JP2016530777A - 先進複合レドームおよび製造する方法 - Google Patents

Abstract

レーダーシステムを収納するためのレドームは、複数の相互接続された彎曲レドーム熱可塑性複合材料パネルを備え、各彎曲レドーム熱可塑性複合材料パネルは、複数の相互接続エッジと、フォームコアと、内側表皮と、外側表皮と、フォームコアを通じて内側表皮および外側表皮を互いに結び付けて、剥離を阻止する複数の三次元繊維束とを有する。レドームは、自己浄化性でありかつ25年にわたってメンテナンスを必要としない疎水性外面を含む。

Description

本発明は、一般にレドームに関し、詳しくは複合材料でできたレドームに関する。

空軍、ならびに多くの政府機関は、世界中で、その多数の地上レーダーシステムを包み込むために保護用レドームを利用する。これらのレドームは、レーダーを極端な天候および環境攻撃から保護する。それらは、すべての特定レーダー周波数に対して透過性がありながら、このタスクを果たさなければならない。さらに、これらのレドームは、25年の寿命の間のメンテナンスを最小限にしなければならず、現地への輸送、設置時の取り扱い、メンテナンス、酷使、環境条件、および長期運転からの損傷に対して構造的に耐性がなければならない。

空軍によって使用される現在のレドーム技術は、30年前に行われた一連の勝ち目のない設計決定に基づいている。サンドイッチパネルは、薄いガラス繊維表皮および熱硬化性樹脂をフォームコアと合体させる荒削りなレイアッププロセスから作られる。薄い表皮と結合され、フォームコアに弱く接合する、このプロセスは通常、輸送、設置、およびメンテナンスの間にコアからの表皮の剥離を引き起こす。さらに、レーダーシステムが雨の中でうまく機能することを可能にするために、これらのレドームは、無線周波数(RF)透過性に悪影響を及ぼす水の導電性シートの蓄積を防止するために疎水性を示さなければならない。したがって、レドームは典型的には、疎水性塗料で被覆される。時間とともに、紫外線(UV)暴露および大気汚染が典型的には、既存のレドームの塗装コーティングおよびゲルコーティングを攻撃して、疎水性を低下させる。これは次に、信号の貧弱な透過性および限界的なまたは許容できないレーダー性能につながる。これは、絶え間ない再塗装、すなわちレドームのパワー洗浄を伴い、現場を塗料残渣廃棄物にさらす高価なプロセスによって取り組まれる。空軍へのこの定期的メンテナンスの費用は、何億ドルにも達する可能性がある。最終的に、30歳設計基準で作られた典型的な空軍レドームは、定期的な塗装メンテナンスを必要とするだけでなく、また衝撃および風の被害にも遭いやすく、剥離したレドーム部分の交換をさらに必要とする。

これらの問題を解決する本発明は、Transonite(登録商標)として商標登録される、革新的な非剥離3D複合サンドイッチ技術を組み込む先進熱可塑性サンドイッチ技術を利用する。この3D複合サンドイッチ技術は、特殊フィルム被覆プロセスと一緒に、優れた疎水性表面特性を示し、25年の最小期間にわたってメンテナンスを必要としない、耐久性のある非剥離構造の必要性に取り組む。第3の革新は、上記のことを独自の連続引き抜き成形プロセスにおいて製作される新しい耐衝撃性の熱可塑性複合サンドイッチ材料と合体させていることである。

本発明の態様は、複数の相互接続された彎曲レドーム熱可塑性複合材料パネルを備える、レーダーシステムを収納するためのレドームであって、各彎曲レドーム熱可塑性複合材料パネルは、複数の相互接続エッジと、フォームコアと、内側表皮と、外側表皮と、フォームコアを通じて内側表皮および外側表皮を互いに結び付けて、剥離を阻止する複数の三次元繊維束とを有する、レドームを伴う。彎曲パネルは典型的には、球状であり、いったんすべてのパネルが接続されると、球状レドームをもたらす。

