JP2016161270A - Radome ring for flying body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、飛しょう体に関するものである。特に、飛しょう体のレドーム部分とシェル部分とを、レドームリングを介して接合する飛しょう体に関するものである。 The present invention relates to a flying object. In particular, the present invention relates to a flying body that joins a radome portion and a shell portion of a flying body via a radome ring.
飛しょう体用レドームは、飛しょう体先端部に設けられるレーダを保護するレドームと、飛しょう体本体部分であるシェルと、レドームとシェルを接合するリング(以下、レドームリングと呼ぶ)で構成されている。
飛しょう体は、使用時に超音速で飛しょうするため、空力加熱により加熱され、例えば先端のレドーム部の空気温度は1000℃を越える。このため、レドームの材料には、耐熱性と電波透過性を兼ね備えた誘電体材料、具体的には、アルミナやコージェライト、ヒューズドシリカ焼結体等のセラミックスが使用されている。
セラミックスは一般に熱膨張率が低く、0.1×10-6〜2×10-6/K程度の値を有する。一方、シェルの材料には、軽量化とコストの観点からアルミニウム合金が使用されている。アルミニウム合金の熱膨張率は、23×10-6/K程度である。このように、飛しょう体のレドームとシェルには、大きな熱膨張差があり、両者を直接接合した構造の場合、飛しょう中の空力加熱により温度が上昇すると、接合部に大きな熱応力が生じる。
そのため、高剛性で熱膨張率が比較的小さいFRP(繊維強化プラスチック・熱膨張率:4×10-6〜10×10-6/K)を材料としたレドームリングを介し、レドームとシェルを接合することで、熱応力を緩和した飛しょう体が開示されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
The flying object radome consists of a radome that protects the radar at the tip of the flying object, a shell that is the flying object body, and a ring that joins the radome and the shell (hereinafter referred to as a radome ring). ing.
Since the flying body flies at supersonic speed during use, it is heated by aerodynamic heating, and for example, the air temperature of the radome at the tip exceeds 1000 ° C. For this reason, a dielectric material having both heat resistance and radio wave transmissivity, specifically, ceramics such as alumina, cordierite, and fused silica sintered body is used as the radome material.
Ceramics generally have a low coefficient of thermal expansion and have a value of about 0.1 × 10 −6 to 2 × 10 −6 / K. On the other hand, an aluminum alloy is used as the shell material from the viewpoint of weight reduction and cost. The thermal expansion coefficient of the aluminum alloy is about 23 × 10 −6 / K. Thus, the radome and shell of the flying body have a large difference in thermal expansion. In the case of a structure where both are directly joined, if the temperature rises due to aerodynamic heating during flying, a large thermal stress is generated at the joint. .
Therefore, the radome and the shell are joined via a radome ring made of FRP (fiber reinforced plastic, thermal expansion coefficient: 4 × 10 −6 to 10 × 10 −6 / K), which is highly rigid and has a relatively low thermal expansion coefficient. By doing so, a flying body with reduced thermal stress is disclosed (for example, see Patent Documents 1 to 3).
近年では、飛しょう時間の増加や飛しょう速度の高速化から、飛しょう体に加わる空力加熱が増加し、それに伴い、飛しょう体の温度も増加している。そのため、熱膨張率の高いアルミニウム合金が使用されているシェルは、熱膨張により径方向外側に向かって膨張するように変形する。
シェルの変形と共に、レドームリングも径方向外側に向かって膨張するように変形するため、レドームとレドームリング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(変形しないうちに破壊してしまう性質を持つ材料)であるセラミックスを使用しているレドームは、当該熱応力に耐えることができず、破壊してしまうという課題があった。
また、飛しょう時間や空力加熱の増加に伴い、シェルからレドームリングに流入する熱量が多くなることで、レドームリングの温度が上昇し、径方向外側に向かって熱膨張する。そのため、上記と同様にレドームとレドームリングを接合する部位に大きな熱応力が加わり、レドームが破壊してしまうという課題があった。
In recent years, aerodynamic heating applied to a flying object has increased due to an increase in flying time and an increase in flying speed, and accordingly, the temperature of the flying object has also increased. Therefore, the shell in which the aluminum alloy having a high coefficient of thermal expansion is used is deformed so as to expand outward in the radial direction due to thermal expansion.
Along with the deformation of the shell, the radome ring is deformed so as to expand outward in the radial direction, so that a large thermal stress is applied to a portion where the radome and the radome ring are joined. For this reason, the radome which uses the ceramic which is a brittle material (material which has the property to destroy before it deform | transforms) had the subject that it could not endure the said thermal stress, and destroyed.
Further, as the flying time and aerodynamic heating increase, the amount of heat flowing from the shell into the radome ring increases, so that the temperature of the radome ring rises and thermally expands radially outward. For this reason, as described above, there is a problem that a large thermal stress is applied to a portion where the radome and the radome ring are joined, and the radome is destroyed.
