen Teil 15, einen Nasenkegelabschnitt 18 und
einen Nasenkappenabschnitt 20. Die Nutzlastverkleidung
wird aus Sektoren 13 hergestellt, welche über herkömmliche
Mittel verbunden werden, um die Nutzlastverkleidung zu bilden. Einer
der Sektoren 13 wird in 2 gezeigt.
Die Nutzlastverkleidung oder Geräteblende 12 umgibt
die Nutzlast, um sie vor und während
des Abschusses bis zu einem vorbestimmten Punkt in der Abschusssequenz
zu schützen.
Der vorbestimmte Punkt kann z.B. jener sein, dass eine ausreichende
Höhe erreicht
wurde. Am vorbestimmten Punkt wird die Nutzlastverkleidung 12 weggeworfen
oder abgesetzt, und die Sektoren 13 werden dazu gezwungen,
sich zu trennen, und fallen von der Nutzlast 14 ab.
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Die
Nutzlast benötigt
Schutz vor der Atmosphäre,
die beim Abschuss erzeugt wird. Die hohen Temperaturen und Drücke können die
empfindliche Nutzlast beschädigen.
Ferner muss die Nutzlast vor der akustischen Energie geschützt werden,
die während
des Abschusses produziert wird. Antennen oder Fortsätze könnten leicht
durch die großen
Vibrationen beschädigt
werden, welche sich in der Abschussumgebung entwickeln. Akustische
Frequenzen während
des Abhebens können
von 5 Hz bis 10.000 Hz oder mehr reichen. Der Lärm, der diesen Frequenzen zugeordnet
ist, kann 150 dB oder mehr erreichen. Es ist allgemein erwünscht, keine
Lärmniveaus
von 125 dB zu überschreiten,
um die Nutzlast adäquat
zu schützen.
Es ist bekannt, dass die schlimmste Umgebung für die Nutzlast ungefähr 5 Sekunden
nach dem Start erzeugt wird. An diesem Punkt können die Geräuschniveaus
150 dB überschreiten.
Nach diesem Punkt fällt
der Lärm
ab, bis das Fahrzeug in die Periode des transsonischen Flugbereiches
eintritt, in der hohe Frequenzen die Geräteblende lokal beeinträchtigen
und der Nutzlast Beschädigung
zufügen
können.
Deswegen ist die erfinderische Nutzlastverkleidung konstruiert,
um die akustische Energie, welche während des frühen Abschusses
und transsonischen Fluges erzeugt wird, auf akzeptable Niveaus zu
dämpfen.
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Wie
oben festgestellt, ist die Nutzlastverkleidung 12 aus einer
Anzahl von Sektoren 13 hergestellt. In einer bevorzugten
Ausführungsform
besteht die Nutzlastverkleidung 12 aus drei Sektoren 13.
Allgemein werden zwei oder drei Sektoren verwendet, aber es sollte
verstanden werden, dass jede Anzahl von Sektoren je nach Wunsch
verwendet werden kann. Die individuellen Sektoren 13 sind
verbunden, um das schützende
Gehäuse
für die
Nutzlast zu bilden. Jeder Sektor 13 wird aus Unterabschnitten
gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform enthalten die Unterabschnitte
Abschnitte der zylindrischen, Nasenkegel- und Nasenkappen-Teile,
die oben beschrieben wurden. Der zylindrische Teil 15 wird
aus Abschnitten 16 gebildet, der Nasenkegelteil 18 wird aus
Abschnitten 22 gebildet und der Nasenkappenteil 20 wird
aus Abschnitten 24 gebildet. Deswegen ist der Sektor 13 ausgebildet
um den Abschnitt 16, den Abschnitt 22 und den
Abschnitt 24 zu enthalten, wie in 2 gezeigt.