本発明の上記の態様の1つまたは複数の実施は、次の事項の1つまたは複数を伴い、すなわち、相互接続エッジは、熱成形され、内向きおよび外向きのテーパーが付き、細長いストリップで終わること;細長いストリップは、彎曲レドーム複合材料パネルの内側表皮と同じ複合材料でできた、共成型され(co-molded)、熱成形された細長い複合材料ストリップであること;複合材料ストリップは、フォームコアと、内側表皮と、外側表皮と、内側表皮から外側表皮までフォームコアを通って延びかつフォームコアを強化する複数の三次元繊維束とを含むこと;彎曲した接続ジョイントは、複数の相互接続された彎曲レドーム複合材料パネルを相互接続エッジに沿って相互接続し、各彎曲接続ジョイントは、外側スプラインと、内側スプラインと、外側スプライン、内側スプラインおよび隣接レドーム複合材料パネルからの隣接複合材料ストリップを一緒に保持する複数の締め具とを含むこと;外側スプラインおよび内側スプラインは、締め具を受け入れるためのそれぞれの穴を含み、外側スプラインの穴および内側スプラインの穴は、接続された外側スプラインおよび内側スプラインにおいて彎曲構成をもたらすために互いにオフセットされること;外側スプラインおよび内側スプラインは、熱可塑性複合材かまたは引き抜き成形された熱硬化性複合材でできていること。外側スプラインは、同じ疎水性の布/フィルムが伝統的な接着剤をスプラインの外面に適用された状態で、スプラインに埋められ、接合された締め具の頭部を有してもよい。これは、水の浸透を最小限にして、雨水の浸透の可能性にさらされる2500以上の穴を排除する。各レドーム複合材料パネルは、外側疎水性コーティングを含み、それは、任意の数のフィルムまたは布である可能性もあるが、しかしながら好ましい疎水性コーティングは、片側(OS)にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)およびもう一方の側に織ったガラス繊維材料を有する材料を複合プロセスにおいてコキュアすること(co-curing)を伴う。この材料を供給する多数の会社が世界中にあり、PTFEは、優れた風化特性および疎水性を有する。布は、典型的には他の複合表皮とコキュアされず、またサンドイッチレドームに統合もされず、典型的には布を単独で組み込む、膨張式レドームに使用されている。布は、紫外線暴露に対して優れた耐性を示し、自己浄化性である。25年以上にわたりメンテナンスを必要としない多くのものが、設置されている。レドーム複合材料パネルは、RF透過性Aサンドイッチ複合材料パネルであるが、本明細書の技術は、硬いまたは他の種類の伝統的RF透過性設計に当てはまる可能性もあり;レドームを製造する方法は、彎曲レドーム複合材料パネルの各相互接続エッジを、一度に相互接続エッジ全体を1つずつ、エッジ成形ツールで製造するステップを含み;各相互接続エッジを製造するステップは、エッジ成形ツールの上下の彎曲クランプ要素によって一度に1つの相互接続エッジ全体を受け入れるステップと;エッジ成形ツールの上下の彎曲クランプ要素によって相互接続エッジ全体を加熱するステップと;エッジ成形ツールの上下の彎曲クランプ要素によって相互接続エッジ全体を成形するステップと;エッジ成形ツールで相互接続エッジ全体を冷却するステップとを含み;レドームを製造するステップは、複数の相互接続された彎曲レドーム複合材料パネルを相互接続エッジに沿って彎曲接続ジョイントで相互接続するステップを含み;彎曲接続ジョイントは、外側スプラインおよび内側スプラインを含み、複数の相互接続された彎曲レドーム複合材料パネルを相互接続するステップは、隣接レドーム複合材料パネルからの隣接複合材料ストリップを外側スプライン、内側スプライン、ならびに外側スプラインおよび内側スプラインを一緒に接続する複数の締め具で一緒に結合するステップを含み;かつ/または外側スプラインおよび内側スプラインは、締め具を受け入れるためのそれぞれの穴を含み、外側スプラインの穴および内側スプラインの穴は、互いにオフセットされ、外側スプラインおよび内側スプラインを一緒に接続するステップは、接続された外側スプラインおよび内側スプラインにおいて彎曲構成をもたらすために外側スプラインの穴および内側スプラインの穴が互いにオフセットされるように外側スプラインおよび内側スプラインを一緒に接続するステップを含む。この相互接続されたエッジは、平坦な重なりフランジなどの他の接続ジョイントに熱成形されてもよい(強度のために追加の材料が加えられて、または本発明の上記の態様では、スプラインから外側および内側表皮全体への優れた荷重伝達が提供されるので、強度のために何も加えられずに)。さらに、レーダー送信に悪影響を及ぼす、接続部における水集結チャネリングを防止するために、スプライン上に低いプロファイルがある。スプラインの追加の特徴は、単一パネルが、内部から除去されてもよいということである。重なる接続フランジを有する伝統的パネルは、いくつかを分解することなく単一パネルを置き換えることができない。相互接続ジョイントのさらなる利点は、低いプロファイルおよび狭い設計であり、ジョイントが回転レーダーに対して有することもある混乱を最小限にする。さらに、調整材料が追加されない場合と比較して、レーダーの全体的なデシベル損失(db-loss)の低減を達成するために、調整材料が、スプラインに追加されてもよい。スプラインはまた、密閉ストリップが設置前にスプラインに接合されてもよいように、スプラインに面する密閉ストリップ、典型的には片側に接着剤を有するシリコーンゴムの追加を可能にする特徴を有して引き抜き成形されてもよく、そのような密閉ストリップの目的はもちろん、雨に起因するレドームへの水の浸入を最小限にするまたは排除することである。彎曲レドーム熱可塑性複合材料は、特定の形状に熱成形され、冷却され、冷却後形状(shape post-cooling)に硬化されるEガラス繊維および加熱可能な熱可塑性樹脂で構成される。熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレート共重合体(PETG)およびポリエチレンテレフタレート(PET)の少なくとも1つである。内側表皮は、実質的に0.040インチ厚の内側表皮を形成する、2つの0.015〜0.025インチ厚のPETG樹脂およびガラス繊維の層を含み、複数の三次元繊維束は、2つの層の間で結び付けられ、熱硬化される端部を含む。外側表皮は、実質的に0.040インチ厚の外側表皮を形成する、1つの0.015〜0.025インチ厚のPETG樹脂およびガラス繊維の層ならびにPTFEを有する外面および織ったガラス繊維を有する内面を含む疎水性材料の1つの0.015〜0.025インチ厚の布層を含み、複数の三次元繊維束は、2つの層の間で結び付けられ、熱硬化される端部を含む。フォームコアは、PETフォームである。相互接続エッジは、熱成形され、内向きおよび外向きのテーパーが付き、バットジョイントに終わり、バットジョイントは事実上、レドームの直径によって規定されるような大円の形状に形成される歯である。レドームは、個々の同一パネルで菱形三十面体(triacontahedron)を形成する。2つの隣接パネルのバットジョイントは、レドームの表面に対して実質的に90度に接触面を形成する。

