JP2012199627A

JP2012199627A - レドーム

Info

Publication number: JP2012199627A
Application number: JP2011060755A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Tsukidate; 隆二月舘
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-18

Abstract

【課題】アンテナを空力荷重や空力加熱から保護するための飛しょう体用レドームに使用されるセラミックは、高い耐熱性能を有しているが、広帯域の電波に対して優れた電波透過性を得るのが難しいという課題があった。
【解決手段】耐熱性を有した繊維強化プラスチック製スキンからなるサンドイッチ構造のレドーム表面に、セラミックファイバを三次元形状に貼り付けやすいタイル形状に成形した複数の耐熱タイルを貼り付けることで、耐熱性を維持したまま広帯域な電波透過特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、飛しょう体用アンテナを保護するレドームに関するものである。

所定の目標に向けて電波誘導にて飛しょうする飛しょう体の先端部には、目標を検知するためのレーダ用アンテナが備えられている。飛しょう体の先端部は空力荷重や空力加熱を受けやすい部位であるため、アンテナを空力荷重や空力加熱から保護するためのレドームを設ける。レドームはレーダ用アンテナが送受信する電波を透過するが、透過する電波の帯域を広帯域化するために、薄肉の誘電体材料を積層してなる多層構造のレドームが知られている。誘電体材料としては、アルミナやコージライト、ヒューズドシリカ焼結体などのセラミクスやＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）材などが用いられている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特開平６−２１７１３号公報特開平７−１６７３号公報特開２０００−１９４８２９号公報

レドームの誘電体材料に利用されるセラミクスは、耐熱温度８００℃以上の耐熱性能を有しているが、脆性材料であることから肉厚を薄くするには加工上の限界があり、広帯域の電波に対して優れた電波特性を得ることは困難であった。

このため出願人等は、レドームを透過する電波を広帯域化するため、透過損失を低減するＦＲＰ製のレドームを薄肉化する一方で、空力荷重への耐久強度を確保するため、薄肉化した２層のレドームの間隙を、ハニカム材やフォーム材などのコア材を埋めて結合した構造を提案している。また、飛しょう速度が速く、空力加熱の厳しい飛しょう体については、空力加熱によりＦＲＰが温度上昇して熱分解しないように、断熱効果のあるセラミックファイバを、ＦＲＰ材の外表面に耐熱ポリイミドワニスで接着した断熱構造を提案している（特願２０１０−０７７７２２）。

しかしながら、三次元曲面形状をなしたレドームに断熱材を貼り付ける場合、断熱材とレドームの加工精度上、面精度が一致しないため、両者に隙間ができて接着が上手く出来ないという問題や、断熱材をレドームにはめ込むように被せた場合、塗布した接着剤がこすれて所望との接着層が得られないという問題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、三次元曲面を有したレドームについて、セラミックファイバからなる断熱材を、外表面により容易に接着することを目的とする。

この発明によるレドームは、所定の間隙を有して積層される少なくとも２層の繊維強化プラスチック製表皮材と、上記少なくとも２層の繊維強化プラスチック製表皮材の間隙に接着されるコア材とからなり、曲面をなして成形されたサンドイッチ構造レドームと、上記サンドイッチ構造レドームの外側に複数個並べて固着され、セラミックファイバを固めてなる耐熱タイルと、を備え、上記耐熱タイルは、隣接する他の耐熱タイルとの間隙に耐熱樹脂接着剤が充填されて目地埋めされたものである。

この発明によれば、セラミックファイバを固化した複数枚の断熱タイルを、レドームの外表面に敷き詰めて貼り付け、隣接する断熱タイルの隙間に耐熱樹脂接着剤を塗布して硬化させることができるので、耐熱性を向上させるセラミックファイバの接着作業が容易になる。

実施形態１による飛しょう体用レドームの構造を示す断面図である。実施形態１に係る飛しょう体用レドームのセラミックファイバを施工する手順を示す図である。実施形態２による飛しょう体用レドームを示す断面図である。実施形態２に係る飛しょう体用レドームのセラミックファイバを施工する手順を示す図である。