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Die
Sektoren 13 sind miteinander über herkömmliche Mittel verbunden, um
die Geräteblende 12 zu
bilden. In der bevorzugten Ausführungsform wird
die Verbindung unter Verwendung einer energietrennenden Verbindung
hergestellt, die allgemein üblich
in Raumfahrzeugnutzlastverkleidungsstrukturen ist. Die Trenngelenk-Hardware
wird typischerweise geklebt und mechanisch angebracht an den Nutzlastverkleidungssektorenkanten,
wie dies für
Fachleute bekannt ist. Die Verbindungen werden dann abgedichtet,
um eine sichere Anordnung zu bilden, bis die Geräteblende weg von der Nutzlast
ausgebracht werden soll. In einer Ausführungsform werden komprimiertes
Gas oder explosive Vorrichtungen mit den Verbindern verwendet, so
dass, wenn es gewünscht wird,
komprimiertes Gas oder eine Explosion die Sektoren 13 voneinander
und weg von der Nutzlast separiert. In der bevorzugten Ausführungsform
werden explosive Vorrichtungen ferndetoniert, wenn das Fahrzeug
eine vorbestimmte Höhe
erreicht, und die Sektoren fallen von der Nutzlast ab. Die Nutzlast
wird dann exponiert. Eine Art von Trennvorrichtung, welche verwendet
werden kann, sind explosive Schienen (nicht gezeigt). Eine Art von
explosiver Schiene ist die SUPERZIP-Schiene, die von Boeing Co.
hergestellt wird. Natürlich
kann jede geeignete Verbindungsvorrichtung oder jedes Verfahren
und beliebige geeignete Trennvorrichtung oder -verfahren mit der Erfindung
verwendet werden.
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Die
Nutzlastverkleidungswände
können
auf eine Anzahl von Arten konstruiert sein. In der bevorzugten Ausführungsform
sind alle Nutzlastverkleidungswände
zur gleichen Zeit konstruiert. Die Nutzlastverkleidungswand wird
dann in die gewünschte Anzahl
von Sektoren zerschnitten. Die Sektoren können dann verbunden werden,
um die Nutzlastverkleidung zu bilden, welche am Abschussfahrzeug
angebracht wird. Es ist ebenso möglich,
jeden Sektor individuell zu konstruieren. Ob alle Sektoren einmal
oder individuell konstruiert werden, sie werden allgemein vollständig von
der Basis bis zur Nasenkappe hergestellt. Auf diese Weise besteht
kein Bedarf, um den Basis- oder zylindrischen Teil mit dem Nasenkegelteil zu
verbinden und dann den Nasenkegelteil mit dem Nasenkappenteil zu
verbinden. Jedoch sollte es verstanden werden, dass es ebenso möglich ist,
alle oder einige Teile separat herzustellen und durch geeignete
Anbringungsmittel zu verbinden, um die Geräteblende zu konstruieren.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird der Kern von jedem der Abschnitte 16, 22 und 24 auf die
benötigte
Krümmung
und Gestalt vorgeformt. Es sollte verstanden werden, dass die Erfordernisse
für Krümmung und
Gestalt durch das Abschussfahrzeug bestimmt werden. Die innere Oberflächenhaut
der Nutzlastverkleidung besteht aus Fasern, die auf einem Aufspanndorn
platziert ist (nicht gezeigt). Dann wird das Kernmaterial über der
inneren Haut installiert. Die äußere Haut
der Nutzlastverkleidung besteht aus Fasern, die auf der äußeren Oberfläche des Kerns
platziert werden. Die innere Haut und die äußere Haut der Nutzlastverkleidung
können
eine Anzahl von Schichten beinhalten. Die innere Haut kann eine
Wasserbarriere beinhalten. Die Lagen und der Kern werden in weiteren
Einzelheiten nachfolgend besprochen. Die Struktur wird dann ausgehärtet, um eine
starke, strukturierte Wand bereitzustellen, welche verwendet wird,
um eine Nutzlastverkleidung zur Anbringung und Verwendung mit einem
Abschussfahrzeug zu bilden.
