JP7004096B1 - レドーム - Google Patents
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Abstract
Description
レドームの材料としては、一般に誘電率の低い素材が用いられており、最も低誘電率を得られる素材として、例えばシアネートエステル樹脂を使用した繊維強化プラスチック(Fiber Reinforced Plastics :FRP)が用いられている(例えば下記特許文献1参照)。
また、レドームの構造としては、コア材の両面をスキン層で覆ってサンドイッチ構造とした積層体を用いてレドームを形成することにより、透過周波数を広帯域化している(例えば下記特許文献2参照)。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、シアネートエステル樹脂をスキン層に用いたレドームの品質を向上することにある。
本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第2の繊維強化プラスチック層の厚さが前記スキン層全体の厚さに占める割合が50%以下である、ことを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記スキン層は、前記コア材の両面に配置され、それぞれの表面に配置される前記スキン層の厚さはそれぞれ、前記レドームの透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の1/4以下である、ことを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、クオーツ繊維である、ことを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、Eガラス繊維である、ことを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかるレドームは、前記第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、NEガラス繊維である、ことを特徴とする。
本発明の一実施形態によれば、第2の繊維強化プラスチック層の厚さがスキン層全体の厚さ(第1の繊維強化プラスチック層の厚さと第2の繊維強化プラスチック層の厚さとの和)に占める割合を50%以下とした。これにより、第1の繊維強化プラスチック層と比較して誘電率が高い第2の繊維強化プラスチック層を配置することによる電波透過性能の低下を一定範囲に抑えることができる。
本発明の一実施形態によれば、スキン層の厚さがレドームの透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の1/4以下なので、レドームの電波透過性能を良好に保つことができる。
本発明の一実施形態によれば、第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材が誘電率の低いクオーツ繊維なので、第1の繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドームの電波透過性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材がEガラス繊維なので、比較的安価にレドームを作成することができる。
本発明の一実施形態によれば、第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材がNEガラス繊維なので、Eガラス繊維を用いる場合と比較して第1の繊維強化プラスチック層の誘電率を低くしてレドームの電波透過性能を向上させることができる。
図1は、実施の形態にかかるレドームの外観図であり、図2はレドームの拡大断面図(A-A断面図)である。なお、図2ではレドーム10の延在方向における曲率を省略している。
図1に示すように、レドーム10は略円錐形状に成形されており、その内部に図示しないレーダー等が配置され、例えば航空機の先端部に配置される。なお、レドーム10の形状は、略円錐形状に限らず、半円型や多角錐形状など従来公知の様々な形状を採用可能である。
コア材12は、例えば有機樹脂の発泡体で形成されている。コア材12(発泡体)を形成する有機樹脂としては、例えばポリメタクリルイミド(PMI)、ポリビニール(PVC)、硬質ウレタン、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタラート(PET)等を用いることができる。
また、コア材12は、ハニカムコア構造体で形成されていてもよい。コア材12を形成するハニカムコア構造体の材料としては、例えば樹脂(アラミド)、ガラス繊維、木材(バルサ)などを用いることができる。
第1の繊維強化プラスチック層16および第2の繊維強化プラスチック層20はそれぞれ、繊維強化プラスチックのプリプレグ14,18を単数または複数枚積層して形成されている。図1の例では、第1の繊維強化プラスチック層16および第2の繊維強化プラスチック層20は、それぞれ3枚のプリプレグ14,18を積層して形成されている。
より詳細には、第1の繊維強化プラスチック層16、第2の繊維強化プラスチック層20およびコア材12がそれぞれ第1の面および第2の面(おもて面および裏面)を有するものとすると、積層体の中心にコア材12が配置され、コア材12の第1の面および第2の面にそれぞれ第2の繊維強化プラスチック層20の第1の面が接するように配置される。また、第2の繊維強化プラスチック層20の第2の面には、第1の繊維強化プラスチック層16の第1の面がそれぞれ接するように配置され、第1の繊維強化プラスチック層16の第2の面がレドーム10の外面を形成する。
図3は、レドームの電波透過特性を示すグラフであり、縦軸は電波の透過損失(dB)、横軸は周波数(GHz)を示す。
より詳細には図3は、第1の繊維強化プラスチック層16に対応するシアネートエステル樹脂およびクオーツ繊維を含有するプリプレグ(図中「シアネート層」と表記)と、第2の繊維強化プラスチック層20に対応するエポキシ樹脂およびクオーツ繊維を含有するプリプレグ(図中「エポキシ層」と表記)との積層枚数を変えて形成したレドーム10のそれぞれの透過損失を測定した結果を示す。
なお、コア材12の厚さは6mm、エポキシおよびシアネートのプリプレグの厚さは共に0.19mmである。
すなわち、これらA~Eは、同じ厚さのレドーム10においてエポキシおよびシアネートの含有割合を変化させたものである。
図4において、Aはコア材12に対して片面当たりシアネート2層、エポキシ1層を積層したレドーム10、Bはコア材12に対して片面当たりシアネート3層を積層したレドーム10、Cはコア材12に対して片面当たりエポキシ3層を積層したレドーム10の透過特性を示す。
なお、図4においても、コア材12の厚さは6mm、エポキシおよびシアネートのプリプレグの厚さは共に0.19mmである。
