Brevet FR2731846A1 — publié le 19960920

PAROI POUR RADOMES ET RADOMES AINSI OBTENUS. L'invention concerne des parois qui sont utilisées pour réaliser des radômes, notamment des radômes aéroportés, ainsi que des radômes mettant en oeuvre de telles parois. De nombreuses antennes de radars sont du type rotatif et subissent les perturbations de l'environnement extérieur, notamment le vent, la pluie, la température etc... Dans certaines applications, ces perturbations atmosphériques ont des conséquences néfastes sur les performances techniques des radars; par exemple le vent peut modifier sensiblement la vitesse angulaire de rotation de l'antenne, ce qui peut entraîner des mesures angulaires erratiques qui sont incompatibles avec la précision demandée. De même, l'eau de pluie s'écoulant sur la surface de l'antenne peut en modifier les caractéristiques radioélectriques dans une mesure telle que les performances du radar sont altérées. Ainsi, dans ces applications, il est habituel de protéger l'antenne par un dôme qui est transparent aux ondes radioélectriques émises et reçues par le radar associé à l'antenne. Cette protection de l'antenne radar du type rotatif par un dôme dit radôme est absolument nécessaire pour les radars portés par des véhicules qui se déplacent à des vitesses élevées. Il en est ainsi des antennes des radars d'aéronefs qui sont souvent disposées à l'extrémité avant de l'aéronef dans des volumes creux en forme de cônes ou d'ogives de révolution. Ces radômes doivent alors être prévus pour résister à des contraintes mécaniques et thermiques très importantes tout en gardant leurs propriétés radioélectriques. Ces propriétés ou qualités radioélectriques sont essentiellement les suivantes: - une bonne transparence radioélectrique de manière à limiter la perte d'énergie des ondes émises et reçues lors de leur traversée de la paroi du radôme; - une faible déformation du faisceau d'antenne, déformation qui doit être reproductible d'un radôme a l'autre et, - un faible niveau de réflexion de l'onde incidente. Il est facile de compenser la déformation du faisceau, caractérisée essentiellement par une déviation de l'axe du faisceau, en décalant l'axe au niveau du radar lui-même à condition, bien entendu, que cette déviation de l'axe soit la même d'un radôme à l'autre. Pour une paroi de radôme de structure donnée, la reproductibilité est liée à la qualité de la fabrication de la paroi et non pas à la composition de sa structure. Par contre, pour les deux autres qualités essentielles, à savoir la transparence radioélectrique et la réflexion de l'onde incidente, la structure de la paroi a une grande importance. Pour les radômes aéroportés, on utilise souvent des structures de type monolithe. Ell s sont composées d'une couche en matériau diélectrique. L'épaisseur de cette couche, pour un bon fonctionnement, est proche d'un multiple entier de demi-longueur d'onde dans le diélectrique. De telles structures présentent l'inconvénient majeur que les radômes correspondants ont une bande de fréquences de l'ordre de 3 à 5 % alors que les radars modernes nécessitent une bande de fréquence supérieure à o10 %. Il est bien connu qu'une struture à plusieurs couches en matériau électrique permet d'augmenter la bande de fonctionnement de la paroi. Par exemple, une structure à cinq couches diélectriques sera constituée d'une couche centrale ou âme, de deux couches intermédiaires ayant un rôle diélectrique d'écarteur et de deux couches extrêmes ou peaux, l'une intérieure au radôme et l'autre extérieure. L'indice de réfraction des couches centrales et des peaux est supérieur à celui des couches intermédiaires tandis que l'épaisseur des couches centrale et intermédiaires est plus forte que celle des couches extérieures. De telles structures a cinq couches sont difficiles à realiser de manière précise et reproductible sur toute la surface du radôme du fait, d'une part, de leur nombre et, d'autre part, de la précision avec laquelle doivent être usinées, conformées et assemblées les couches intermédiaires en mousse ou en nids d'abeilles. Un but de la présente invention est donc de réaliser une nouvelle structure de paroi qui permet de construire un radôme ayant une bande de fréquences deux à trois fois plus large que celle obtenue avec les structures de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est également de 1 réaliser une nouvelle structure de paroi dont la mise en oeuvre pour construire un radôme soit plus facile tant en ce qui concerne l'usinage des couches que leur assemblage. L'objet de la présente invention est une paroi pour radôme qui comprend deux couches extrêmes, l'une interne et l'autre externe, en matériau diélectrique, lesdites couches étant séparées par une âme centrale constituée d'une pluralité d'éléments