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、シェルの熱膨張により発生するレドームとレドームリングを接合する部位に生じる熱応力を緩和し、また、シェルからレドームリングに流入する熱量を軽減可能なレドームリングを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and can relieve the thermal stress generated in the portion where the radome and the radome ring are joined by the thermal expansion of the shell, and can reduce the amount of heat flowing from the shell into the radome ring. An object is to provide a radome ring that can be reduced.
この発明に係る飛しょう体用レドームリングは、飛しょう体の先端部に設けられるレドームと、前記飛しょう体の本体部分であるシェルを接合する飛しょう体用レドームリングであって、円形の上面と下面が共に開放された円筒形状を成し、前記円筒形状の上端と下端の間に、前記上端から下端の方向に長さが長い長円のスリットを備える。 A flying object radome ring according to the present invention is a flying object radome ring that joins a radome provided at a tip of a flying object and a shell which is a main body part of the flying object, and has a circular upper surface. A cylindrical shape with both open and lower surfaces is formed, and an elliptical slit having a long length in the direction from the upper end to the lower end is provided between the upper end and the lower end of the cylindrical shape.
本発明によれば、レドームとレドームリングを接合する部位に生じる熱応力を緩和することができ、脆性材料を使用したレドームの破壊を防ぐことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal stress which arises in the site | part which joins a radome and a radome ring can be relieved, and destruction of the radome which uses a brittle material can be prevented.
図1は、本発明に係る実施の形態1による飛しょう体用レドームの構成を説明する図である。図1において、飛しょう体100は、飛しょう体の先端部に設けられるレーダ用アンテナを保護するレドーム1と、飛しょう体本体部分であるシェル3と、レドーム1と嵌め合い接着され、シェル3と嵌合・締結されたレドームリング2と、レドームリング2の空力加熱による温度上昇を防ぐ断熱材4から構成される。レドームリング2は、上下面が開放された円筒状のリングであり、上面方向あるいは下面方向からみた場合に、厚みを持ったリング材によって円の形を成している。レドームリング2の材料は、例えばFRPである。なお、本発明の説明に必要のない飛しょう体の構成については、その記載を省略している。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a flying object radome according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a
本実施の形態において、レドーム1の材料は、耐熱性と電波透過性を兼ね備えた誘電体材料、具体的には、アルミナやコージェライト、ヒューズドシリカ焼結体等のセラミックス(熱膨張率:0.1×10-6〜2×10-6/K程度)である。
また、シェル3は、軽量化とコストの観点からアルミニウム合金(熱膨張率:23×10-6/K程度)が使用される。レドーム1とシェル3には大きな熱膨張差があり、両者を直接接合した構造では、飛しょう中の空力加熱により温度が上昇した場合、接合部に大きな熱応力が生じる。そのため、当該熱応力を緩和する目的でレドームリング2がレドーム1とシェル3の間に配置される。
In the present embodiment, the material of the radome 1 is a dielectric material having both heat resistance and radio wave transmission, specifically, ceramics such as alumina, cordierite, fused silica sintered body (thermal expansion coefficient: 0). .About.1 × 10 −6 to 2 × 10 −6 / K).
The
ここで、レドームリング2は、当該熱応力によって脆性材料(変形しないうちに破壊してしまう性質を持つ材料)であるセラミックスを用いたレドーム1の破壊を防ぐため、セラミックスの熱膨張率に近く高剛性である、例えば、インバー(熱膨張率:1.2×10-6/K))等の低熱膨張性の材料が使用される。
Here, the
図2は、本発明に係る実施の形態1によるレドームリング2の形状を示すものである。図2に示すように、レドームリング2は、円形の上面と下面が共に開放された円筒形状を成す。そして、円筒形状のレドームリング2の円筒側面には、円筒の上端から下端の方向に長さが長い長円のスリット5が、円筒の円周方向に複数設けられている。また、円筒の円周方向には、レドームリング2とシェル3をねじ締結するための穴6が、複数設けられている。
FIG. 2 shows the shape of the
レドームリング2には、図2に示すように、飛しょう時の空力加熱によるシェル3の熱膨張によって発生する変形であって、径方向外側に向かって膨張する変形7が生じる。
本実施の形態に係る飛しょう体用レドームリングは、当該変形7をレドームリング2の面内方向で吸収する目的で、複数のスリット5を設けている。
当該スリット5を設けたことで、レドームリング2が径方向外側だけでなく、レドームリング2の面内方向、すなわち、円筒側面の円周方向および円周方向に対し垂直方向となる上下方向にも広がるようになるため、径方向外側に向かって膨張する変形7を抑制することができる。
その結果、レドーム1とレドームリング2を接合する部位に生じる熱応力を緩和することができる。
As shown in FIG. 2, the
The flying object radome ring according to the present embodiment is provided with a plurality of
By providing the
