JP2886587B2 - 特に宇宙空間に向けて航行する航空機用の高温条件下で動作可能なマイクロ波アンテナ - Google Patents
特に宇宙空間に向けて航行する航空機用の高温条件下で動作可能なマイクロ波アンテナInfo
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- JP2886587B2 JP2886587B2 JP2007261A JP726190A JP2886587B2 JP 2886587 B2 JP2886587 B2 JP 2886587B2 JP 2007261 A JP2007261 A JP 2007261A JP 726190 A JP726190 A JP 726190A JP 2886587 B2 JP2886587 B2 JP 2886587B2
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- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/06—Waveguide mouths
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- H01Q13/10—Resonant slot antennas
- H01Q13/18—Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高温状態で作動可能なマイクロ波アンテナに
関する。
関する。
特に本発明の応用分野は装置、ミサイル、ロケット、
特に宇宙空間に向けて航行する航空機に適したアンテナ
であり、それゆえ動作中に高い加熱状態になりやすい部
分に適したものである。
特に宇宙空間に向けて航行する航空機に適したアンテナ
であり、それゆえ動作中に高い加熱状態になりやすい部
分に適したものである。
宇宙空間に向けて航行する航空機では、アンテナは特
に機首付近の大気層との摩擦に起因する加熱にさらされ
る部分に設置される。そのような部分では外部構造はた
とえば並列した耐火性材料のパネルによって構成され、
そして加熱からアンテナを保護する良く知られた方法は
熱遮蔽物でアンテナを覆うことである。熱遮蔽物が作ら
れる材料はそれゆえ低誘電性と非常に低い減衰損失を有
せねばならず、非常な高温においてもこのような誘電特
性を保持せねばならない。この目的のため種々の材料が
提案されており、例えば特許文献FR2483689号、FR25534
03号そしてUS4358772号に提案されている。
に機首付近の大気層との摩擦に起因する加熱にさらされ
る部分に設置される。そのような部分では外部構造はた
とえば並列した耐火性材料のパネルによって構成され、
そして加熱からアンテナを保護する良く知られた方法は
熱遮蔽物でアンテナを覆うことである。熱遮蔽物が作ら
れる材料はそれゆえ低誘電性と非常に低い減衰損失を有
せねばならず、非常な高温においてもこのような誘電特
性を保持せねばならない。この目的のため種々の材料が
提案されており、例えば特許文献FR2483689号、FR25534
03号そしてUS4358772号に提案されている。
本発明の目的は熱遮蔽物によって完全にアンテナを覆
う必要なしに、非常な高温で動作可能なマイクロ波アン
テナを提供することである。
う必要なしに、非常な高温で動作可能なマイクロ波アン
テナを提供することである。
本発明によればこの目的は、カバーパネルの開口を通
じて外部に開かれた少なくとも１つの導波路を備え、こ
の導波路はパネルと一体に形成された管状部を有し、こ
の管状部はパネルの内側から突出しており、かつ開口の
周囲のパネルの残部に接続されており、パネルと一体形
成導波路とは、マイクロ波を該導波路内で伝搬させる耐
火性コンポジット材料で作られ、高温に耐えられる構造
的要素を構成することで達成される。
じて外部に開かれた少なくとも１つの導波路を備え、こ
の導波路はパネルと一体に形成された管状部を有し、こ
の管状部はパネルの内側から突出しており、かつ開口の
周囲のパネルの残部に接続されており、パネルと一体形
成導波路とは、マイクロ波を該導波路内で伝搬させる耐
火性コンポジット材料で作られ、高温に耐えられる構造
的要素を構成することで達成される。
