(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエーテルイミド発泡材のコアと、このコアの両面を挾むシアネート樹脂のＦＲＰ製面板が、一体化されてサンドイッチ構造体となっていることを特徴とする飛行体用レドームの構成材料。
【請求項２】
ポリエーテルイミド発泡材のコアと、このコアの両面を挾むシアネート樹脂のＦＲＰ製面板が、交互に配され一体化されて複数層のサンドイッチ構造体となっていることを特徴とする飛行体用レドームの構成材料。
【請求項３】
請求項１又は２記載の飛行体用レドームの構成材料において、サンドイッチ構造体のコアのポリエーテルイミド発泡材が、密度５０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３であり、シアネート樹脂のＦＲＰ製面板が、シアネート樹脂を重量比で３０％〜６０％含有したプリプレグで製造したＦＲＰ製面板であることを特徴とする飛行体用レドームの構成材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の飛行体用レドームの構成材料において、サンドイッチ構造体のシアネート樹脂のＦＲＰ製面板における強化繊維が、ガラス繊維又は石英繊維であることを特徴とする飛行体用レドームの構成材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機や飛行船等の飛行体に使用するレドームの構成材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機や飛行船等の飛行体は、航法設定や情報交換のための地上や衛星との電波のやり取りや対物走査のためのレーダー等の電波の送受信システムを必要とする。一般的に図７に示すようにそれらの電波送受信システム１０は、外部との電波１１の送受信を行うために機体の表面に設置されることから、電波送受信システム１０を厳しい飛行環境から保護するレドーム１２が必要となる。図８に一般的な航空機に設置されるレドームの代表的な位置を示す。レドームは主に電波の送受信方向により、鼻部１３、背部１４、腹部１５および尾部１６等に設置される。また、設置場所の制約や機体の影響を受け難くするために、できる限り離れた端部に設置したいとの要求から、主翼、尾翼等の翼端１７に設置されることもあり、その場合には翼端１７内に電波送受信システムが埋め込まれ、翼端１７の壁面自身がレドームとして使用される場合もある。いずれの場合のレドームにしても、航空機の部品であることから軽量であることの要求のほかに、電波送受信システムを厳しい飛行環境から保護するために、電波特性としては電波透過率に優れること、機械的な特性としては空力的な荷重や異物の衝突荷重に耐える強度特性、温度変化や湿潤環境に対する耐候性や雨滴や塵等との高速衝突に耐えるエロージョン特性が求められる。
【０００３】
従来より航空機の機体構造材としては、軽量かつ高強度であるために、ハニカムコアと繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製面板からなるサンドイッチ構造体が多用されている。特にレドームでは、主に電波特性の要求から図９に示すようにガラス繊維ＦＲＰ製のハニカムコア１８と、エポキシ樹脂とガラス繊維のＦＲＰ製面板１９からなるサンドイッチ構造体２０が一般的に採用されている。また、適用場所や形状により雨滴等による表面損傷が起こると予想される鼻部等のレドームに対しては、数１００μｍといった非常に厚い主にウレタン製の耐エロージョン用塗装２１が施されている。
【０００４】
ところが、これらの材料構成からなるレドームには、地上と成層圏を往復する間に大きな環境変化（１気圧、プラス４０℃から１／１０気圧、マイナス５４℃）を伴う長期運用により、下記の問題があることが判ってきた。
▲１▼  運用中の吸湿によりエポキシ樹脂とガラス繊維のＦＲＰ面板１９の強度が劣化する。
▲２▼  耐エロージョン用塗装２１やＦＲＰ製面板１９での微細な割れの発生により、ハニカムコア１８内に湿気を含む空気が侵入し、その水分の結露→凝固→結露の悪循環により、ハニカムコア１８内が徐々に浸水する。
