JP6727150B2 - 飛しょう体用レドーム - Google Patents
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Description
この発明は、アンテナを保護する飛しょう体用レドーム及び飛しょう体用レドームの製造方法に関する。
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、目標を探知するためのレーダ用アンテナが設けられている。飛しょう体の先端部は、空力荷重及び空力加熱を受けやすい部位であるため、空力抵抗を減らして高速で飛しょうできるように尖った形状とすることが一般的である。
このような飛しょう体は、飛しょう開始から数秒間という短い時間で超音速に達するものが多く、空力加熱により飛しょう体の機体が高温にさらされる。レドームは、飛しょう体の部位の中で最も熱的環境が厳しい部位の一つであり、大きな空力荷重と大きな空力加熱、熱衝撃を受けることになる。レドームの耐熱性及び耐熱衝撃性を確保するためにレドームの材料には、耐熱温度が１０００℃以上であり、かつ、熱膨張係数が５×１０６／℃以下の誘電体材料であるセラミックスを使用することが主流である。
飛しょう体の機体には、熱膨張係数が１０×１０６／℃から３０×１０６／℃の鉄又はアルミニウムが一般的に用いられる。ここで、レドームと機体との異種材料を組み合わせた場合、異種材料の組み合わせによる熱応力が懸念される。そのため、従来の飛しょう体では、高剛性で熱膨張係数が比較的低いＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）で構成されたリングを介してレドームに機体が固定され、レドームとリングとが接着剤で固定されることが一般的である。
特許文献１に開示される飛しょう体では、レドームとリングとの固定の際に、エポキシ系又はシリコーン系の接着剤が用いられる。
しかしながら特許文献１に開示される飛しょう体に用いられる接着剤は、空力加熱によりレドームが高温になるに従って高温になる。特に飛しょう速度が高速になり又は飛しょう時間が長くなることによって空力加熱総量が増加した場合、接着剤の温度は接着剤の耐熱温度を超えてしまう場合がある。そのため特許文献１に開示される飛しょう体用レドームでは、レドームの構造上必要な接着強度が確保できなくなる可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐熱性及び耐熱衝撃性をより一層向上させることができる飛しょう体用レドームを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る飛しょう体用レドームは、セラミックス製のレドームと、前記レドームの内側に設けられたセラミックス製のレドームリングと、前記レドームと前記レドームリングとの間に設けられたメッシュ状のメタライズ部材と、前記レドームと前記レドームリングとの間に設けられ、前記メタライズ部材を構成する複数の格子の内、隣接する格子同士の間の隙間に充填されて、前記レドームに前記レドームリングを固定する接着材としてのポリイミド樹脂とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る飛しょう体用レドームは、耐熱性及び耐熱衝撃性をより一層向上させることができる、という効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態に係る飛しょう体用レドーム及び飛しょう体用レドームの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
図１は実施の形態に係る飛しょう体用レドームの構成図である。図２は図１に示す飛しょう体用レドームの断面部分の拡大図である。図３は図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
図１は実施の形態に係る飛しょう体用レドームの構成図である。図２は図１に示す飛しょう体用レドームの断面部分の拡大図である。図３は図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
図１において、ハッチングを施した領域が飛しょう体用レドーム１００の断面部分であり、ハッチングを施していない領域が飛しょう体用レドーム１００の外周面である。飛しょう体用レドーム１００は、目標に向けて電波誘導にて飛しょうする不図示の飛しょう体本体部の先端に設けられている。飛しょう体用レドーム１００の内部には、目標を探知するための不図示のレーダ用アンテナが設けられている。
飛しょう体用レドーム１００は、飛しょう体が高速で飛しょうする際に生じる空力荷重及び空力加熱１１を受けやすい部位であるため、空力抵抗を減らして高速で飛しょうできるように尖った形状とすることが一般的である。空力加熱１１は、空気の圧縮および粘性摩擦によって発生する熱により物体が加熱されて温度上昇を生ずる現象である。飛しょう体の先端部の形状には、コーン型、累積度数分布曲線型及びフォンカルマン型を例示できる。
図１及び図２に示すように、飛しょう体用レドーム１００は、飛しょう体用レドーム１００の外郭１０を構成するセラミックス製のレドーム１と、レドーム１の後端１０ａ側からレドーム１の内側に装着されたレドームリング２と、レドーム１とレドームリング２との間に設けられたメッシュ部材であるメタライズ部５と、ポリイミド樹脂６と、レドーム１の後端１０ａにおいて接着剤によりレドーム１に固定された断熱材４とを備える。
断熱材４は、飛しょう体用レドーム１００が装着される不図示の飛しょう体本体部の温度が、空力加熱１１によって上昇することを防ぐために設けられる。断熱材４は、不図示の飛しょう体本体部とレドーム１との間の隙間を埋めるように設けられている。