アンテナは１枚のパネル又は隣接する複数のパネルに
形成された数個の導波路の列を有する。
形成された数個の導波路の列を有する。
パネル−導波路組立物が作られる材料は熱保護機能と
機械的機能の両方を備えるものが使われる。この材料に
は1000℃よりも低くなく、すくなくても1500℃が望まし
いが、非常な高温でもそのマイクロ波を伝搬する性能を
保持する必要もある。
機械的機能の両方を備えるものが使われる。この材料に
は1000℃よりも低くなく、すくなくても1500℃が望まし
いが、非常な高温でもそのマイクロ波を伝搬する性能を
保持する必要もある。
この材料は耐火性ファイバー強化材（炭素繊維又はセ
ラミック繊維）と耐火性マトリックス（炭素マトリック
ス、セラミックマトリックス又は炭素とセラミックの混
合物マトリックス）を有するコンポジット材から選択さ
れるるC/C−Sic型コンポジット材（炭化ケイ素と炭素の
混合物マトリックスの炭素繊維強化材）は要求される条
件を満足することがわかっている。コンポジット材は従
来通り耐酸化性も有している。
ラミック繊維）と耐火性マトリックス（炭素マトリック
ス、セラミックマトリックス又は炭素とセラミックの混
合物マトリックス）を有するコンポジット材から選択さ
れるるC/C−Sic型コンポジット材（炭化ケイ素と炭素の
混合物マトリックスの炭素繊維強化材）は要求される条
件を満足することがわかっている。コンポジット材は従
来通り耐酸化性も有している。
導波路は外部に対して開いているので、好ましくはパ
ネル表面が平面になるよう導波路に耐火性材料が充填さ
れる。充填物質は熱衝撃に充分耐え、良好な耐腐食性を
有する必要がある。それはまた耐湿性も有し、膨張係数
は本質的にパネルと導波路の組立物が作られているコン
ポジット材の膨張係数と同じである必要がある。当然充
填材料は低誘電率と低損失率という誘電的性能を有し、
高温でもこれらの性能を保持する必要がある。充填物は
好ましくはアルミナ−アルミナコンポジットのような酸
化物−酸化物又はセラミック−セラミック型の耐火性コ
ンポジット材料である。
ネル表面が平面になるよう導波路に耐火性材料が充填さ
れる。充填物質は熱衝撃に充分耐え、良好な耐腐食性を
有する必要がある。それはまた耐湿性も有し、膨張係数
は本質的にパネルと導波路の組立物が作られているコン
ポジット材の膨張係数と同じである必要がある。当然充
填材料は低誘電率と低損失率という誘電的性能を有し、
高温でもこれらの性能を保持する必要がある。充填物は
好ましくはアルミナ−アルミナコンポジットのような酸
化物−酸化物又はセラミック−セラミック型の耐火性コ
ンポジット材料である。
パネルの残部に接続される終端と反対端の終端では、
導波路はアンテナ本体に接続し、熱障壁を形成する耐火
材料製のリングまで延びている。このリングはたとえば
パイログラファイト製である。
導波路はアンテナ本体に接続し、熱障壁を形成する耐火
材料製のリングまで延びている。このリングはたとえば
パイログラファイト製である。
パネルと導波路を一体に形成することにより、アンテ
ナを導波路と構造物の間に無線電気的連続性を有する熱
遮蔽物の機能も有する構造的組立物と完全に一体のもの
とできる。本発明によらないでアンテナの部品と熱遮蔽
物が別々に作られることによる接続の問題、これは特に
異なる熱膨張の場合問題になるが、この問題は起きな
い。
ナを導波路と構造物の間に無線電気的連続性を有する熱
遮蔽物の機能も有する構造的組立物と完全に一体のもの
とできる。本発明によらないでアンテナの部品と熱遮蔽
物が別々に作られることによる接続の問題、これは特に
異なる熱膨張の場合問題になるが、この問題は起きな
い。
本発明に対応するアンテナの他の形状は図面を参考に
した以下の説明で示される。ただし本発明はこの実施例
に限定されるものではない。
した以下の説明で示される。ただし本発明はこの実施例
に限定されるものではない。
第１図は耐火性材料によって作られた並列したパネル
又はタイル10によって形成された構造物の一部を示す図
で、極超音速ミサイルや宇宙船を想定したものである。
パネル10はミサイルや宇宙に向けて航行する航空機の機
体の一部を構成する構造物の一つであり、地球大気の気
体層との摩擦に起因する発熱から保護するための熱遮蔽