As a result, it is possible to relieve the thermal stress generated at the portion where the radome 1 and the
ここで、スリット5は、レドームリング2の上端や下端までは達しないように形成されている。
スリット5が、仮に、上下面が開放となっている筒状のレドームリング2の上端あるいは下端にまで達するように作られている場合、レドームリング2が容易に径方向に曲がるようになり、レドームリング2の曲げ剛性が小さくなる。
レドームリング2の曲げ剛性が小さいと、シェル3の熱膨張による径方向外側に向かって膨張する変形7をレドームリング2で抑制することができず、レドーム1とレドームリング2を接合する部位に大きな熱応力が生じてしまう。
そこで、本実施の形態に係るレドームリング2においては、図2に示すように、スリット5をレドームリング2の上端と下端の間に形成するようにした。このようにスリット5がレドームリング2の上端や下端のいずれの端にも達することがないようにして、レドームリング2の曲げ剛性を保持するようにした。
Here, the
If the
If the bending rigidity of the
Therefore, in the
また、スリット5の幅が大きすぎると、レドームリング2の断面係数Zが小さくなり、飛しょう時の空力荷重によって発生する曲げモーメントMを断面係数で除した、応力σ(σ=M/Z)が大きくなる。このため、レドームリング2の強度を保持する目的で、極力スリット5の幅は小さくするように形成する。例えば、飛しょう時の空力加熱によってレドームリング2が径方向外側と共に面内方向に膨張する際の、面内方向に膨張する幅にスリット5の幅を設定する。
Also, if the width of the
図3は、本発明に係る実施の形態1によるレドームリング2とシェル3を締結した場合の断面図を示すものである。
レドームリング2の周りには、空力加熱による温度上昇を防ぐため、断熱材が取り付けられる。これにより、レドームリング2の空力加熱による温度上昇は防ぐことができるが、一般に、シェル3で使用されているアルミニウム合金の熱伝導率(236W/mK程度)は高いため、飛しょう時の空力加熱によってシェル3の温度が上昇した場合、シェル3の熱量がレドームリング2に流入する。また、レドームリング2とシェル3は、嵌合・締結されているが、インバーを使用したレドームリング2の場合、レドームリング2の剛性よりもシェル3の剛性の方が低いため、図3のように、シェル3の締結部分がレドームリング2と接するようになる。
FIG. 3 is a sectional view when the
A heat insulating material is attached around the
そこで、本実施の形態に係るレドームリングは、レドームリング2の締結部分で、シェル3と接する部分に熱伝導率の低いブッシュ8を設ける。
ブッシュ8は、例えば、樹脂(熱伝導率:0.2〜0.4W/mK程度)等でできたもので、軸や筒状の部材等にはめ込み、隙間を埋める際等に用いることのできる円筒形の機構部品である。このブッシュ8をレドームリング2の締結部分で、シェル3と接する部分に使用することで、レドームリング2の締結部分の熱伝導率を低くすることができる。
Therefore, the radome ring according to the present embodiment is provided with a bush 8 having a low thermal conductivity at a portion where the
The bush 8 is made of, for example, a resin (thermal conductivity: about 0.2 to 0.4 W / mK) or the like. The bush 8 is a cylindrical shape that can be fitted to a shaft or a cylindrical member to fill a gap. It is a mechanical part. By using the bush 8 at the fastening portion of the
以上より、レドームリング2の締結部分の熱伝導率が低くなるため、シェル3からレドームリング2に流入する熱量9を軽減することができ、レドームリング2の温度上昇を抑えられる。
これにより、レドームリング2の熱膨張による径方向外側に向かって膨張する変形が抑制され、レドーム1とレドームリング2を接合する部位に生じる熱応力を緩和することができ、結果としてレドーム1の破壊を防ぐことができる。
As described above, since the thermal conductivity of the fastening portion of the
Thereby, the deformation | transformation expand | swelling toward the radial direction outer side by the thermal expansion of the
1 レドーム、2 レドームリング、3 シェル、4 断熱材、5 スリット、6 レドームリングとシェルを締結する穴、7 シェルの熱膨張による径方向外側に向かって膨張する変形、8 ブッシュ、9 シェルからレドームリングに流入する熱量、100 飛しょう体。 1 radome, 2 radome ring, 3 shell, 4 heat insulating material, 5 slit, 6 hole for fastening the radome ring and the shell, 7 deformation that expands radially outward due to thermal expansion of the shell, 8 bush, 9 from the shell to the radome The amount of heat flowing into the ring, 100 flying objects.
Claims (4)
円形の上面と下面が共に開放された円筒形状を成し、
前記円筒形状の上端と下端の間に、前記上端から下端の方向に長さが長い長円のスリットを備えることを特徴とする飛しょう体用レドームリング。 A radome for a flying object that joins a radome provided at the tip of the flying object and a shell that is a body part of the flying object,
It has a cylindrical shape with an open top and bottom surface.
A flying object radome ring comprising an elliptical slit having a long length in the direction from the upper end to the lower end between the upper end and the lower end of the cylindrical shape.
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