▲１▼の問題点については、予めこの強度劣化を見込んだ上で設計する必要があるため、バージン強度を確保する場合、厚板構造とする必要があり、重量とコストの点で不利である。また、▲２▼の問題は、特に航空機性能を劣化させる重量増加やレーダー特性を劣化させる電波透過性の劣化等を引き起こし、最終的には浸水の凍結によるハニカムコア１８とＦＲＰ製面板１９の剥離を生じ、飛行安全性が損なわれることから、航空機を運航するユーザーにとっても大きな問題となっている。従って、▲１▼定期点検にて検出されるハニカムコア１８内の浸水はセル毎に、ＦＲＰ製面板１９の穴明け→水抜き→穴ふさぎといった非常に手間のかかる補修を必要とするとともに、▲２▼補修個所は板厚や重量増となるために補修によりレドームとしての本来の特性を取り戻すことは原理的に不可能である。
【０００５】
また、根本的にガラス繊維ＦＲＰ製のハニカムコア１８を用いたサンドイッチ構造体２０では、下記の問題点があり、理想的なレドームを製作することは不可能であった。
▲１▼  膜厚大（数１００μｍ）のウレタン製の耐エロージョン用塗装２１の電波透過性は極めて悪く、電波送受信システム全体の感度を低下させる大きな原因となっている。
▲２▼  ガラス繊維ＦＲＰ製のハニカムコア１８について、厚み方向の機械加工が困難であることと、ハニカムコア１８のセル壁の影響により電波特性に異方性があることから、レドーム壁面全体の電波透過率を一定にすることができなかった。
▲３▼  特に数ＧＨｚから４０ＧＨｚといった高周波領域を含む広帯域用のレドームの場合には、図１０に示すようにハニカムコア１８とＦＲＰ製面板１９を複数層化することが原理的に有効であること（＝各層間の電波の透過・反射を利用して適した周波数帯を広げること）が知られているが、ハニカムコア１８の場合には、異層に配置されるハニカムのセル（＝ガラス繊維ＦＲＰ壁面）の位置が規則性無くずれることから、複数層からなるレドームを実現することは不可能であった。
▲４▼  航空機の背部や腹部や尾部に設置するレドームの場合、できるだけ電波透過性を稼ぐためにハニカムのセル壁に電波が通らないようにするには、図１１に示すようにレドーム２２の壁面を機体２３に対して大きい迎え角度にて装着する必要があり、レドーム２２は機体２３の飛行方向から気流２４を受け、空気抵抗による運行性能の低下（最高速度や燃費の低下）を引き起こす。
▲５▼  ガラス繊維ＦＲＰ製のハニカムコア１８は元々成形が難しく、翼端形状のような三次元の形状で曲率が小さな部品形状の成形加工が不可能であり、このような形状品にはソリッドのＦＲＰ構造体が使用されているが、重量的にハンディがあるとともに、電波透過特性も悪くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、従来の構成材料では実現不可能であった優れた性能の飛行体用レドームを得ることのできる構成材料を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明による飛行体用レドームの構成材料の１つは、ポリエーテルイミド発泡材のコアと、このコアの両面を挾むシアネート樹脂のＦＲＰ製面板が、一体化されてサンドイッチ構造体となっていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明による飛行体用レドームの構成材料の他の１つは、ポリエーテルイミド発泡材のコアと、このコアの両面を挾むシアネート樹脂のＦＲＰ製面板が、交互に配され一体化されて複数層のサンドイッチ構造体となっていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記の飛行体用レドームの各構成材料において、サンドイッチ構造体のコアのポリエーテルイミド発泡材は、密度５０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３であることが好ましく、シアネート樹脂のＦＲＰ製面板は、シアネート樹脂を重量比で３０％〜６０％含有したプリプレグで製造したＦＲＰ製面板であることが好ましい。
【００１０】