本明細書の一部において再び話され(REorated)、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、説明と一緒に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

平坦なプラットフォームアセンブリおよび設置のための切端ベースを有する、一構成での複合レドームの実施形態の側面図を示す図である。 図1の斜視図だが、しかしわずかにより高い高度について示す図である。 図1のレドームの1つのパネルの実施形態の等角図を例示する図である。 内部コアの大部分および1つの表皮面が除去された状態の図3のパネルのいくつかの内部詳細を示す図である。 図4の部分的近接図を示す図である。 複合パネルが設置時にどのように連結されるかを表示する、横断面における接続ジョイントの実施形態の近接横断面図を示す図である。 図6の横断面におけるより詳細の拡大横断面図を例示する図である。 周期的に、クランプしかつ締結する手段が、ジョイントシステムを完了するために追加される、機械的締め具横断面の実施形態の近接横断面図を示す図である。 図6において前に示された複合パネルエッジを熱成形するためのツールおよびプロセスの斜視図を示す図である。 熱可塑性複合レドームパネルの周囲を移動して回り、完了した(close-out)ジョイントを形成するエッジ成形ツールの実施形態の近接斜視図を示す図である。 Z軸繊維束が図示される状態の複合材料パネルの実施形態の横断面図である。 エッジ成形ツールの代替実施形態の斜視図である。 パネルのエッジがエッジ成形ツールに挿入されている状態の図12のエッジ成形ツールの一部分の横断面図である。 パネルのエッジがエッジ成形ツールにおいて成形されている状態の図12のエッジ成形ツールの一部分の横断面図である。 接続ジョイントの実施形態の外側スプラインおよび内側スプラインの簡略化した側面図である。 図15のスプラインによって形成される接続ジョイントの簡略化した側面図である。 接続ジョイントの外側スプラインの横断面図であり、締め具をその中に示す図である。 図17の線18-18に沿った外側スプラインおよび締め具の横断面図である。 雨の浸入を防止するためにガスケット型密閉ストリップを受け入れるための特徴として二重凹部が追加された状態の、パネルの隣接エッジを接続する接続ジョイントの別の実施形態の拡大横断面図を例示する図である。 図19での接続ジョイントの実施形態の別の拡大横断面図を例示する図である。

図1〜図11を参照して、先進複合レドームの実施形態が、述べられることになる。

関心のあるレドームのファミリは、無線周波数(「RF」)透過性であり、一般にフォームコアとの薄層化表皮のガラス繊維強化複合サンドイッチ構造体であるAサンドイッチレドームである。フォームコアは、RF透過性であり、レーダーの約1/4波長がカバーされ、保護されると規定される。

図1では、レドーム10が、切端ベースを有して側面図に示される。議論する目的のために、特定の構成、直径、壁の厚さおよび詳細が、論じられることになるが、しかし代替実施形態では、これらの詳細およびパラメータは、変えられてもよい。

図1は、菱形三十面体設計であるが、しかし明らかに、パネルが規定され、完全な球形に接続されるいろいろなレドーム構成のいずれかである可能性もある。図示される構成の菱形三十面体は、アセンブルされると完全な球を形成する60の同一パネルを完全な球に有するということになる。

図1のレドームは具体的には、外径が32.00フィートあるが、しかし明らかに任意の直径に拡大・縮小される可能性もあり、1.080インチ厚であるサンドイッチパネルを有する、アセンブルされた先進複合レドームである。レドーム10は、そのベース14において先端を切り取られ、その結果レドーム10は、直径が約27フィートの平坦な取り付けリング上に設置されてもよい。典型的には、レドームは、その直径の85%において先端を切り取られてもよく、レドーム10の最上部からベース14までの距離が、レドームの直径の85%となることを意味する。図1のレドーム10は、その実際の直径の約77%である。

取り付けベース14に接続する必要がある15の切端パネルがあり、要素20a、20b、および20cは、これらの切端パネルの3つを示す。すべての切端パネルは、さもなければ60の言及された同一パネルの1つであることになる同じベースパネルから作られる。完全なパネルは、12として示される。先端を切り取られない完全な球状レドームには60のパネル12があることになる。2つのパネル12は、組み立てられると、ひし形の面を形成する。菱形三十面体には30の同一面15がある。パネル11は、パネル12と同一であるが、しかし単に180度回転されている。パネル11および12の組合せは、接続されると、ひし形の面15を作成し、それ故に30のこれらの面15は、完全な球を作ることができる。本質的に、ひし形の面15は、分割されており、2つの同一パネル11および12が、作成され、回転され、ひし形の面を作るように接続されている。先端を切り取られないすべてのパネルは、同一であるので、これらのパネルは、12と呼ばれることになる。

2つのパネル12の間の接続エッジ/ジョイント13は、線として示されるが、しかし実際は、さらに後で図6、図7、図8、図19、および図20を論じるときに述べられることになる接続ジョイントである。また図1に示されるのは、複数のパネル12が一点に集まる「星形」ジョイント18である。星形ジョイント18は、5つのパネルが一点に集まることを示し、ジョイント16は、3つのパネルが一点に集まることを示す。