unitaires en matériau diélectrique. De manière plus précise, chaque élément unitaire comprend une partie centrale en un premier matériau diélectrique ayant une constante diélectrique équivalente qui est sensiblement égale à celle du matériau diélectrique des couches extrêmes et deux parties latérales en un second matériau diélectrique ayant une constante diélectrique équivalente qui est faible par rapport à celle du matériau diélectrique des couches extrêmes. Conformément à la présente invention, les premier et second matériaux diélectriques sont identiques, les valeurs différentes des constantes diélectriques étant obtenues par des volumes différents résultant d'évidements pratiqués dans les parties latérales. La partie centrale de chaque élément unitaire a généralement la forme d'une brique dont les deux côtés principaux supportant les parties latérales et les quatre côtés latéraux sont des surfaces planes dont les intersections sont des arêtes rectilignes. Afin de faciliter l'assemblage des éléments unitaires sur la surface d'un radôme de forme conique ou ogivale, il est prévu que les quatre côtés latéraux de la partie centrale soient des surfaces courbes dont les intersections avec les surfaces planes des côtés principaux qui supportent les parties latérales de l'élément unitaire sont des arêtes courbes. Dans une forme préférée de réalisation des parties latérales de l'élément unitaire, celles-cl ont une forme de cheminée reposant sur les côtés principaux de la partie centrale. Les sections transversales de la cheminée peuvent avoir différentes formes. L'épaisseur de la partie centrale ainsi que celle des parties latérales qui définissent l'écartement entre les couches extrêmes varie selon la position de l'élément unitaire sur la surface du radôme par rapport à celle de l'antenne du radar à laquelle est associé le radôme. Afin de faciliter la mise en oeuvre des éléments unitaires sur le radôme, chaque partie centrale est percée d'un trou dans lequel vient s'enfiler un fil de manière à enchainer les éléments unitaires et les disposer sur le radôme suivant des tours d'hélice successifs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation en relation avec les dessins en annexe dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective cavalière, partiellement découpée, d'une paroi plane pour radôme selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en perspective cavalière d'un élément unitaire de l'âme centrale de la paroi pour radôme selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 d'un élément unitaire de l'âme centrale de la paroi pour radôme selon la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2 d'un élément de l'âme centrale de la paroi pour radôme selon la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe d'un élément de l'âme centrale de la paroi pour radôme selon la présente invention, vue en coupe correspondant à une autre forme possible d'une partie latérale de l'âme centrale; - la figure 6 est une vue en perspective cavalière d'un radôme de forme ogivale comportant une paroi selon la présente invention et, - la figure 7 est une vue en coupe élargie d'un tour d'hélice d'éléments unitaires du radôme de la figure 6 comportant une paroi selon la présente invention. Une paroi pour radôme selon la présente invention comprend (figure 1) deux couches ou peaux, l'une intérieure 1 et l'autre extérieure 2 en matériau diélectrique qui sont réalisées de manière classique en stratifié par moulage suivi éventuellement par un usinage. Les deux couches extrêmes 1 et 2 sont séparées l'une de l'autre par une âme centrale 3 également en matériau diélectrique qui est constituée d'une pluralité d'éléments unitaires 4 en dominos juxtaposés l'un à l'autre. Chaque élément unitaire 4 comprend (figures 2 et 3) une partie centrale 5 flanquée de deux parties latérales 6 et 7. La partie centrale 5, habituellement pleine, a la forme d'une brique dont les côtés principaux 13 et 14 supportent les parties latérales 6 et 7 et dont les côtés latéraux 8, 9, 10 et 11 peuvent être courbés et bombés. Cette partie centrale 5 est constituée d'un matériau diélectrique dont la constante diélectrique a une valeur proche de celle du matériau diélectrique des couches extrêmes 1 et 2. Dans le cas o la partie centrale 5 n'est pas pleine, notamment lorsqu'elle est percée d'un trou 12 dont l'usage sera décrit ci-après, la constante diélectrique devra être calculée en tenant compte de la présence de ce trou et on obtiendra une valeur équivalente de la constante diélectrique. Chaque partie latérale 6 ou 7, disposée respectivement sur un côté principal 13 ou 14 de la partie centrale 5, est en fait un prolongement de cette partie centrale dans laquelle on a enlevé du matériau diélectrique de manière a obtenir une