物でもある。
又はタイル10によって形成された構造物の一部を示す図
で、極超音速ミサイルや宇宙船を想定したものである。
パネル10はミサイルや宇宙に向けて航行する航空機の機
体の一部を構成する構造物の一つであり、地球大気の気
体層との摩擦に起因する発熱から保護するための熱遮蔽
物でもある。
ミサイル又は宇宙船との交信はアンテナで行われ、本
発明によればアンテナは熱遮蔽物を形成する構造物に一
体化された導波路20又は導波路列20を有する。このため
に、各導波路はカバーパネル10と一体に形成されてい
る。１枚のパネルは同一のアンテナを形成する１個又は
数個の導波路を有し、隣接したパネルに形成された１個
又は数個の導波路と組合わされてもかまわない。第１図
ではパネル10はパネルの対角方向に３個の導波路20が配
置された実質的に正方形として示されている。導波路を
有するパネルも導波路を有しないパネルも、１個又はそ
れ以上のアンテナを構造物に形成する時、パネルの組立
が特に難しくならないように同一の外形を有している。
発明によればアンテナは熱遮蔽物を形成する構造物に一
体化された導波路20又は導波路列20を有する。このため
に、各導波路はカバーパネル10と一体に形成されてい
る。１枚のパネルは同一のアンテナを形成する１個又は
数個の導波路を有し、隣接したパネルに形成された１個
又は数個の導波路と組合わされてもかまわない。第１図
ではパネル10はパネルの対角方向に３個の導波路20が配
置された実質的に正方形として示されている。導波路を
有するパネルも導波路を有しないパネルも、１個又はそ
れ以上のアンテナを構造物に形成する時、パネルの組立
が特に難しくならないように同一の外形を有している。
第２図に示すように、各導波路20は導波路が形成され
るパネル10と一体に作られる管状部22を有する。例示す
るように管状部22は断面が円形である。この断面として
は他の形、たとえば正方形、長方形、長円があり得る。
るパネル10と一体に作られる管状部22を有する。例示す
るように管状部22は断面が円形である。この断面として
は他の形、たとえば正方形、長方形、長円があり得る。
管状部22はパネル10の内側から突起し、導波路が外部
に対して開くパネル10の開口の周囲のパネルの残部に接
続する。導波路20のもう一方の終端は、熱障壁を形成す
る絶縁材料製で導波路とアンテナ本体30を接続するリン
グ24まで延びている。アンテナ本体からは導波路の内側
の端にあたる位置に電磁場を励起するためのプローブ32
が突起している。導波路20は外部に対して開いているた
め、空気力学上の理由からパネル表面が平面になるよう
耐火性誘電材料26が充填されている。
に対して開くパネル10の開口の周囲のパネルの残部に接
続する。導波路20のもう一方の終端は、熱障壁を形成す
る絶縁材料製で導波路とアンテナ本体30を接続するリン
グ24まで延びている。アンテナ本体からは導波路の内側
の端にあたる位置に電磁場を励起するためのプローブ32
が突起している。導波路20は外部に対して開いているた
め、空気力学上の理由からパネル表面が平面になるよう
耐火性誘電材料26が充填されている。
パネル10と導波路の管状部22が作られている材料は、
ファイバー強化材を製作する部品のプリフォームを形成
するのに使用しその後強化材の細孔を埋めるためのマト
リックス物質を使用して浸透や注入によってプリフォー
ムを強化することによって得られる構造用耐熱性コンポ
ジットである。ファイバー強化材はたとえば炭素繊維又
は炭化ケイ素繊維を例とするセラミック繊維のような耐
火ファイバーでできている。たとえばファイバーは重ね
合わされ、縫い合わされた布の層のような形をしてい
る。２次元の布の積み上げと縫合わせによる板状や円柱
状のファイバー強化物の製造についてはフランス特許出
願第2584106号、第2584107号及び第8813132号に述べら
れている。たとえば強化は化学蒸気浸透によって達成さ
れる。化学蒸気浸透による炭素や炭化ケイ素のようなセ
ラミックの浸透技術は良く知られている。たとえば参考
にできるものとしてフランス特許出願第2189807号及び
第2401888号がある。セラミックマトリックス材料を使
用する時、フランス特許出願第2567874号に述べられて