図2は、ベース14を有するレドーム10を示す図1のより高い高度を示す。図2は、レドームパネル構成の代替図、ならびに星形ジョイント18に集まるひし形の面15のより良い図を与える。

図3は、図1からのパネル12をより大きい等角図に示し、図11は、近接横断面図を示す。パネル12は、外側疎水性コーティングまたはフィルムを有する外側表皮24、フォームコア23、および内側表皮22を含む。外面の疎水性コーティングまたはフィルムは、紫外線暴露で風化するまたは劣化することにならず、優れたRF性能のために雨の水を絶えず数珠つなぎにすることになる清浄な表面を確実にする。

外側疎水性コーティングは、片側(OS)にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)およびもう一方の側に織ったガラス繊維材料を有する材料を複合プロセスにおいてコキュアすることを伴う。PTFEは、優れた風化特性および疎水性を有する。布は、典型的には他の複合表皮とコキュアされておらず、またサンドイッチレドームに統合もされておらず、典型的には布を単独で組み込む、膨張式レドームに使用されている。布は、紫外線暴露に対して優れた耐性を示しており、自己浄化性である。25年以上にわたりメンテナンスを必要としない、多くのものが、設置されている。代替実施形態では、外側疎水性コーティングは、任意の数のフィルムまたは布であってもよい。

OS布の内面のガラス繊維織物組織は、熱可塑性樹脂を受け入れる。そのため、布は、表皮の一部になる。それ故に、織物組織が、液体熱可塑性樹脂を含浸され、それが、キュアされて表皮の一部として統合されることになるように、PTFEは、外面にあり、ガラス織物材料は、内面にある。

パネル12に特有のものは、表皮22、24をコア23に結び付けて、剥離を防止する3D繊維束26である。3D繊維26の複数アレイは、それらがレーダー透過性を妨げないことを試験され、見いだされている。この非剥離3D複合サンドイッチ技術は、現在の熱硬化性サンドイッチレドームに良く見られる剥離を防止するのに役立つためにパネル12に組み込まれる。米国材料試験協会(ASTM)によって規定される上昇ドラムホイール(climbing drum wheel)試験を通じて、3D繊維を有するサンドイッチパネルは、3D繊維を有さないことを除いて同一であるパネルと対比して、表皮をコアから剥がすまたは分離するのに必要とされるトルクの量の改善が一桁大きいという試験結果になった。この試験は、サンドイッチパネルが、取り扱い、輸送、飛翔体、メンテナンス、および同様のものからの偶発的負荷に起因して剥離することがなくなることを証明し、それが、用語「非剥離の」が使用される理由である。

3.0GHZレーダー設置について、パネル12の外側表皮24および内側表皮22は、0.020〜0.040インチ厚に及ぶ。フォームコア23は、厚さが約1.00インチである。3D繊維26は、1平方インチ当たり2挿入束から1平方インチ当たり4挿入束に及ぶ。パネル表皮24および22は、好ましい実施形態ではPETGおよびEガラスの熱可塑性複合材で作られるが、しかし代替実施形態では、PPからPPS、PA、PEEK、PET、PEIまでの任意の熱可塑性母材、またはプラスチック業界から入手できる無数の熱可塑性樹脂のいずれかを使用する。フォーム23は、任意のフォームであるが、しかし好ましい実施形態ではPETフォームである。3D繊維束26は、複合材業界で可能でありかつ利用できる多数の形のいずれかにおける、熱可塑性繊維およびEガラスの組合せである。

図4は、例示される部分28を有する単一パネル12を示す。部分28は、論じる目的のために外側表皮およびフォームの大部分が除去されていることを示すので、外側および内側表皮を一緒に結び付けて接続する3D繊維束26の内部構成を見えるようにする。

図5は、図4のさらにより接近した図を示し、規定される外側表皮24、内側表皮22、およびフォーム内部23を例示する。接続ジョイントは、図5では形成されておらず、図示されるものは、切断パネルであることに留意されたい。パネル12が形成された後、ジョイントは、熱成形されなければならず、これは、熱可塑性複合材で可能であり(後成形できない熱硬化性複合材での最新技術とは対照的に)、この熱成形されるジョイントは、図6、図7、および図8において示され、論じられることになる。3D繊維束の1つが、26として示される。

図6は、図1に関して上で論じられた接続ジョイント13の横断面を示す。今では図6において、人はだれでも、接続ジョイント13の詳細を見ることができる。図示されるのは、類似のパネル12に接続する公称1.080インチ厚のサンドイッチパネル12であり、そこでは外側表皮24が、示され、内部フォームコア23および内側表皮22が、示される。外側表皮24および内側表皮22は、彎曲ジョイントエッジ40に熱成形され、それは、後でより詳細に述べられることに留意されたい。係合する最外部エッジは、ジョイントに追加の圧縮強度を与えるために熱成形より前に追加される熱可塑性複合材のストリップを有し、これらのストリップは、42として示される。ストリップは、表皮22よりも約2.5倍厚く、約15フィート長および65インチ幅のシート状の熱可塑性物質/Eガラスから作られ、ストリップは、レドームの直径を所与として、内部エッジの正しい円弧に水ジェット切断される。熱成形されるとき、ストリップ42は、共成型され、熱成形された彎曲ジョイントエッジ40を形成する均質複合材の一部になる。