上記の飛行体用レドームの各構成材料において、サンドイッチ構造体のシアネート樹脂のＦＲＰ製面板における強化繊維は、ガラス繊維又は石英繊維であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による飛行体用レドームの構成材料の１つの実施形態を図１によって説明すると、１はポリエーテルイミド発泡材コアで、このコア１の両面にシアネート樹脂のＦＲＰ製面板２，２′が一体化されてサンドイッチ構造体３となっている。このサンドイッチ構造体３は、ポリエーテルイミド発泡材コア１の気泡が独立気泡であることから、化学的のみならず物理的にも内部に水が進入することがなく、従来のハニカムコアのサンドイッチ構造体で大問題となっている浸水を防ぐことができる。また、ポリエーテルイミド発泡材コア１は、任意の板厚の平板の状態で成形型に高温で押し付け、加圧成形できるので、三次元の曲面成形用型治具を用いて三次元の曲面板に成形することが容易で、しかも加工性に優れる（カッターにて切断可能、研摩紙にて仕上げ可能等）ことから、翼端等の曲率小の複雑形状の飛行体用レドームを実現する上で好適なサンドイッチ構造体３といえる。さらに、ポリエーテルイミド発泡材コア１は、従来のガラス繊維製のハニカムコアと比較して、下記の表１に示すように航空機のレーダーシステムとしてよく使われている１０ＧＨｚの電波に対して比誘電率が数割低く、誘電損は数分の１であり、電波特性に優れていることが判る。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
このポリエーテルイミド発泡材コア１は、下記の表２に示すように５ＧＨｚから４０ＧＨｚといった広帯域の電波に対しても安定な比誘電率と誘電損の値を持ち、高分解能が要求される高周波数領域を含む広帯域用の素材として好適な特性を有する。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
本発明の飛行体用レドームの構成材料の他の１つの実施形態を図２によって説明すると、この構成材料はポリエーテルイミド発泡材コア１と、このコア１の両面を挾むシアネート樹脂のＦＲＰ製面板２が交互に配され一体化されて複数層のサンドイッチ構造体３′となっているものである。この複数層のサンドイッチ構造体３′も前述のようにポリエーテルイミド発泡材コア１が５ＧＨｚから４０ＧＨｚといった高周波数領域を含む広帯域の電波に対して安定な比誘電率と誘電損の値を持ち、電波特性に優れているので、高性能の飛行体用レドームを実現する上で好適な構成材料といえる。
【００１６】
上記本発明の飛行体用レドームの各構成材料において、サンドイッチ構造体３のコア１のポリエーテルイミド発泡材は、密度５０ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３であることが好ましい。この限定理由について説明すると、下限の密度５０ｋｇ／ｍ３は、図３のポリエーテルイミド発泡材の密度と高温圧縮強度（２００℃）との関係を示すグラフで判るように、コアの成形時の温度（２００℃）にて成形圧力（約１ｋｇｆ／ｃｍ２）に耐えるには、５０ｋｇ／ｍ３以上の密度のコアが必要であることから決定した。上限の密度８０ｋｇ／ｍ３は、従来レドームに使用されているガラスＦＲＰ製のハニカムコアの密度が、７２ｋｇ／ｍ３〜８０ｋｇ／ｍ３であることから、この上限の８０ｋｇ／ｍ３を超える密度のポリエーテルイミド発泡材を使用することは、従来材に対して重量的なメリットがなくなることから決定した。
【００１７】
また、上記本発明の飛行体用レドームの構成材料において、サンドイッチ構造体３のＦＲＰ製面板２，２′のシアネート樹脂の含有量は、重量比で３０％〜６０％であることが好ましい。この限定理由について説明すると、下限の重量比３０％は、図４のシアネート樹脂プリプレグの樹脂含有率とＦＲＰの繊維体積率との関係を示すグラフで判るように、航空機用に使われるＦＲＰの繊維体積率が通常６０ｖｏｌ％前後であることからすると、シアネート樹脂のプリプレグにおいては、３０ｗｔ％程度の樹脂含有率が必要となることから決定した。しかも実際にはコア１の表面の気泡をシアネート樹脂で埋める必要があり、かつ所定の接着強度を得るためには、この３０ｗｔ％が下限の値となる。上限の重量比６０％について詳述すると、図５のａに示すようにポリエーテルイミド発泡材コア１の表面に露出している発泡穴４を、ＦＲＰ製面板２，２′（図１参照）となるプリプレグ５中のシアネート樹脂６で図５のｂに示すように埋める必要がある。この埋めるべきコア１の表面の穴体積は、コア１の密度によって異なるが、気泡の直径は約２００μｍであり、樹脂含有率の上限として考えるならば、１枚のプリプレグ５に下記の２点を満足する樹脂を含有する必要がある。