いるパイロリチックカーボンのような薄膜状材料を使い
ファイバー上に中間物又は中間層を形成することで改良
される。
ファイバー強化材を製作する部品のプリフォームを形成
するのに使用しその後強化材の細孔を埋めるためのマト
リックス物質を使用して浸透や注入によってプリフォー
ムを強化することによって得られる構造用耐熱性コンポ
ジットである。ファイバー強化材はたとえば炭素繊維又
は炭化ケイ素繊維を例とするセラミック繊維のような耐
火ファイバーでできている。たとえばファイバーは重ね
合わされ、縫い合わされた布の層のような形をしてい
る。２次元の布の積み上げと縫合わせによる板状や円柱
状のファイバー強化物の製造についてはフランス特許出
願第2584106号、第2584107号及び第8813132号に述べら
れている。たとえば強化は化学蒸気浸透によって達成さ
れる。化学蒸気浸透による炭素や炭化ケイ素のようなセ
ラミックの浸透技術は良く知られている。たとえば参考
にできるものとしてフランス特許出願第2189807号及び
第2401888号がある。セラミックマトリックス材料を使
用する時、フランス特許出願第2567874号に述べられて
いるパイロリチックカーボンのような薄膜状材料を使い
ファイバー上に中間物又は中間層を形成することで改良
される。
C/C−Sic型のコンポジット材料を使用して複数の管状
部22を有するパネル10を作るにはたとえば以下のような
方法がある。
部22を有するパネル10を作るにはたとえば以下のような
方法がある。
上記のようにパネル用に板状のファイバープリフォー
ムと管状部22用に円柱状のファイバープリフォームを炭
素繊維製布の層を積み上げ縫い合わせて別々に作る。導
波路用に開口22がパネルプリフォームの設計上の位置に
開けられる。その後パネルプリフォームと管状プリフォ
ームは組み合わされ、たとえば工具によって一体にされ
る。そしてマトリックスを形成する材料が組み合わされ
たプリフォーム全体に同時に浸透される。このように同
時にプリフォームを緻密化することで、管状部は組み合
わされたプリフォーム間のインターフェースとマトリッ
クス材料の連続した力でパネルの残部と一体化される。
マトリックスは炭化ケイ素の化学蒸気浸透による最終強
化段階に伴う炭素の化学蒸気浸透によって得られる。
ムと管状部22用に円柱状のファイバープリフォームを炭
素繊維製布の層を積み上げ縫い合わせて別々に作る。導
波路用に開口22がパネルプリフォームの設計上の位置に
開けられる。その後パネルプリフォームと管状プリフォ
ームは組み合わされ、たとえば工具によって一体にされ
る。そしてマトリックスを形成する材料が組み合わされ
たプリフォーム全体に同時に浸透される。このように同
時にプリフォームを緻密化することで、管状部は組み合
わされたプリフォーム間のインターフェースとマトリッ
クス材料の連続した力でパネルの残部と一体化される。
マトリックスは炭化ケイ素の化学蒸気浸透による最終強
化段階に伴う炭素の化学蒸気浸透によって得られる。
このようにして得られたコンポジット材料の電磁的性
能試験では、材料の反射係数は1800℃まで絶対値（modu
lus）で0.99以上、位相で180±１°を保持することを示
した。導波路による減衰は常温で0.5dB/波長以下であ
る。電気導電率は温度に伴って上昇し、常温で約５×10
3mho/cm（S/cm）から1800℃で約５×104S/cmになる。そ
れゆえ動作中に抵抗損失が最低になる。
能試験では、材料の反射係数は1800℃まで絶対値（modu
lus）で0.99以上、位相で180±１°を保持することを示
した。導波路による減衰は常温で0.5dB/波長以下であ
る。電気導電率は温度に伴って上昇し、常温で約５×10
3mho/cm（S/cm）から1800℃で約５×104S/cmになる。そ
れゆえ動作中に抵抗損失が最低になる。
導波路の内側の端で熱障壁として作用するリング24
は、たとえば垂直方向には熱絶縁であるが平面方向は熱
伝導性を有するパイログラファイトで作られる。リング
24は軸方向は熱絶縁で放射方向は熱伝導性を有するよう
に作られる。
は、たとえば垂直方向には熱絶縁であるが平面方向は熱
伝導性を有するパイログラファイトで作られる。リング
24は軸方向は熱絶縁で放射方向は熱伝導性を有するよう