また図6では、接続ジョイント13を完了するために必要な新しいコンポーネントも、示され、それは、外側スプライン32および内側スプライン34であり、それらは、好ましい実施形態では同一であり、ビニルエステル、ポリエステル、エポキシ、フェノール、またはウレタン樹脂を使用する熱硬化性複合材から引き抜き成形されるが、しかしまた熱可塑性複合材である可能性もある。これらのスプライン32、34は、後で図8に示される周期的締め具44(例えば、締め付けボルト)でクランプされるように設計される(例えば、締め付けボルトは、風からの負荷および例えばあらゆるエッジについての有限要素解析の指図に応じてスプライン32、34を一緒に4.0インチごとかそこらでクランプする)。エッジが熱成形された後、各エッジは、2つのパネル12が一緒に接続されるとき、2つの半円形が、締め具が出るための丸穴を作成するように、締め具の場所に「半円形」を機械加工される。挿入物42の追加は、フォーム内部に侵入することなく半円形の機械加工を可能にし、もし締め具直径が、増加される必要があるならば、挿入物42の厚さは、より大きい締め具を受け入れるために増加される可能性があることに留意されたい。

スプライン32、34は好ましくは、引き抜き成形された熱硬化性複合材でできているが、しかしまた熱可塑性複合材でできている可能性もある。一実施形態では、スプライン32、34は、RF透過性を支援するために組み込まれる調整グリッドを有し、それは、スプライン32および34と同時製作されても(co-fabricated)よい。シリコーン密閉ストリップ、ゴム、またはフォームが、レドーム10への水の浸透がないことを確実にするために追加されてもよい。後で述べられることになる、図19および図20は、狭い連続的密閉ストリップの追加を可能にするくぼみ320を示す。

図7は、図6のより詳細を斜交平行線模様の横断面で示す。非剥離のために導入される3D繊維束は、図6または図7のどちらにも示されない。

図8は、締め具44が外側スプライン32の凹部および穴の内部に埋め込まれた状態のジョイント13を示し、締め具44は一般的に、スプライン32に入れられた低い頭部のボルトとして述べられてもよいが、しかし明らかに多くの他の締め具のいずれかである可能性もある。好ましくは、レドームパネル上に使用されるのと同じOS布は、滑らかな外面を作るために奥まったところのボルト頭部上に接合され、水が浸透できないようにする。内側スプライン34の穴を適合させることで、締め具が適所にナット46で固定されることを可能にする。接続ジョイント13は、レドーム10が球の内側からアセンブルされてもよいように設定される。また、もしパネルが、いつか除去される必要があるならば、パネルそれ自体だけが、4つのエッジで切り離されて、除去される必要もある。

図9は、ツールを示し、それは、エッジコネクタ細部が熱成形される間、パネル12を適所に保持するまたは固定する正確な球面曲率を有する真空テーブルである。パネル12のエッジの周りに逐次的な加熱、冷却および成形を提供するCNCツールは、50として示される。CNCツール50は、自動的にジョイントエッジ細部を熱成形することができるように動作制御される。ツール50は、パネル12の周囲の周りで二重レール57およびリニア軸受上を進む。

図10は、完全にクランプされた位置に示されるエッジ成形ツール50のさらなる詳細を示す。明確にするために、図10にはパネル12はないが、しかしツール50の形状は、空隙64と見なされてもよく、それは、ツールが、ヒンジ62、82、92を使用して、クランプ要素70、71を一緒にクランプすることから生じる。

また図10に示されるのは、図9に示される彎曲レール57に乗るリニア軸受66でもある。エッジジョイントは、彎曲表面上を走るので、エッジ成形ツール50は、この実施形態では、異なる速度および変位量で逐次回転されてもよいツール50の3つの異なる部分を示す、ヒンジで連結された部分62、82、92を有し、各ツール50は、複合表皮およびフォームを柔らかくするために加熱を有することができる。

代替実施形態では、図10のツール50は、単一アームロボットによって操作され、レール57は、回転しかつ指標付けする真空テーブルに置き換えられ、ヒンジで連結された段取り(tooling)部分は、ヒンジの複雑さを排除する熱成形段取りの垂直作動に置き換えられる。このツールにおける多くの変形は、同一の熱成形エッジジョイント13の端部形成を危うくすることなく可能である。

図12から図14を参照して、エッジ成形ツール100の代替実施形態が、述べられることになる。エッジ成形ツール100は、上側のエッジ成形機構130および下側のエッジ成形機構140を支える細長い側部フレーム支持プレート120を有するフレームアセンブリ110を含む。4つのエッジ成形機構130、140が示されるが、代替実施形態では、エッジ成形ツール100は、他の数(例えば、1、2、3、5、6、その他)のエッジ成形機構130、140を含む。各エッジ成形機構130、140は、必要とされるかなりの力を提供するためにサーボアクチュエータ150および空気シリンダ160によって作動される。各アクチュエータ150は、約433ポンドの持続力を提供することができ、それで各サイドに4つのアクチュエータで、1732ポンドの近似的最大持続力が、アクチュエータ150によって提供される。空気シリンダ160は、アクチュエータ動作を増強させる。各サイドの8つの3インチ口径シリンダ160は、エッジ成形に必要とされる力の残りを満たすために合計約4525ポンドについてそれぞれ80ポンド平方インチにおいて565ポンドに至るまでを提供する。サーボアクチュエータ150は、上下の彎曲プレートクランプ要素170、180に結合される。クランプ要素170、180は、パネル12のエッジを熱成形するとき、金型表面270、280の正確な位置決めを可能にする。彎曲プレートクランプ要素170、180は、パネル表面に向けられる熱を提供するために、フィルム加熱システムかまたは統合カートリッジヒーターを用いる。代替実施形態では、他の加熱機構および/または冷却機構が、使用される。