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Die
Nutzlastverkleidung wird nun in weiterem Detail beschrieben werden,
beginnend mit dem Kernmaterial, das in der Erfindung verwendet wird.
Mit Bezug nun auf 4 wird ein Teilabschnitt der
Nutzlastverkldeidungswand 28 in einer perspektivischen
Explosionsansicht gezeigt. Die Nutzlastverkleidungswand verwendet
einen modifizierten Honigwabenkern 30 in Abschnitt 16,
der den zylindrischen Teil 15 der Geräteblende bildet. In der bevorzugten
Ausführungsform
ist der Kern 30 eine zweidimensionale Aluminiumhonigwabe,
die durch Alcore Inc. von Belcamp, MD hergestellt wird unter dem
Namen von TRUSSGRID. Die modifizierte Honigwabe 30 wird
als zweidimensional bezeichnet, weil die Kernmaterialbleche in herkömmlichen
Honigwaben beim Herstellen relativ zueinander gedreht werden. Die
sich ergebenden Zellen sind Halbhexagone, die um ± 45° in alternierenden
Schichten gedreht sind. Dies sorgt für eine komplexe Fortbewegungsbahn
für akustische
Energie und sorgt ebenso für
erhöhte
Stärke.
Die Zellenformen sind in 5 gezeigt, welche ein Querschnitt eines
Paneels 32 von zweidimensionalem Honigwabenmaterial ist,
der entlang der Linie 5-5 in 3 genommen
ist. Es sollte verstanden werden, dass jedes vergleichbare zweidimensionale
oder modifizierte Honigwabenmaterial mit der Erfindung verwendet werden
kann.
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Der
physikalische Mechanismus für
akustische Übertragung
durch die Nutzlastverkleidung ist Bewegung der innerseitigen Nutzlastverkleidungsoberfläche, angeregt
durch akustische Druckschwankungen auf den äußeren Oberflächen. Die
Bewegung der innerseitigen Nutzlastverkleidungsoberfläche erzeugt
Druckwellen in der Luft innerhalb der Nutzlastverkleidung, welche
das „übertragene" akustische Feld
aufbauen.
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Die
Bewegung der internen Nutzlastverkleidungswand kann in lokalisierte „Über-die-Dicke"-Kompression und
-Streckung der Wand und Effekte höherer Ordnung aufgespalten
werden, die spezifisch als „Schalen"-Effekte bezeichnet
werden. In den meisten Fällen
(z.B. unterhalb von ungefähr 3000
Hz in der Wanddicke, die hier beschrieben wird), wird der Über-die-Dicke-Anteil
zur Bewegung sehr klein verglichen mit dem Schalen-Anteil und wird spezifisch
vernachlässigt.
Die Schalenbewegung besteht aus Membranen, Biege- und Scherversetzen, wobei
die letzteren zwei von den Eigenschaften des Kerns 30 abhängen.
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Während der
akustischen Beanspruchung stören
die induzierte Biege- und Scherversetzung der Nutzlastverkleidungswand
den zweidimensionalen Kern, und wegen seiner einzigartigen Konstruktion bewirkt
diese Störung
einen signifikanten viskoelastischen Energieverlust innerhalb des
Kerns. Dieser Verlust verringert die Bewegung der innerseitigen Nutzlastverkleidungsoberfläche, wodurch
die akustische Übertragung
verringert wird. Nutzlastverkleidungen, die herkömmliche Honigwabenkerne verwenden,
zeigen geringe akustische Verluste bei niedrigen Frequenzen, weil
die Kernstruktur keine signifikante Viskoelastizität aufzeigt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
besteht der Kern 30, der in Abschnitt 16 verwendet
wird, aus Aluminium-TRUSSGRID-Material, welches ungefähr 1,5 Zoll
dick ist. Mit Bezug nun auf 3 besteht
in der bevorzugten Ausführungsform
der Kern 30 aus einer Anzahl von Paneelen 32 von
Kernmaterial, zur leichteren Konstruktion. Die Paneele 32 sind
ungefähr
vier Fuß mal
acht Fuß und
sind vorgeformt mit einem vorbestimmten Radius, so dass die gewünschte Kurve
des Abschnitts 16 erhalten wird. Die Paneele können von
verschiedenen Abmessungen und Krümmungen,
wie geeignet, sein. Ebenso kann jede beliebige Anzahl von Paneelen,
wie benötigt,
verwendet werden, um die Erfordernisse einer speziellen Geräteblende
zu erfüllen.