に作られる。
充填される材料26はたとえばヨーロッパ特許第008560
1号に述べられた液体注入法又は化学蒸気浸透法による
アルミナで強化されたシリコンアルミナファイバーの塊
りで形成されるアルミナーアルミナ型コンポジットのよ
うなセラミック−セラミックコンポジットである。その
ような熱衝撃や酸化に耐える材料は耐湿性を有し、パネ
ル10と管状導波路部分22を組み合わせるのに使用される
C/C−Sicコンポジット材料の膨張係数に近似した膨張係
数を有する。マイクロ波に対しては充填された材料の誘
電率Ｅ′は3.2、損失はtanδ＝2.4×103で表わされる。
充填材26はパネルの機械的強度に寄与しないのは明らか
である。それゆえ特別な機械的特性を有する物質を使用
する必要はない。たとえば窒化ホウ素の形をしたセラミ
ック充填材は材料中で誘電率と誘電損を低下させるので
特に液体注入によって形成されたマトリックス中に分散
されるようにして、充填材26の中に混ぜられる。加えて
誘電率と誘電損は、材料がマトリックスによって強化さ
れる際の条件によって調整される充填材の濃度に作用す
ることで調整可能である。
1号に述べられた液体注入法又は化学蒸気浸透法による
アルミナで強化されたシリコンアルミナファイバーの塊
りで形成されるアルミナーアルミナ型コンポジットのよ
うなセラミック−セラミックコンポジットである。その
ような熱衝撃や酸化に耐える材料は耐湿性を有し、パネ
ル10と管状導波路部分22を組み合わせるのに使用される
C/C−Sicコンポジット材料の膨張係数に近似した膨張係
数を有する。マイクロ波に対しては充填された材料の誘
電率Ｅ′は3.2、損失はtanδ＝2.4×103で表わされる。
充填材26はパネルの機械的強度に寄与しないのは明らか
である。それゆえ特別な機械的特性を有する物質を使用
する必要はない。たとえば窒化ホウ素の形をしたセラミ
ック充填材は材料中で誘電率と誘電損を低下させるので
特に液体注入によって形成されたマトリックス中に分散
されるようにして、充填材26の中に混ぜられる。加えて
誘電率と誘電損は、材料がマトリックスによって強化さ
れる際の条件によって調整される充填材の濃度に作用す
ることで調整可能である。
充填材26を導波路20に組み入れるには次の方法があ
る。充填材のプリフォームを形成するアルミナマットは
アルミニウム酸塩化物を予備注入される。
る。充填材のプリフォームを形成するアルミナマットは
アルミニウム酸塩化物を予備注入される。
このようにして得られたプリフォームは導波路の形に
加工され、導波路に挿入される。この部品は次いで約90
0℃の温度で不活性ガス中で熱処理されて接着される。
加工され、導波路に挿入される。この部品は次いで約90
0℃の温度で不活性ガス中で熱処理されて接着される。
たとえばフランス特許出願第8816862号に述べられて
いるアルカリシリケイトの保護層を特に蒸着させること
も含めた最終処理を酸化及び湿度からの保護ができるよ
うパネル、導波路、充填材で構成される組み合わせ物に
ほどこす。
いるアルカリシリケイトの保護層を特に蒸着させること
も含めた最終処理を酸化及び湿度からの保護ができるよ
うパネル、導波路、充填材で構成される組み合わせ物に
ほどこす。
本発明により熱保護物によって完全にアンテナを覆う
必要なしに、非常な高温で動作可能なマイクロ波アンテ
ナを提供できる。
必要なしに、非常な高温で動作可能なマイクロ波アンテ
ナを提供できる。
第１図はアンテナが形成される並列したパネルによって
作られる外側の熱保護構造の部分を示す概略図、第２図
は第１図の熱保護物のパネルの拡大した断面図でアンテ
ナ部分を形成する導波路を示す。 図において、 10……パネル又はタイル、12……開口、20……導波路、
22……管状部、24……リング、26……充填材、30……ア
ンテナ本体、32……プローブ、である。
作られる外側の熱保護構造の部分を示す概略図、第２図
は第１図の熱保護物のパネルの拡大した断面図でアンテ
ナ部分を形成する導波路を示す。 図において、 10……パネル又はタイル、12……開口、20……導波路、
22……管状部、24……リング、26……充填材、30……ア