アクチュエータ150は、アクチュエータ取り付けウェッジブロック190および締め具200、210を通じてフレーム支持プレート120に結合される。

彎曲クランプ要素170、180は、締め具250によって一緒に結合される、細長い彎曲内側支持プレート220、中間支持プレート230、および外側支持プレート240を含む。彎曲クランプ要素170、180は、取り付けブロック256および締め具260によってアクチュエータ150に結合される。上側の彎曲クランプ要素170の底部に沿って、上側の金型部材270があり、下側の彎曲クランプ要素180の最上部に沿って、下側の金型部材280がある。冷却チャンネル290は、金型部材270、280に隣接し、支持プレート220、230、240の間に配置される。

使用時には、パネル12のエッジ300は、正しい場所に正確に挿入され、機械100に正確に結合された真空テーブルを介して固定される。エッジ300は、金型部材270、280の間に置かれ、典型的にはコンピュータ数値制御を表して「CNC」と呼ばれる高機能の動作制御システムによって制御される空気シリンダおよびアクチュエータ150が、図14に示されるように、エッジ成形ツール100の加熱要素によって加熱される金型部材270、280をエッジ300上で一緒にクランプさせ、彎曲ジョイントエッジ40を形成するように表皮22、24をストリップ42の周りで熱成形させる。ストリップ42は、共成型され、熱成形された彎曲ジョイントエッジ40を形成する均質複合材の一部になる。熱成形の後、彎曲ジョイントエッジは、金型表面が完全に閉じられたままである間に冷却される。ファン冷却システムは、成形サイクルの間金型を冷却し、支持プレート寸法安定性を維持するのに役立つために冷却チャンネル290を通って空気を循環させる。これは、熱可塑性複合材エッジを安定した持続的構成に冷やす。それ故に、エッジ成形ツール100は、加熱/冷却の熱サイクルを利用する。別個の従来の5軸外形加工機および真空テーブルは、パネル12の各横断面において、人がだれでも、エッジ300、または正確に切断された最上部および底部表皮を見ることになり、ツールビット(tool bit)がいつもレドーム球の仮想中心に面しているように、各パネル12の周囲を正確に機械加工する。別のツールが次いで、フォームを追い出す。エッジ300(図13)は、すでに熱成形されたフォームを示すが、しかし実際は、フォームは、金型が完全に閉じられるまで図13に示されるその形を取らない。5軸外形加工機は、従来の機械である。4つのエッジが熱成形された後、パネル12は、エッジ成形ツール100から取り出され、再び5軸外形加工機真空テーブル上の正確な場所に置かれる。半円形が次いで、締め具が出るのを可能にするためにエッジに機械加工される。

エッジ成形ツール100は、人がだれでも1熱サイクル中の単一プロセスにおいて全長エッジにジョイントプロファイルを形成することを可能にする。4つのエッジは、いったん4サイクル中に形成されると、1つのパネル12についてエッジ詳細全体を完了する。

図15から図20を参照して、接続ジョイント310の代替実施形態が、述べられることになる。接続ジョイント13および図6〜図8に関して示されかつ述べられたそれらに似ている、接続ジョイント310における要素は、類似の参照数字を有するが、しかし「a」の添え字を有して示されかつ述べられることになり、その説明は、本明細書に組み込まれる。

図15は、外側スプライン32aおよび内側スプライン34aを示す。スプライン32a、34aは、締め具44aを受け入れるそれぞれの穴を含む。締め具44aを受け入れる、スプライン32a、34aの穴は、スプライン32a、34aが締め具44aおよびナット46aを介して互いに付着されるとき、接続ジョイント310が、実質的にパネル12の彎曲構成と一致する図16に示されるような彎曲構成を獲得するように、互いにオフセットされる。真っすぐな構成に「とどまる」ために引き抜き成形スプラインの固有の性質があるので、それは、任意の曲げが、小さい曲げ力によって持続されなければならないという点において、バネとそっくりに振る舞う。内側スプラインの穴を正確なより小さい間隔に機械加工することによって、図16での対は、図示される形にバネ荷重される。これの利点は、ナットおよびロックワッシャが、あらかじめアセンブルされてもよいことであり、設置者は、複数パネルを従来のレドームよりもはるかに速くアセンブルすることができることになる。

図17および図18は、どのように締め具44aが外側スプライン32aの穴に埋め込まれるかを示し、図19および図20は、どのように接続ジョイント310がパネル12の隣接エッジ300を一緒に接続するかを示す。スプライン32a、34aは、図6〜図8に関して示されかつ論じられたスプライン32、34に似ているが、しかし内側の溝320を含む。溝320は、シリコーンゴムまたはフォーム密閉ストリップが適用されることを可能にし、そのストリップは、設置され、締め具を介してクランプされるときに圧縮されて、その厚さの30%を有することもある。これは、雨水の浸入を排除する。内側スプライン34aは、必ずしも密閉ストリップを必要としないが、しかしながらスプラインを同一にすることによって、すべてのスプライン32aおよび34aを作製するためのただ1つの製造運転および金型がある。