Eine von vielen möglichen
Anordnungen von Paneelen 32 wird in 3 gezeigt. Die
Paneele werden geschnitten, um die gewünschte Gestalt und Abmessung
zu bilden.
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Die
Nasenkegel und -kappe 18 und 20 beinhalten ebenso
Kernmaterial. Das Kernmaterial 30 kann die modifizierte
Honigwabe sein, die oben beschrieben wurde, oder ein traditionelles
Honigwabenmaterial sein. Die Geometrie des Kegels und der Kappe
machen sie steif und widerständig
gegen Verbiegen. Es gibt genügend
geometrische Steilheit in diesen Teilen der Nutzlastverkleidung,
um die Nutzlast vor den akustischen Kräften zu schützen. Deswegen ist es akzeptierbar,
den Nasenkegel und die -kappenwände
aus variierenden Kernmaterialien herzustellen. Diese Kernmaterialien
würden
durch die Spezifikationen des Abschusses bestimmt. In der bevorzugten
Ausführungsform
ist der Nasenkegel 18 aus Abschnitten 22 gebildet,
die aus einem Kern 30 konstruiert sind, welcher ein Standardhonigwabenmaterial
ist, das in einer Richtung überdehnt
ist, um eine einfache Formgebung des Materials zur gewünschten
Gestalt zu ermöglichen.
Der Kern 30 hat eine Dicke von 1,5 Zoll in einer bevorzugten
Ausführungsform
des Nasenkegels. Der Nasenkappenteil 20 wird aus Abschnitten 24 gebildet,
die aus Kernmaterial 30 hergestellt sind. Der Kern 30,
der für
die Nasenkappen 20 verwendet wird, ist FLEX-CORE-Material,
das ein hochflexibles Honigwabenmaterial ist, welches von Hexcel
hergestellt wird. Der Kern 30 hat eine Dicke von 1,5 Zoll
im Abschnitt 24 in der bevorzugten Ausführungsform. Es sollte verstanden
werden, dass die Materialien und Dicken des Kerns von jedem dieser
Teile 18 und 20 variieren können, abhängig von den Spezifikationen,
wie es im Stand der Technik bekannt ist. Jedes geeignete Honigwabenmaterial
kann verwendet werden, einschließlich ein zweidimensionalen
Honigwabenmaterial, falls gewünscht.
Der Kern kann aus Paneelen, Stücken
oder Blechen aus Material von verschiedenen Abmessungen, wie gewünscht, bestehen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird die innere Haut 34 zuerst konstruiert. Die innere
Haut 34 enthält
einen Stirnstoff 46 und eine Lasthaut 42. Der Stirnstoff
oder das Abdeckblech 46 wird auf einem Spannbolzen platziert.
Das Stirnblech besteht typischerweise aus Kohlenstofffasergewebe
mit vorimprägniertem
Epoxidharz. Das Stirnblech 46 wird verwendet, um der Wand 28 eine
solide Struktur und Maschinenbearbeitbarkeit zu verleihen. Der Stoff 46 weist
viele Faserorientierungen auf. Die vielen Faserorientierungen ermöglichen
bessere Ergebnisse, wenn Löcher
gebohrt werden, z.B. wie das für
die Anbringung eines Sockelrings von Trennringen gewünscht wird,
wie dies für
Fachleute bekannt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stirnblech 46 Kohlenstofffaser-/Epoxidblech, welches
7,7 Mil dick ist und ein Gewicht von 193 g/m2 aufweist. Das
Epoxid wird aus der Gruppe von Epoxiden gewählt, welche zwischen ungefähr 250° F und 350° F aushärten. Es
sollte verstanden werden, dass jedes geeignete Faser-/Harzgewebe verwendet
werden kann.