実施形態１．
図１は、本発明に係る実施形態１による飛しょう体用レドーム１の構造を示す断面図である。図２は、実施形態１による飛しょう体用レドーム１について、セラミックファイバ６の接着及びレインエロージョン塗装を施工する手順を示す図である。実施の形態１に係る飛しょう体用レドーム１は、耐熱性を有した耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５と、複数の断熱タイル８からなるセラミックファイバ６の成形層８０と、レインエロージョン塗膜層４を備えて構成される。飛しょう体用レドーム１は、内側に空洞を有した三次元曲面形状をなしている。

耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５は、薄肉化された２層のＦＲＰ製スキン材（表皮材）２の間隙に、誘電体からなるコア材３を埋めたサンドイッチ積層体から構成される。ＦＲＰ製スキン材２は、例えばポリイミド繊維マトリクスを有機バインドで硬化してなる耐熱性のＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）材から構成される。耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５は、所定の間隙を設けて配置され薄肉化されたＦＲＰ製スキン材２のサンドイッチ構造を用いることにより、広帯域の電波周波数帯特性を有している。ＦＲＰ製スキン材２の厚みは、例えば飛しょう体用レドーム１を透過する電波の所望の中心周波数（動作中心周波数）における自由空間波長λ０の１／３０００波長以上１／４波長以下が好ましい。また、コア材３の厚みは、例えばλ０の１／１５０波長以上１／２波長以下の厚さが好ましい。

また、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５は、外側のＦＲＰ製スキン材２の外表面に、複数の断熱タイル８を並べて積層し接着により固着して、成形層８０が形成される。断熱タイル８は、セラミックファイバ６からなる。

また、セラミックファイバをレドーム表面に貼り付ける場合は、セラミックファイバが雨滴衝突に伴う侵食によって劣化しないようにするため、レドーム表面にレインエロージョンの緩和対策を施す必要がある。このため、レインエロージョン塗膜層４が、断熱タイル８の外表面に塗装される。

次に、実施の形態１による飛しょう体用レドーム１の製造方法の一例について、図２を用いて説明する。
まず、予め所望の三次元曲面をなすレドーム形状に薄肉化した２層のＦＲＰ性スキン材２の間隙に、樹脂製のハニカム材やフォーム材などのコア材３を埋めて結合して、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５を成形する（ＳＴＥＰ１）。
なお、ＦＲＰ性スキン材２の層数を増して３層以上とすることで更に広帯域化を図ることが可能となる。

次いで、予め小さく数種類のタイル状に成形したセラミックファイバ６を、シリカゾルなどのコーティング材７で表面を固めて、断熱タイル８を成形する（ＳＴＥＰＳ２）。
ここで、耐熱性のあるシリカゾルでセラミックファイバ６をコーティングすることにより、セラミックファイバ６が外力により容易に崩れないようにすることができる。例えば、高速で流れる空気や圧力差による外力が作用して、セラミックファイバ６を剥がしたり、崩したりする力を防止することができる。また、コーティングを行うことにより、表面塗布する塗料がセラミックファイバ６へ浸み込み、塗料の厚さ（塗膜厚）が不均一になることで、電波透過特性へ影響することを防ぐことができる。

次に、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５の外気側表面に耐熱樹脂接着剤９を塗布し、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５の表面に沿って、複数の断熱タイル８をタイル状（縦横）に並べ、貼り付けて行く（ＳＴＥＰＳ３）。
ここで、セラミックファイバ６をしっかりと接着固定するため、隣り合う断熱タイル８の隙間１０にも耐熱樹脂接着剤９を充填し、目地埋めして接着固定する。このとき、レドーム表面が滑らかになるように施工する。この後、必要に応じて耐熱樹脂９を加熱硬化させる。なお、隣り合う断熱タイル８の隙間１０は、０．５〜３ｍｍ程度が好ましいが、必要に応じて３ｍｍ以上になるように、断熱タイル８を敷設しても良い。

続いて、断熱タイル８が敷設され、滑らかになった耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５の外気側レドーム表面に、雨等の液滴衝突に対する表面侵食への耐性を有したレインエロージョン塗料を塗布し、レインエロージョン塗膜層４を形成する（ＳＴＥＰＳ４）。
ここで、必要に応じてプライマ塗料を下地に施した後に、例えば加熱架橋型フッ素エラストマーからなるレインエロージョン塗料を、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度塗布する。塗装の膜厚は、必要に応じて増減しても良く、０．５ｍｍを超えても良い。また、飛しょう体用レドーム１について降雨下での使用制約がない場合は、ポリウレタン塗料にしても良い。