valeur équivalente de la constante diélectrique qui soit plus faible que celles de la partie centrale 5 et des couches extrêmes 1 et 2. Après enlèvement du matériau diélectrique, les parties latérales 6 et 7 peuvent avoir des formes diverses telles que celle montrée en section transversale uniquement sur la figure 5. Dans les deux cas, la forme générale est celle d'une cheminée ayant une paroi interne 17 cylindrique à section circulaire tandis que la paroi externe 18 est A section carrée ou rectangulaire (figures 2, 3 et 4) ou encore à section circulaire (figure 5). Sur les figures 2 et 3, les éléments unitaires 4 ont la forme de briques à côtés latéraux 8 à 11 coubés et bombés, mais il est clair que ces côtés latéraux peuvent être droits (figure 1), concaves ou un mélange des différentes formes ci-dessus indiquées pour tenir compte, par exemple, des contraintes de leur assemblage sur la surface du radôme, qui peut être conique ou ogivale ou d'une autre forme. Egalement, les différents côtés principaux et latéraux de la partie centrale 5 sont en général, si l'on fait abstraction de la courbure et du bombage, des carrés ou des rectangles mais ces formes peuvent être légèrement modifiées selon la position de l'élément unitaire sur la surface du radôme. De manière générale, les intersections des côtés principaux 13 et 14, d'une part, et des côtés latéraux 8 à 11, d'autre part, sont des arêtes qui peuvent être toutes rectilignes ou toutes courbes ou encore certaines rectilignes et d'autres courbes. Les dimensions de chaque élément unitaire, notamment son épaisseur suivant l'axe Z'Z, dépendent de plusieurs facteurs qui sont principalement la longueur d'onde d'émission du radar, la constante diélectrique du matériau utilisé et l'angle d'incidence moyen sur cet élément de l'onde émise par le radar, cet angle d'incidence moyen dépendant, bien entendu, de la position dudit élément unitaire sur le radôme par rapport à l'antenne radar. On comprend donc que l'épaisseur de l'élément unitaire suivant l'axe Z'Z de la figure 2, est variable selon la position dudit élément par rapport à l'antenne radar. En ce qui concerne la dimension de l'élément unitaire suivant l'axe du trou 12, c'est-à-dire l'axe Y'Y, ainsi que suivant l'axe orthogonal X'X, il est impératif qu'elle soit de l'ordre de la demi- longueur d'onde correspondant à la fréquence maximum d'utilisation du radar pour tenir compte du mode d'assemblage des éléments unitaires qui sera décrit en relation avec les figures 6 et 7. Chaque élément unitaire peut être fabriqué individuellement aux formes, dimensions et tolérances requises par moulage, thermoformage ou usinage. Pour faciliter leur mise en place au cours de la réalisation du radôme, il est proposé de les chaîner par un fil traversant le trou 12, d'enrouler ensuite cette chaîne en tours d'hélice successifs 16 (figure 6) sur la couche intérieure 1 du radôme 15 puis à la recouvrir de la couche extérieure 2 par pressage à l'épaisseur requise. Comme le montre la figure 7, qui est une coupe du radôme 15 de la figure 6 dans le plan d'une hélice de la chaîne d'éléments unitaires, ces éléments unitaires constituent un réseau qui reçoit un rayonnement radioélectrique, réseau qui a une périodicité égale aux dimensions de l'élément unitaire suivant les axes XX' et YY'. C'est pour éviter les effets radioélectriques dus à ce réseau que les dimensions de l'élément unitaire suivant les axes X'X et Y'Y doivent être de l'ordre de la demi-longueur d'onde correspondant à la fréquence maximum du radar associé au radôme. Comme on l'a indiqué ci-dessus, ce sont les dimensions des éléments unitaires 4, notamment leur épaisseur suivant l'axe Z'Z, qui déterminent les caractéristiques radioélectriques du radôme , dimensions qui peuvent être obtenues avec précision, ce qui permet de réaliser un radôme dont on maîtrise les épaisseurs locales. A ce sujet, il est à remarquer que pour fabriquer des radômes à multicouches diélectriques de l'art antérieur, on cherchait à respecter les tolérances d'épaisseur au travers de tolérances de forme du radôme lui-même, c'est-dire des tolérances de moulage et d'usinage de gros volumes, ce qui est très difficile à atteindre. Selon l'invention, les tolérances à respecter sont celles liées aux éléments unitaires de petites dimensions et sont de ce fait plus faciles à atteindre. En outre et, par voie de conséquence, une bonne reproductibilité des i caractéristiques du radôme peut être obtenue sans difficulté majeure ce qui n'est pas le cas quand il s'agit de façonner des volumes importants. L'invention a été décrite en relation avec un exemple particulier de réalisation illustré par les différentes figures; cependant, elle n'est pas limitée à cet exemple et couvre de nombreuses variantes autres que celles