この新しい改善されたレドーム10の最終結果は、25年の寿命にわたりメンテナンスの必要がないロバスト設計である。外面への疎水性フィルムまたは布コーティングは、紫外線暴露で風化するまたは劣化することがない清浄な表面を確実にし、優れたRF性能のために雨の水を絶えず数珠つなぎにすることになる。3D繊維束と結合される熱可塑性複合材の高耐衝撃性は、輸送負荷、砂およびあられを含む飛翔体からの衝撃、酷使、およびスリング(sling)を有して脇を歩き、航空障害灯を交換する職員のメンテナンスに起因する足跡、ならびに他のメンテナンスタスクからの損傷に対して並外れた耐性を提供する。熱硬化性レドームについての過去のこれらの衝撃は、局所的剥離を生じさせ、それは、不具合の表皮に入ってコアまで迅速に伝播し、完全に不具合のレドームを有する可能性がある。

上の図は、本発明のための例示的構成を描写することもあり、それは、本発明に含まれてもよい特徴および機能性を理解するのに役立つために行われる。本発明は、例示されるアーキテクチャまたは構成に限定されず、いろいろな代替アーキテクチャおよび構成を使用して実施されてもよい。さらに、本発明は、様々な例示的実施形態および実装形態の観点から上で述べられるが、それらが述べられる個々の実施形態の1つまたは複数において述べられる様々な特徴および機能性は、そのような実施形態が、述べられるかどうか、およびそのような特徴が、述べられる実施形態の一部であるとして提示されるかどうかにかかわらず、代わりに本発明の他の実施形態の1つまたは複数に単独でまたは組み合わせて適用されてもよいと理解すべきである。それ故に、特に次の請求項における、本発明の広さ(breadth)および範囲(scope)は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきでない。

この文書で使用される用語および語句、ならびにその変形は、特に明確に述べられない限り、限定することとは対照的に制約がないと解釈すべきである。前述の事項の例として、用語「含む」は、「制限なく含む」または同様のものを意味すると読むべきであり、用語「例」は、その包括的または限定するリストではなく、議論されている事項の例示的事例を提供するために使用され、「従来の」、「伝統的な」、「標準の」、「既知の」などの形容詞および同様の意味の用語は、述べられる事項を所与の時間間隔に、または所与の時間現在で利用可能な事項に限定すると解釈すべきでなく、代わりに今または将来いつでも利用できるまたは知られることもある従来の、伝統的な、通常の、または標準の技術を包含すると読むべきである。同様に、接続詞「および」に関連する事項のグループは、それらの事項の各々およびすべてが、そのグループ分けに存在することを必要とすると読むべきでなく、むしろ特に明確に述べられない限り、「および/または」と読むべきである。同様に、接続詞「または」に関連する事項のグループは、そのグループの中で相互排他性を必要とすると読むべきでなく、むしろ特に明確に述べられない限り、また「および/または」とも読むべきである。さらに、本開示の事項、要素またはコンポーネントは、単数形で述べられまたは特許請求されることもあるが、複数形は、単数形への限定が明確に述べられない限り、その範囲内にあると考えられる。「1つまたは複数」、「少なくとも」、「しかし限定されない」などの拡大する単語および語句またはいくつかの事例での他の類似の語句の存在は、より狭い場合が、そのような拡大する語句がないこともある事例において意図されるまたは必要とされることを意味すると読まないものとする。

10 レドーム
11 パネル
12 パネル
13 エッジ、ジョイント
14 ベース
15 面
16 ジョイント
18 ジョイント
20a 要素
20b 要素
20c 要素
22 内側表皮
23 フォームコア
24 外側表皮
26 3D繊維束
28 部分
32 外側スプライン
32a 外側スプライン
34 内側スプライン
34a 内側スプライン
40 エッジ
42 ストリップ、挿入物
44 締め具
44a 締め具
46 ナット
46a ナット
50 エッジ成形ツール
57 レール
62 ヒンジ
64 空隙
66 リニア軸受
70 クランプ要素
71 クランプ要素
82 ヒンジ
92 ヒンジ
100 エッジ成形ツール
110 フレームアセンブリ
120 フレーム支持プレート
130 上側のエッジ成形機構
140 下側のエッジ成形機構
150 アクチュエータ
160 空気シリンダ
170 クランプ要素
180 クランプ要素
190 ブロック
200 締め具
210 締め具
220 内側支持プレート
230 中間支持プレート
240 外側支持プレート
250 締め具
256 ブロック
260 締め具
270 金型表面、金型部材
280 金型表面、金型部材
290 冷却チャンネル
300 エッジ
310 ジョイント
320 くぼみ、溝

Claims (20)