メタライズ部５の材料にはアルミニウム合金、銅又はインバーを例示できる。ポリイミド樹脂６は、メタライズ部５を構成する複数の格子の内、隣接する格子同士の間の隙間に入り込み、レドーム１にレドームリング２を接着するための高耐熱性樹脂である。ポリイミド樹脂６は、レドーム１とレドームリング２との間に設けられている。
レドーム１は前述したレーダ用アンテナが送受信する電波を透過させる必要があるため、レドーム１の材料には、誘電率が低く電波を透過するセラミックスを例示できる。セラミックスには、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ・５ＳｉＯ２）、ヒューズドシリカ（ＳｉＯ２）又はシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）焼結体を例示できる。
飛しょう体用レドーム１００の製造手順を説明する。図２及び図３に示すように、レドーム１の内側にメタライズ部５が貼り付けられ、その後、メタライズ部５の内側にポリイミド樹脂６が塗布される。このときメタライズ部５を構成する格子間の隙間にポリイミド樹脂６が充填される。ポリイミド樹脂６が充填されたメタライズ部５の内側にレドームリング２が装着されることにより、ポリイミド樹脂６を介してレドーム１にレドームリング２が固定される。
ポリイミド樹脂６の粘度は、エポキシ系又はシリコーン系の接着剤の粘度よりも低いため、ポリイミド樹脂６の塗布する被塗布面が凹凸の少ない平坦面である場合、ポリイミド樹脂６が被塗布面から流れてしまい、ポリイミド樹脂６を介してのレドーム１へのレドームリング２の固定が困難である。またレドーム１の材料は脆性材料であるため、レドーム１の被塗布面に凹凸面を設けた場合、レドーム１の引張強度が低下する。従って、レドーム１の被塗布面を複雑な形状とすることは望ましくない。
本実施の形態に係る飛しょう体用レドーム１００では、レドーム１の内側にメタライズ部５を設けることにより、レドーム１へレドームリング２を固定するための高耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂６の塗布が可能である。その結果、高い耐熱性を有する飛しょう体用レドーム１００を製造可能である。またメタライズ部５にポリイミド樹脂６が入り込み硬化するため、アンカー効果により接合強度が向上する。アンカー効果は、材料表面の微細な凹凸部に接着剤が入り込んで硬化することにより接着力が高まる効果のことである。
図４は比較例に係る飛しょう体用レドームの構成図である。図５は図４に示す飛しょう体用レドームの部分断面図である。図４に示す飛しょう体用レドーム１００Ａと図１に示す飛しょう体用レドーム１００との相違点は、飛しょう体用レドーム１００Ａでは、図２に示すメタライズ部５及びポリイミド樹脂６の代わりに、エポキシ系又はシリコーン系の接着剤３が用いられていることのみである。
エポキシ系又はシリコーン系の接着剤３は、耐熱温度が２００℃を超えるものが少ないため、接着剤３の耐熱性のみでレドーム１とレドームリング２との接着強度を維持することは難しい。また空力加熱１１に直接さらされるレドーム１の外周部に断熱材を設けた場合でも、接着剤３の温度が接着剤３の耐熱温度を超えてしまうことがある。
またレドーム１の熱衝撃を緩和するためにレドーム１の材料に熱伝導率の高い材料が用いられた場合、レドーム１には即座に熱が伝わるため、接着剤３の温度が接着剤３の耐熱温度を超えてしまい、構造上必要な接着強度を確保できなくなる可能性がある。
また空力加熱１１によりレドーム１の温度が上昇するに従い、レドーム１とレドームリング２との線膨張差が大きくなる。この線膨張差に起因して、レドーム１とレドームリング２とを接合する部位に大きな熱応力が加わる。このため脆性材料であるセラミックスで構成されるレドーム１は、熱応力に耐えることができず破損する可能性がある。
本実施の形態に係る飛しょう体用レドーム１００を用いた飛しょう体は、空力加熱１１により高温となる接合部における耐熱性と接合強度とを向上させることにより、比較例に係る飛しょう体用レドーム１００Ａを用いた飛しょう体に比べて、耐熱性及び耐熱衝撃性をより一層向上させることができる。従って、飛しょう速度が高速になり又は飛しょう時間が長くなることによって空力加熱総量が増加した場合でも、接着剤の温度が接着剤の耐熱温度を超える可能性がなく、信頼性の高い飛しょう体を実現できる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１ レドーム、２ レドームリング、３ 接着剤、４ 断熱材、５ メタライズ部、６ ポリイミド樹脂、１０ 外郭、１０ａ 後端、１１ 空力加熱、１００，１００Ａ 飛しょう体用レドーム。
Claims (3)
- セラミックス製のレドームと、
前記レドームの内側に設けられたセラミックス製のレドームリングと、
前記レドームと前記レドームリングとの間に設けられたメッシュ状のメタライズ部材と、
前記レドームと前記レドームリングとの間に設けられ、前記メタライズ部材を構成する複数の格子の内、隣接する格子同士の間の隙間に充填されて、前記レドームに前記レドームリングを固定する接着材としてのポリイミド樹脂と、
を備えたことを特徴とする飛しょう体用レドーム。 - 前記メタライズ部材は、アルミニウム合金、銅又はインバーであることを特徴とする請求項１に記載の飛しょう体用レドーム。
- 前記レドームの後端側において前記レドームに固定される断熱材を備え、
前記レドームリングは、前記レドームおよび断熱材の内側に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の飛しょう体用レドーム。
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