indiquées, notamment en ce qui concerne les formes des parties centrale 5 et latérales 6 et 7 des éléments unitaires 4 de l'âme centrale 3 de la paroi. Il en est de même des diverses solutions pour assembler les éléments unitaires 4 entre eux et avec les couches intérieure 1 et extérieure 2 et de leur influence éventuelle sur la structure et la forme desdits éléments unitaires 4, notamment les formes des côtés latéraux 8 à 11 et des parties centrales 6 et 7 ainsi que la présence ou l'absence de trous tels que celui référencé 12. Une autre variante serait de réunir plusieurs éléments unitaires pour former une brique d'ordre supérieur. Ce regroupement permettrait de réduire le nombre d'éléments à réaliser et à juxtaposer pour constituer la paroi. Cette solution serait à retenir si le diamètre d'enroulement de l'hélice d'éléments unitaires de radôme décrit en figure 7 variait lentement le long de la génératrice du radôme. REVENDICATIONS 1. Paroi pour radôme, caractérisée en ce qu'elle comprend deux couches extrêmes (1 et 2), en matériau dielectrique, séparées par une âme centrale (3) constituée d'une pluralité d'éléments unitaires (4) en matériau diélectrique. 2. Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément unitaire (4) de l'âme centrale (3) comprend une partie centrale (5) en un premier matériau diélectrique ayant une constante diélectrique équivalente qui est sensiblement égale à celle du matériau diélectrique des couches extrêmes (1 et 2) et deux parties latérales (6 et 7) en un matériau diélectrique ayant une constante diélectrique équivalente qui est faible par rapport à celle du matériau diélectrique des couches extrêmes (1 et 2). 3. Paroi selon la revendication 2, caractérisée en ce que les premier et second matériaux diélectriques constituant respectivement les parties centrale (5) et latérale (6 et 7) de l'âme centrale (3) sont identiques, les valeurs différentes des constantes diélectriques équivalentes étant obtenues par des volumes différents de l'unique matériau diélectrique. 4. Paroi selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie centrale (5) est pleine et en ce que les parties latérales (6 et 7) présentent des évidements de manière à avoir un volume de matériau diélectrique plus faible que celui de la partie centrale (5). 5. Paroi selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie centrale (5) est partiellement creuse et en ce que les parties latérales (6 et 7) présentent des évidements de manière à avoir un volume de matériau diélectrique plus faible que celui de la partie centrale (5). 6. Paroi selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la partie centrale (5) a la forme d'une brique dont les deux côtés principaux (13 et 14) qui supportent les parties latérales (6 et 7) et les quatre côtés latéraux (9 à 11) sont des surfaces planes dont les intersections sont des arêtes rectilignes. 7. Paroi selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la partie centrale (5) a la forme d'une brique dont les deux côtés principaux (13 et 14) qui supportent les parties latérales (6 et 7) sont des surfaces planes et dont les quatre côtés latéraux (9 à 11) sont des surfaces courbes, les intersections de ces différentes surfaces (9 à 11, 13 et 14) étant des arêtes courbes. 8. Paroi selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les parties latérales (6 et 7) de l'àme centrale (3) ont une forme de cheminée. 9. Paroi selon la revendication 8, caractérisée en ce que la paroi interne de la cheminée est une surface cylindrique dont la directrice est un cercle. 10. Paroi selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que la paroi externe (18) de la cheminée est une surface cylindrique dont la directrice est un carré, un rectangle ou un cercle. 11. Paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'âme centrale (3) varie selon la position de l'élément unitaire (4) sur la surface du radôme (15) par rapport à celle de l'antenne du radar à laquelle est associé le radôme. 12. Radôme caractérisé en ce qu'il comprend une paroi selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Radôme selon la revendication 12 dans lequel la partie centrale (5) est en partie creuse selon la revendication 5, caractérisé en ce que cette partie centrale (5) est percée d'un trou (12) dans lequel vient s'enfiler un fil (19) de manière a enchaîner les éléments unitaires (4) pour les mettre en place sur la couche intérieure (1) du radôme suivant des tours d'hélice successifs (16). 14. Radôme selon la revendication 13, caractérisé en ce que la longueur du trou (12) ainsi que la dimension de l'élément unitaire suivant l'axe X'X orthogonal au trou (12) sont de l'ordre de la demi-longueur d'onde correspondant à la fréquence maximum d'utilisation du radar auquel est associé le radôme.