1. レーダーシステムを収納するためのレドームであって、
   前記レドームが、相互接続された複数の彎曲した熱可塑性のある複合材料のレドームパネルを備え、各彎曲した熱可塑性のある複合材料のレドームパネルが、複数の相互接続エッジと、フォームコアと、内側表皮と、外側表皮と、複数の三次元繊維束とを有し、前記複数の三次元繊維束が、前記フォームコアを通じて前記内側表皮および前記外側表皮を互いに結び付けて、剥離を阻止する、レドーム。
2. 前記相互接続エッジは、共成型されて熱成形された細長い複合材料ストリップを含み、前記複合材料ストリップが、フォームコアと、内側表皮と、外側表皮と、複数の三次元繊維束とを含み、前記三次元繊維束が、前記内側表皮から前記外側表皮へ前記フォームコアを通って延びかつ前記フォームコアを強化する、請求項1に記載のレドーム。
3. 前記レドームが、相互接続された複数の彎曲した複合材料の前記レドームパネルを前記相互接続エッジに沿って相互接続する彎曲接続ジョイントをさらに含み、各彎曲接続ジョイントは、外側スプラインと、内側スプラインと、複数の締め具とを含み、前記複数の締め具が、前記外側スプライン、前記内側スプライン、および隣接する複合材料のレドームパネルからの隣接する複合材料ストリップを一緒に保持する、請求項1に記載のレドーム。
4. 前記外側スプラインおよび前記内側スプラインは、前記締め具を受け入れるためのそれぞれの穴を含み、前記外側スプラインの前記穴および前記内側スプラインの前記穴は、接続された外側スプラインおよび内側スプラインにおいて彎曲構成をもたらすように互いにオフセットされる、請求項3に記載のレドーム。
5. 前記外側スプラインおよび前記内側スプラインは、引き抜き成形された熱硬化性複合材でできている、請求項3に記載のレドーム。
6. 各複合材料のレドームパネルは、PTFE材料の外面および織ったガラス材料の内面を有する外側疎水性コーティングを含み、前記外側疎水性コーティングは、共成型された外側表皮を生成するために、彎曲した熱可塑性のある複合材料の前記レドームパネルと共成型される、請求項1に記載のレドーム。
7. 複合材料の前記レドームパネルは、RF透過性Aサンドイッチ複合材料パネルである、請求項1に記載のレドーム。
8. 請求項1に記載のレドームを製造する方法であって、
   彎曲した複合材料の前記レドームパネルの各相互接続エッジを製造するステップであって、エッジ成形ツールで、一度に1つの相互接続エッジ全体を製造するステップを含む、方法。
9. 各相互接続エッジを製造するステップは、
   一度に1つの相互接続エッジ全体を前記エッジ成形ツールの上下の彎曲クランプ要素によって受け取るステップと、
   前記相互接続エッジ全体を前記エッジ成形ツールの前記上下の彎曲クランプ要素によって加熱するステップと、
   前記相互接続エッジ全体を前記エッジ成形ツールの前記上下の彎曲クランプ要素によって成形するステップと、
   前記相互接続エッジ全体を前記エッジ成形ツールで冷却するステップとを含む、請求項8に記載の方法。
10. 前記レドームを製造するステップは、相互接続された複数の彎曲した複合材料の前記レドームパネルを前記相互接続エッジに沿って彎曲接続ジョイントで相互接続するステップを含む、請求項8に記載の方法。
11. 前記彎曲接続ジョイントは、外側スプラインおよび内側スプラインを含み、相互接続された複数の彎曲した複合材料の前記レドームパネルを相互接続するステップは、隣接する複合材料のレドームパネルからの隣接する相互接続エッジを前記外側スプライン、前記内側スプライン、ならびに前記外側スプラインおよび前記内側スプラインを一緒に接続する複数の締め具で一緒に結合するステップを含む、請求項10に記載の方法。
12. 前記外側スプラインおよび前記内側スプラインは、前記締め具を受け入れるためのそれぞれの穴を含み、前記外側スプラインの前記穴および前記内側スプラインの前記穴は、互いにオフセットされ、前記外側スプラインおよび前記内側スプラインを一緒に接続するステップは、前記外側スプラインの前記穴および前記内側スプラインの前記穴が、接続された外側スプラインおよび内側スプラインにおいて彎曲構成をもたらすために互いにオフセットされるように、前記外側スプラインおよび前記内側スプラインを一緒に接続するステップを含む、請求項11に記載の方法。
13. 彎曲した熱可塑性のある複合材料の前記レドームパネルは、特定の形状に熱成形され、冷却され、冷却後形状に硬化されるEガラス繊維および加熱可能な熱可塑性樹脂で構成される、請求項1に記載のレドーム。
14. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレート共重合体(PETG)およびポリエチレンテレフタレート(PET)の少なくとも1つである、請求項13に記載のレドーム。
15. 前記内側表皮は、実質的に0.040インチ厚の内側表皮を形成する、2つの0.015〜0.025インチ厚のPETG樹脂およびガラス繊維の層を含み、前記複数の三次元繊維束は、前記2つの層の間で結び付けられ、熱硬化される端部を含む、請求項1に記載のレドーム。
16. 前記外側表皮は、実質的に0.040インチ厚の外側表皮を形成する、1つの0.015〜0.025インチ厚のPETG樹脂およびガラス繊維の層ならびにPTFEを有する外面および織ったガラス繊維を有する内面を含む疎水性材料の1つの0.015〜0.025インチ厚の布層を含み、前記複数の三次元繊維束は、前記2つの層の間で結び付けられ、熱硬化される端部を含む、請求項1に記載のレドーム。
17. 前記フォームコアは、PETフォームである、請求項1に記載のレドーム。
18. 前記相互接続エッジは、熱成形され、内向きおよび外向きのテーパーが付き、バットジョイントに終わり、前記バットジョイントは事実上、前記レドームの直径によって規定されるような大円の形状に形成される歯である、請求項1に記載のレドーム。
19. 2つの隣接するパネルの前記バットジョイントは、前記レドームの表面に対して実質的に90度に接触面を形成する、請求項18に記載のレドーム。
20. 前記レドームは、個々の同一パネルで菱形三十面体を形成する、請求項1に記載のレドーム。

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