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Eine
Flüssigkeitsbarriere 44 wird
installiert, und eine innere Lasthaut 42 ist eine Faser,
die über der
Flüssigkeitsbarriere 44 platziert
wird. Eine Wasserbarriere 44 wird als nächstes zur Lasthaut 42 platziert,
um Feuchtigkeit von der Nutzlast fernzuhalten. Feuchtigkeit könnte die
Nutzlast beschädigen,
so dass die Dichtung 44 verwendet wird, um die Passage
von Kondensation und Feuchtigkeit zum Hohlraum zu verhindern, in
dem sich die Nutzlast befindet. Die Wasserbarriere ist in der bevorzugten
Ausführungsform
eine undurchlässige
Gummimatte, die als Tedlar-Film bekannt ist. Der Film hat 10 Mil
Dicke. Jedoch kann jedes geeignete Material oder Materialdicke verwendet
werden, das die Passage von Feuchtigkeit zum Inneren der Geräteblende 12 verhindert.
Die Flüssigkeitsdichtung
wird zwischen dem Stirnblech 46 und der Lasthaut 42 in
der bevorzugten Ausführungsform
platziert, so dass die mögliche
Beschädigung
der Barriere 44 minimiert wird. Es sollte verstanden werden,
dass die Barriere auf der inneren Oberfläche des Stirnseitenbleches 46 platziert
werden kann, falls gewünscht.
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Die
Lasthaut 42 ist eine starke, lasttragende Schicht, um Stärke für die Wand 28 bereitzustellen.
In der bevorzugten Ausführungsform
besteht die Lasthaut aus Kohlenstoffband, das mit Epoxidharz mit
einer Dicke von 7,2 Mil/ply imprägniert
ist. Das in der bevorzugten Ausführungsform
verwendete Harz ist ein Epoxidharz, das aus einer Gruppe von Epoxiden gewählt wird,
welche zwischen ungefähr
250° F und 350° F aushärten. Es
sollte verstanden werden, dass alle geeigneten Harze verwendet werden
können. Vier
Lagen des Kohlenstoffbandes 42 werden verwendet, und jede
Lage hat ein Gewicht von 190 g/m2. Die Lasthaut 42 kann
ebenso mit anderen bekannten Mitteln angebracht werden, und Folien
können
ebenso verwendet werden an Stelle von Band. Die Dicke und Anzahl
der Schichten des Materials werden ebenso abhängig von den Spezifikationen
der zu konstruierenden Geräteblende
variieren.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird eine Schicht von Klebstofffolie 40 auf der inneren Lasthautoberfläche 42 abgelegt.
Der Klebstoff hat eine Dicke von 8/13 Mil und härtet bei 350° F aus. Der
Klebstoff ist FM300, der von American Cyanimide in der bevorzugten
Ausführungsform
hergestellt wird, obwohl jeder andere geeignete Klebstoff verwendet
werden kann.
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Der
Kern 30 wird dann über
der Klebefolie 40 installiert. Der Kern 30 hat
eine innere oder konkave Oberfläche 38.
Der Kern 30 wird so installiert, dass die innere Oberfläche 38 des
Kerns 30 auf die Klebefolie 40 angelegt wird.
Auf diese Weise wird das Kernmaterial 30 mit der inneren
Lasthaut 42 verklebt, wenn die Klebefolie 40 ausgehärtet wird.
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Die äußeren Lagen
der Wand 28 des Abschnitts 16 werden nun beschrieben.