ンテナ本体、32……プローブ、である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレン デュジャルダン フランス国，33160 サン‐ムダル‐ア ン‐ジャレ，リュ ドォニ ４ (56)参考文献 特開 昭62−50128（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−114610（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4748449（ＵＳ，Ａ) 米国特許3680138（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01Q 1/00 - 1/52 H01Q 13/00 - 13/28 H01Q 21/00 - 21/30 ＷＰＩ ＥＰＡＴ
Claims (10)
- 【請求項１】カバーパネル（10）の開口（12）を通じて
外部に開かれた少なくとも１つの導波路（20）を具備
し、該導波路は該パネルと一体に形成された管状部（2
2）を有し、該管状部は該パネルの内側から突出してお
り、かつ該開口の周囲の該パネルの残部に接続されてお
り、該パネルと該一体形成導波路とは、マイクロ波を該
導波路内で伝搬させる耐火性コンポジット材料で作ら
れ、高温に耐えられる構造的要素を構成することを特徴
とする高温での動作可能なマイクロ波アンテナ。 - 【請求項２】該導波路（20）に耐火性誘電物質（26）が
充填されていることを特徴とする請求項の１に記載のア
ンテナ。 - 【請求項３】該充填物質（26）が本質的にアルミナ−ア
ルミナ型のコンポジット材料であることを特徴とする請
求項の２に記載のアンテナ。 - 【請求項４】該パネルを形成する材料が少なくとも部分
的には炭素−炭素コンポジット材料とセラミックマトリ
ックスを有するコンポジット材料から選択される耐熱性
構造用コンポジット材料であることを特徴とする請求項
の１から３のいずれか１項に記載のアンテナ。 - 【請求項５】該パネルを形成するコンポジット材料が炭
素繊維で強化され、炭素−セラミック混合物によって形
成されたマトリックスを有するコンポジット材料である
ことを特徴とする請求項の４に記載のアンテナ。 - 【請求項６】該導波路（20）が、該パネルの残部と接続
する端と反対側の端が、熱障壁を形成する耐火性物質の
リング（24）まで延びていることを特徴とする請求項の
１から５のいずれか１項に記載のアンテナ。 - 【請求項７】該リング（24）がパイログラファイトで作
られていることを特徴とする請求項の６に記載のアンテ
ナ。 - 【請求項８】１つの該パネル（10）に一体に形成された
複数の該管状部（22）を有する複数の該導波路（20）を
有することを特徴とする請求項の１から７のいずれか１
項に記載のアンテナ。 - 【請求項９】相互に隣接した該パネル（10）と一体に形
成された複数の該管状部（22）を有する複数の該導波路
（20）を有することを特徴とする請求項の１から７のい
ずれか１項に記載のアンテナ。 - 【請求項１０】形成された該パネルと該導波路が極超音
速ミサイル又は宇宙に向けて航行する航空機の気体の構
造的要素を構成し、且つ熱遮蔽物となることを特徴とす
る請求項の１から９のいずれか１項に記載のアンテナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8900627 | 1989-01-19 | ||
| FR8900627A FR2641903B1 (fr) | 1989-01-19 | 1989-01-19 | Antenne hyperfrequence pouvant fonctionner a temperature elevee, notamment pour avion spatial |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228802A JPH02228802A (ja) | 1990-09-11 |
| JP2886587B2 true JP2886587B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
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