▲１▼  約１００μｍの樹脂膜を形成できる（＝ランダムに存在する約２００μｍの直径の気泡を必ず埋めることができる）。
▲２▼  繊維体積率５５％以上のＦＲＰ製面板を形成できる。
そして、１００μｍの膜厚の樹脂膜を形成するには、図６のシアネート樹脂プリプレグの樹脂含有率と形成可能な樹脂膜厚との関係を示すグラフで判るようにプリプレグ５中には約６０ｗｔ％の樹脂含有率のシアネート樹脂が必要である。
【００１８】
然して、上記本発明の飛行体用レドームの構成材料において、サンドイッチ構造体３のシアネート樹脂のＦＲＰ製面板２，２′における強化繊維は、ガラス繊維又は石英繊維であることが好ましい。シアネート樹脂を使用したＦＲＰ製面板２，２′は、下記の表３で判るように従来材料であるガラス繊維強化エポキシ樹脂製面板に比べ室温（ＲＴＤ）の強度に優れる。特に、設計時の強度標定となる吸湿後の高温強度特性（ＨＴＷ）は非常に優れており、室温強度に対して約８割の強度を保持する。また、シアネート樹脂を使用したＦＲＰ製面板２，２′は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂製面板に比べ比誘電率が低く、誘電損は１／２以下であり、電波特性に優れる。そして同じシアネート樹脂を使用したＦＲＰ製面板２，２′でも強化繊維が石英繊維とガラス繊維によって特性が異なり、石英繊維の方がガラス繊維よりも全般的に特性に優れる。しかし、コストが高いために、必要とされる特性とコストを吟味した上で、強化繊維を石英繊維とガラス繊維の中から選定するとよい。
【００１９】
【表３】
0003548957.tif 000004
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明の飛行体用レドームの構成材料は、強度特性に優れかつ電波特性に優れたシアネート樹脂のＦＲＰ製面板と、これに両面が挾まれた電波特性に優れたポリエーテルイミド発泡材コアとのサンドイッチ構造体から成るので、この構成材料を用いれば数ＧＨｚから４０ＧＨｚの高周波領域を含む広帯域で使用できる高性能の飛行体用レドームを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の飛行体用レドームの構成材料の１つを示す図である。
【図２】本発明の飛行体用レドームの構成材料の他の１つを示す図である。
【図３】ポリエーテルイミド発泡材の密度と高温圧縮強度（２００℃）との関係を示すグラフである。
【図４】シアネート樹脂プリプレグの樹脂含有率とＦＲＰの繊維体積率との関係を示すグラフである。
【図５】ａはポリエーテルイミド発泡材のコアとシアネート樹脂のＦＲＰ面板となるプリプレグとのサンドイッチ化前の状態を示す図、ｂはサンドイッチ化後の状態を示す図である。
【図６】シアネート樹脂プリプレグの樹脂含有率と形成可能な樹脂膜厚との関係を示すグラフである。
【図７】一般的な電波送受信システムとレドームの関係を示す図である。
【図８】一般的な航空機に設置されるレドームの代表的な位置を示す図である。
【図９】ガラス繊維ＦＲＰ製ハニカムコアとガラス繊維強化エポキシ樹脂製面板からなる従来レドームのサンドイッチ構造体を示す図である。
【図１０】ガラス繊維ＦＲＰ製ハニカムコアとガラス繊維強化エポキシ樹脂製面板による複数層のサンドイッチ構造体を示す図である。
【図１１】従来のサンドイッチ構造体によるレドームの機体装着例を示す図である。
【符号の説明】
１  ポリエーテルイミド発泡材コア
２，２′  シアネート樹脂のＦＲＰ製面板
３  サンドイッチ構造体
３′  複数層のサンドイッチ構造体
４  発泡穴
５  プリプレグ
６  シアネート樹脂
１０  電波送信システム
１１  電波
１２  レドーム
１３  航空機の鼻部
１４  航空機の背部
１５  航空機の腹部
１６  航空機の尾部
１７  航空機の翼端
１８  ハニカムコア
１９  ＦＲＰ製面板
２０  サンドイッチ構造体
２１  耐エロージョン用塗装
２２  レドーム
２３  機体
２４  気流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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