Die äußeren Lagen
sind jene Lagen, die mit der äußeren Oberfläche 48 des
Kerns 30 verbunden sind. Die äußere Oberfläche 48 des Kerns 30 ist
die konvexe Seite des Kerns 30. Eine zweite Klebefolie 50 wird
auf die äußere Oberfläche 48 des
Kerns 30 aufgelegt. Die Klebefolie ist ein 8/13 Mil dicker
Kleber, der bei 350° F aushärtet. Jede
geeignete Klebefolie kann verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform
wird FM300 oder äquivalente
Folie verwendet.
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Die äußere Haut 36 wird
mit der äußeren Oberfläche des
Kerns verbunden. Die äußere Haut 36 enthält eine
zweite Lasthaut 52 und einen zweiten Stirnstoff 54.
Die zweite Lasthaut 52 sind Fasern, die über der
Klebefolie 50 platziert werden. In der bevorzugten Ausführungsform
ist diese zweite Lasthaut 52 die gleiche, wie die oben
beschriebene Lasthaut 42. Die Lasthaut 52 ist
kohlanfaser-/epoxidimprägniertes Band
mit einer Dicke von 7,2 Mil/ply. Vier Schichten werden verwendet,
und jede Schicht hat ein Gewicht von 190 g/m2.
Wie die Lasthaut 42, trägt
diese Lasthaut 52 die Last der Geräteblende 12.
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Ein
zweites Stirnblech 54 wird dann auf die Lasthaut 52 geklebt.
Der Stirnstoff 54 ist Kohlenstoffgewebe, das in der bevorzugten
Ausführungsform mit
Harz imprägniert
ist und eine Dicke von 7,7 Mil mit einem Gewicht von 193 g/m2 hat. Das Stirnblech 54 verleiht
der äußeren Oberfläche der
Geräteblende 12 Struktur
und Maschinenbearbeitbarkeit. Das Stirnblech wird auf die Lasthaut 52 in
der bevorzugten Ausführungsform
aufgelegt, aber andere Verfahren können verwendet werden. In der
bevorzugten Ausführungsform
sind die erste und zweite Lasthäute und
Stirnbleche die gleichen, so dass es eine Symmetrie der Schichten
gibt. Auf diese Weise reagieren die Schichten auf die Aushärtung in
der gleichen Weise, was für
eine bessere Struktur sorgt. Jedoch sollte es verstanden werden,
dass, egal ob die Lagen die gleichen oder verschieden sind, eine
Vielfalt von Materialien und Spezifikationen für die inneren und äußeren Häute 34 und 36 verwendet
werden können, wie
gewünscht
und geeignet, wie dies durch Fachleute des Gebietes verstanden wird.
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Die
Wand 28 der Struktur muss ausgehärtet werden. Das Aushärten kann
durch jedes geeignete Verfahren stattfinden. Allgemein wird es gewünscht, die
Struktur in einem Autoklaven auszuhärten. Der Spanndorn wird für den Aushärtungsprozess
in einen Autoklaven transferiert, was im Stand der Technik wohlbekannt
ist. Es ist ebenso möglich,
eine Vakuumtasche um die gesamte Struktur herum zu platzieren, ein
Vakuum zu erzeugen und die Struktur in einem Ofen auszuhärten. Nachdem
das Aushärten
abgeschlossen ist, kann die Struktur in die gewünschte Anzahl von Abschnitten
geschnitten werden, falls sie als Gesamtheit hergestellt wurde,
wie früher
in der Beschreibung beschrieben wurde. Die Abschnitte 13 können durch
geeignete Trennvorrichtungen wie ein energetisches Trenngelenk vorbereitet
werden und verbunden werden. Geeignete Anbringungsringe oder Vorrichtungen
werden ebenso verbunden, so dass die Nutzlastverkleidung mit dem
Abschussfahrzeug verbunden werden kann.
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Es
sollte ebenso verstanden werden, dass die oben beschriebene Reihenfolge
der Konstruktion der Wand lediglich beispielhaft ist und dass jede
andere Reihenfolge oder Verfahren der Konstruktion mit dieser Erfindung
erdacht wurde.