すなわち、これらA~Cは、同じ厚さのレドーム10においてエポキシおよびシアネートの含有割合を変化させたものである。
よって、本実施の形態では、スキン層の厚さ(シアネート層である第1の繊維強化プラスチック層16の厚さとエポキシ層である第2の繊維強化プラスチック層20の厚さとの和)を、レドーム10に要求される透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の1/4以下とする。
すなわち、スキン層は、コア材12の両面(おもて面および裏面)に配置され、それぞれの表面に配置されるスキン層の厚さはそれぞれ、レドーム10の透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の1/4以下とする。
ピール試験は、米国試験材料協会(American Society for Testing and Materials)の規格(ASTM D1781)に沿って、以下のように行った。
供試品30は、コア材32と、コア材32の一方の表面(試験面)に積層された第1のスキン層34と、コア材32の他方の表面(非試験面)に積層された第2のスキン層36とを備えた積層体である。
コア材32は、ポリエーテルスルホン(PES)の発泡体で形成されている。第1のスキン層34および第2のスキン層36は、エポキシ樹脂とクオーツ繊維とを含有するプリプレグで形成されている。供試品30は、コア材32のおもて面および裏面にそれぞれスキン層34、36となるプリプレグを積層し、熱および圧力を加えて硬化させた後、当該積層体を所望の大きさに切断(本実施の形態では幅方向に切断)することによって形成される。なお本試験は、コア材とエポキシ層との間の接着強度を測定することを目的としているため、シアネート層の積層は省略した。
図7に試験装置40の構成を示す。試験装置40は、ドラム部42と、固定部44とを備える。ドラム部42と固定部44とは、図示しないフレームに支持されており、測定開始時には所定距離離れた位置に配置される。ドラム部42は、円筒形状を呈し、図示しない駆動機構によって軸Oを中心に回転すると同時に固定部44に近づくように直線移動される。ドラム部42は、その外周面に円筒の軸方向に沿った抑え板420を備える。抑え板420は、供試品30の一方の余剰部38を挟持する。固定部44は、測定中は移動不能に固定されるとともに、供試品30の他方の余剰部38側を挟持する。
ドラム部42が第1のスキン層34を挟持しながら回転し、固定部44方向に移動することによって、第1のスキン層34がコア材32から剥離される。試験装置40は、この時ドラム部42等にかかる荷重を測定して供試品30のピール強度を算出する。
下記式(1)において、Tはピール強度(kg・cm/7.62cm)、Rはトルクアーム長さ(R=R0-Ri=12.7(mm)、R0:ドラム部42にばね鋼が固定される外側フランジ半径、Ri:ピールされる第1のスキン層34が巻き付く内側ドラム半径)、Fpは供試品30の剥離長さ25.4mm~152.4mmまでの平均ピール荷重(kg)、F0は第1のスキン層34の剥離長さ25.4mm~152.4mmまでの平均ピール荷重(kg)、Wは供試品30の幅(mm)である。Fpはドラム部42の質量を加味した荷重であり、F0で接着していない供試品の荷重を取得して、FpからF0を差し引くことによってドラム部42の質量の影響のない値にしている。
なお、本実施の形態では、ドラム部42の移動速度であるクロスヘッドスピード(引き上げ速度)を25.4±0.25mm/minに設定した。
また、レドーム10によれば、第2の繊維強化プラスチック層20の厚さがスキン層全体の厚さ(第1の繊維強化プラスチック層16の厚さと第2の繊維強化プラスチック層20の厚さとの和)に占める割合を50%以下とした。これにより、第1の繊維強化プラスチック層16と比較して誘電率が高い第2の繊維強化プラスチック層20を配置することによる電波透過性能の低下を一定範囲に抑えることができる。
また、レドーム10によれば、スキン層の厚さがレドーム10の透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の1/4以下なので、レドーム10の電波透過性能を良好に保つことができる。
また、レドーム10において、第1の繊維強化プラスチック層16が含有する繊維素材を誘電率の低いクオーツ繊維とすれば、第1の繊維強化プラスチック層16の誘電率を低くしてレドーム10の電波透過性能を向上させることができる。
また、レドーム10において、第1の繊維強化プラスチック層16が含有する繊維素材をEガラス繊維とすれば、比較的安価にレドーム10を作成することができる。
また、レドーム10において、第1の繊維強化プラスチック層16が含有する繊維素材がNEガラス繊維とすれば、Eガラス繊維を用いる場合と比較して第1の繊維強化プラスチック層16の誘電率を低くしてレドーム10の電波透過性能を向上させることができる。
12 コア材
14,18 プリプレグ
16 第1の繊維強化プラスチック層
20 第2の繊維強化プラスチック層
30 供試品
32 コア材
34 第1のスキン層
36 第2のスキン層
38 余剰部
40 試験装置
42 ドラム部
44 固定部
Claims (6)
- コア材の表面に複数のスキン層を積層した積層体で形成されたレドームであって、
前記スキン層は、シアネートエステル樹脂と繊維素材とを含有する第1の繊維強化プラスチック層と、エポキシ樹脂と繊維素材とを含有する第2の繊維強化プラスチック層とを備え、
前記コア材の表面と接する位置には、前記第2の繊維強化プラスチック層が配置されている、
ことを特徴とするレドーム。 - 前記第2の繊維強化プラスチック層の厚さが前記スキン層全体の厚さに占める割合が50%以下である、
ことを特徴とする請求項1記載のレドーム。 - 前記スキン層は、前記コア材の両面に配置され、
それぞれの表面に配置される前記スキン層の厚さはそれぞれ、前記レドームの透過周波数帯の中心周波数における自由空間波長の1/4以下である、
ことを特徴とする請求項1または2記載のレドーム。 - 前記第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、クオーツ繊維である、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のレドーム。 - 前記第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、Eガラス繊維である、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のレドーム。 - 前記第1の繊維強化プラスチック層が含有する繊維素材は、NEガラス繊維である、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のレドーム。
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