以上により、実施の形態１による飛しょう体用レドーム１は、レドーム外気側表面に複数の断熱タイル８を敷き詰めることにより、従来のＦＲＰ製レドーム（例えば耐熱温度４００℃以下）では実現困難であった、摂氏８００℃までの高温度での耐熱性が得られる。勿論、氷結する温度に耐えられることは言うまでもない。
また、断熱タイル８をセラミクスファイバーの成形層で構成することにより、例えばアルミナやコージライトなどの従来セラミクスに比べて誘電率が小さくなり、広帯域な電波透過特性を得ることが可能である。

また、セラミックファイバ６を貼り付け易いタイル形状に成形し、耐熱樹脂接着剤により耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５の外表面に接着することで、接着時に断熱材とレドームの間に生じうる隙間が少なくなり、接着が容易になる。また、タイル状に貼り付けていくので貼り付けが難しかった施行性が改善できる。また、レドーム面以外に隣り合うセラミックファイバの間を接着するために強固に固定される。

更に、飛しょう体用レドーム１の外気側表面にレインエロージョン塗膜層４を形成することにより、レインエロージョンを緩和することができるとともに、レドーム表面をより滑らかにすることができる。

実施形態２．
図３は、本発明に係る実施の形態２による飛しょう体用レドーム１を示す断面図である。図４は、実施の形態２による飛しょう体用レドーム１について、セラミックファイバ６の接着及びレインエロージョン塗装を施工する手順を示す図である。実施の形態２に係る飛しょう体用レドーム１は、実施の形態１と同様、耐熱性を有した耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５と、複数の断熱タイル８からなるセラミックファイバ６の成形層８０と、レインエロージョン塗膜層４を備えて構成される。実施の形態２の耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５は、薄肉化された２層のＦＲＰ製スキン材の間隙に、誘電体からなるコア材３を埋めたサンドイッチ積層体から構成される。

耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５をなす内側のＦＲＰ製スキン材は、内側レドーム１２を構成する。内側レドーム１２は、例えばガラス繊維マトリクスに有機バインドを含浸してなるＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）により成形される。また、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５をなす外側のＦＲＰ製スキン材は、内側レドーム１２よりも耐熱温度を高めた外側レドーム１１を構成する。外側レドーム１１は、例えばポリイミド繊維マトリクスを有機バインドで硬化してなる耐熱性ＦＲＰにより成形される。

また、外側レドーム１１の外側表面には、セラミックファイバ６により成形された複数の断熱タイル８を並べて敷き詰め、接着して成形層８０を形成した後に、外側レドーム１１の内側にコア材３を接着する。

また、外側レドーム１１における断熱タイル８の外側には、レインエロージョン塗装を施した塗装面からなるレインエロージョン塗膜層４が形成される。外側レドーム１１の内側には、レドーム内側１２が成形される。

次に、実施の形態２による飛しょう体用レドーム１の製造方法の一例について、図４を用いて説明する。
まず、外側レドーム１１および外側レドーム１２のそれぞれについて、薄肉化したＦＲＰ製スキン材から三次元曲面をなすレドーム形状を成形する（ＳＴＥＰ１１）。
このとき、耐熱温度を高めるために成形温度を高温（たとえば３００℃）にすることも可能であるが、ハニカム材やフォーム材などのコア材３の成形温度がそれより低く、例えば１８０℃程度である場合、コア材の成形温度が耐熱温度の制約になる。空力加熱によるレドームの温度分布は外気側が高く、レドーム内側が低いことから、外気側をより高温に耐える構造にすることが有利である。

次いで、予め小さく数種類のタイル状に成形したセラミックファイバ６を、シリカゾルなどのコーティング材７で表面を固めて、実施の形態１と同様、断熱タイル８を成形する（ＳＴＥＰ１２）。