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Die
Geräteblende 12 muss
in der Lage sein, hohen Temperaturen zu widerstehen, die den Fahrzeugabschuss
und die Reise begleiten. Deswegen wird eine thermale Unterbrechungsschicht
oder thermale Schutzlage 56 verwendet. Diese thermale Schutzschicht 54 besteht
in der bevorzugten Ausführungsform
aus Kork und hat eine Dicke von 10 Mil. Jedes bekannte Wärmeschutzmaterial
kann verwendet werden, so wie aufsprühbare Trennmaterialien, wie
sie bei Abschussfahrzeugen üblich
sind. Die thermale Schicht 56 wird auf das zweite Stirnblech 54 geklebt.
Ein bei Raumtemperatur oder Ofentemperatur aushärtendes Epoxid kann verwendet
werden, um die thermale Schicht 56 mit dem zweiten Stirnblech 54 zu
verbinden.
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Es
ist ebenso bekannt, dass eine elektrostatische Ladung während des
Flugs eines Abschussfahrzeuges erzeugt werden kann. Deswegen ist
es nötig,
diese Ladung abzuleiten. Eine Ladungsableitungsschicht 58 wird
auf die thermische Schutzschicht 56 geklebt. Die Ladungsableitungsschicht oder
Umgebungsdichtung 58 ist in der bevorzugten Ausführungsform
eine Schicht von leitfähiger
Farbe und hat eine Dicke von 10 Mil. Diese Umgebungsdichtung 58 hilft
ebenso, die Geräteblende 12 vor
anderen Umgebungseffekten so wie Regen, Schnee oder anderen Bedingungen
zu schützen,
welche schädlich
für die
Geräteblende
sein könnten.
Die Farbe 58 ist MI-15 Umgebungsdichtungsfarbe, hergestellt
von Lockhead Martin, in der bevorzugten Ausführungsform, aber jede geeignete
Farbe kann verwendet werden. Die Farbe 58 ist die äußerste Schicht der
Geräteblende 12.
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Die
Geräteblende 12 kann
ebenso akustische Decken 60 verwenden, um die akustische
Energie, welche während
des Abschusses erzeugt wird, weiter zu dämpfen. Die Decken 60 sind
allgemein aus Fiberglaswatte und Plastiktaschen hergestellt. Jedes
geeignete Material, so wie Schaum, welcher ein Polymaterial ist,
der manchmal als akustischer Schaum bezeichnet wird, kann verwendet
werden, wie dies Fachleuten wohlbekannt ist. Die Dicke der Decken 60 hängt von
den Spezifikationen des Abschusses ab. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke
des akustischen Schaums vier (4) Zoll und das Gewicht des Schaums
2,0 lb/ft3. Die Dicke der Decken kann beträchtlich
variieren. Ebenso können
Decken 80 nicht bei jedem Abschuss erforderlich sein. Die
Decken 80 werden mit der Wand 28 der Geräteblende 12 über herkömmliche
Mittel wie Folienkleber verbunden. Andere Befestigungsmittel können verwendet
werden, so wie Zugstreifen.
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Die
Decken 80 würden
allgemein mit dem zylindrischen Teil 15 der Geräteblende 12 verwendet werden.
Die Nasenkegel- 18 und -kappen 20-Teile würden gewöhnlich die Verwendung von Decken 80 nicht
erfordern, obwohl sie je nach Wunsch verwendet werden könnten. Die
Nasenkegel- 18 und -kappenabschnitte 20 neigen dazu, genügend Steifigkeit zu
haben, um die Nutzlast vor den akustischen Kräften, die während des Flugs erzeugt werden,
zu schützen.
Die Geometrie des Kegels macht ihn steif und deswegen widerstandsfähig gegen
Verbiegen. Die geometrische Steifigkeit sorgt für den Vorzug des Widerstands
gegen akustische Energie.