次に、レドーム外側１１に、耐熱樹脂接着剤９により断熱タイル８をタイル状（縦横）に貼り付けて行く（ＳＴＥＰ１３）。
ここで、断熱タイル８をしっかりと接着固定するため、０．５〜３ｍｍの間隔を空けて隣り合う断熱タイル８の隙間１０にも、耐熱樹脂接着剤９を充填して目地埋めし接着固定を行う。このとき、レドーム表面が滑らかになるように施工する。この状態でレドーム外側１１と耐熱樹脂接着剤９を段階的に熱硬化させ、耐熱性を高めていく。例えば、レドーム外側１１が１８０℃で成形したＦＲＰ製スキン材であれば、２４０℃でＰｏｓｔ−ｃｕｒｅを行い、最終的に３００℃でＰｏｓｔ−ｃｕｒｅを行って、耐熱性３００℃を確保する。

次に、レドーム内側１２とレドーム外側１１の間隙に、ハニカム材やフォーム材などのコア材３を埋めて、例えば１８０℃で結合する。これにより、外側により高い耐熱性を有する層の構成された、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５が成形される（ＳＴＥＰ１４）。なお、レドーム内側１２はＳＴＥＰ１１の時に成形せず、ここでコア材３と一緒に成形し、耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５に成形しても良い。

続いて、断熱タイル８が敷設された耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム５の外気側の表面に、実施の形態１と同様、レインエロージョン塗料を塗布し、レインエロージョン塗膜層４を形成する（ＳＴＥＰＳ１５）。
ここで、必要に応じてプライマ塗料を下地に施した後に、レインエロージョン塗料４を例えば０．１〜０．５ｍｍ程度塗布する。また、飛しょう体用レドーム１について降雨下での使用制約がない場合は、ポリウレタン塗料にしても良い。

セラミックファイバを三次元形状とし、かつ、貼り付けやすいタイル形状に成形したことで、従来の断熱材とレドームの間の隙間が少なくなり、接着が容易になった。また、レドーム表面にタイル状に貼り付けていくので貼付けが難しかった施工性が改善できた。更に、三次元形状にしたセラミックスファイバーはレドーム面以外に隣り合うセラミックスファイバーの間を接着するため強固に固定される。

以上により、実施の形態２による飛しょう体用レドーム１は、レドーム外気側表面に複数の断熱タイル８を敷き詰めることにより、従来のＦＲＰ製レドーム（例えば耐熱温度４００℃以下）では実現困難であった、摂氏８００℃までの高温度での耐熱性が得られる。
また、レドーム外側１１に耐熱温度の高い耐熱性ＦＲＰを用い、レドーム内側１２に耐熱性ＦＲＰよりも安価なＧＦＲＰを用いることで、耐熱温度を確保したまま、レドームをより低価格にすることが可能となる。また、外側のＦＲＰ製スキン材とセラミックスファイバーを先に成形した後、コア材と内側のＦＲＰ製スキン材を接着剤で接着し加熱硬化することで、レドーム外側の耐熱性を向上することができる。

また、断熱タイル８をセラミクスファイバーの成形層で構成することにより、例えばアルミナやコージライトなどの従来セラミクスに比べて誘電率が小さくなり、広帯域な電波透過特性を得ることが可能である。

１飛しょう体用レドーム、２ＦＲＰ製スキン材、３コア材、４レインエロージョン塗膜層、５耐熱性ＦＲＰサンドイッチ構造レドーム、６セラミックファイバ、７コーティング材、８断熱タイル、９耐熱樹脂接着剤、１１レドーム外側、１２レドーム内側。

Claims

所定の間隙を有して積層される少なくとも２層の繊維強化プラスチック製表皮材と、上記少なくとも２層の繊維強化プラスチック製表皮材の間隙に接着されるコア材とからなり、曲面をなして成形されたサンドイッチ構造レドームと、
上記サンドイッチ構造レドームの外側に複数個並べて固着され、セラミックファイバを固めてなる耐熱タイルと、
を備え、
上記耐熱タイルは、隣接する他の耐熱タイルとの間隙に耐熱樹脂接着剤が充填されたことを特徴とするレドーム。
上記繊維強化プラスチック製表皮材は、耐熱性ポリイミドからなることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
上記繊維強化プラスチック製表皮材は、レドームの動作周波数帯における概略４分の１波長以下の厚みを有したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレドーム。
上記耐熱タイルの最外層が塗装されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のレドーム。
上記サンドイッチ構造レドームは、外側の上記繊維強化プラスチック製表皮材に、上記耐熱タイルを接着した後、内側の上記繊維強化プラスチック製表皮材及び接着剤を加熱硬化して成形されたことを特徴とする請求項１のレドーム。