(57)【要約】【課題】空力特性を向上させながら電波透過損失の増加を抑制できる飛しょう体用レドームを得る。【解決手段】飛しょう体用レドーム１００は、単層構造のレドーム１と、レドーム１の内部に設けられるアクティブフェーズドアレイアンテナ２とを備え、レドーム１は、レドーム１のアクティブフェーズドアレイアンテナ２側の根元部１ａからレドーム１のアクティブフェーズドアレイアンテナ２とは反対側の先端部１ｂに向かうに従いレドーム１の厚みが連続的に厚くなる形状であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層構造のレドームと、
前記レドームの内部に設けられるアンテナと
を備え、
前記レドームは、前記レドームの前記アンテナ側の根元部から前記レドームの前記アンテナとは反対側の先端部に向かうに従い前記レドームの厚みが連続的に厚くなる形状であることを特徴とする飛しょう体用レドーム。
【請求項２】
単層構造のレドームと、前記レドームの内部に設けられるアンテナとを備える飛しょう体用レドームの設計方法であって、
前記レドームの前記アンテナ側の根元部から前記レドームの前記アンテナとは反対側の先端部までの前記レドームの厚みを均一とした状態で、前記アンテナから出射されるビーム指向角を変化させたときに変化後のビーム指向角毎に測定されるレドーム損失が最小となる肉厚を求める工程と、
前記ビーム指向角毎にレドーム損失が最小となる肉厚を用いて多項式で近似したレドームの断面形状を決める工程と
を含むことを特徴とする飛しょう体用レドームの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波誘導により飛しょうする飛しょう体に設けられた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設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波誘導装置を備えた飛しょう体は、飛しょう体本体と、飛しょう体本体の先端に設けられたアンテナと、アンテナを保護するレドームとを備える。特許文献１に開示されるレドームは、構造体としての強度を確保しながら電波透過損失を低減するために、比誘電率が空気に近い発泡材のような構造体を複数積層したサンドイッチ構造体により形成されている。
【０００３】
ここで、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、耐熱温度が高く、かつ、熱膨張係数が低い（例えば5×10-6/℃）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。しかしながらセラミックスは薄膜化が困難なため、特許文献１に開示される積層構造のレドームにセラミックスを用いることは困難である。このようなことから特許文献２に開示される飛しょう体用レドームには、レドームの材料の比誘電率と使用電波の周波数とから決まる波長の１／２の整数倍の厚さで構成される単層レドームが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５７２５１７号公報
【特許文献２】特許第３６９５０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
飛しょう体用レドームは、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。飛しょう体本体の直径を「Ｄ」とし、飛しょう体本体の延伸方向のレドーム長を「Ｌ」としたとき、レドームがどの程度尖った形状をしているかを示す指標「Ｌ／Ｄ」の値は、従来では「２」とされていたが、近年では飛しょう体の速度向上と飛しょう体の飛しょう距離の延伸とを図るため「３」以上とされている。
【０００６】
しかしながらレドームの形状は、「Ｌ／Ｄ」の値が大きくなるほど尖った形状となるため、アンテナから放射された電波のレドーム先端部への入射角は、「Ｌ／Ｄ」の値が大きくなるほど大きくなる。さらに、電波のレドーム先端部への入射角と電波のレドーム根元部への入射角との差をレドームへの入射角度範囲と定義したとき、「Ｌ／Ｄ」の値が大きくなるほど入射角度範囲が広くなる。そのため、従来用いられているレドーム材料の比誘電率と使用電波の周波数とから決まる波長の１／２の整数倍の厚さで構成される特許文献２の単層レドームでは、レドームによる電波透過損失が大幅に増加するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空力特性を向上させながら電波透過損失の増加を抑制できる飛しょう体用レドームを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、単層構造のレドームと、レドームの内部に設けられるアンテナとを備え、レドームは、レドームのアンテナ側の根元部からレドームのアンテナとは反対側の先端部に向かうに従いレドームの厚みが連続的に厚くなる形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る飛しょう体用レドームは、空力特性を向上させながら電波透過損失の増加を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る飛しょう体用レドームの断面図
【図２】比較例に係る飛しょう体用レドームの断面図
【図３】肉厚をパラメータとするレドーム損失の一例を示す図
【図４】実施の形態に係る飛しょう体用レドームにおけるレドーム損失と、比較例に係る飛しょう体用レドームにおけるレドーム損失とを示す図
【図５】実施の形態に係る飛しょう体用レドームの変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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設計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。
【００１２】
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断面図である。飛しょう体用レドーム１００は、目標に向けて電波誘導で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は、単層構造のレドーム１と、レドーム１の内部に設けられ目標を探知するためのアクティブフェーズドアレイアンテナ２とを備える。
【００１３】
以下では、アクティブフェーズドアレイアンテナ２を単に「アンテナ２」と称する場合がある。アンテナ２は、レドーム１の内部において、不図示の飛しょう体本体部寄りに設けられている。
【００１４】
レドーム１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。空力加熱は、空気の圧縮及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。
【００１５】
レドーム１は、アンテナ２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し易い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。図示例のレドーム１は、セラミックスのような材料で構成される単層レドームである。
【００１６】
レドーム１の根元部１ａ寄りの肉厚を「ａ１」とし、レドーム１の先端部１ｂ寄りの肉厚を「ａ２」としたとき、レドーム１の肉厚は、ａ１＜ａ２の関係性を有する。またレドーム１は、レドーム１の機軸方向３において根元部１ａから先端部１ｂに向かうに従い肉厚が連続的に厚くなるように形成されている。
【００１７】
肉厚は、レドーム１の内周面１ｃから外周面１ｄまでの最短距離での厚みである。機軸方向３は、レドーム１の径方向と直交する方向に等しい。根元部１ａは、機軸方向３におけるレドーム１のアンテナ２側の部分である。先端部１ｂは、機軸方向３におけるレドーム１のアンテナ２とは反対側の部分である。
【００１８】
図１に示す「α」はアンテナ２のビーム指向角を表し、ビーム指向角αは、アンテナ２のビーム出射面２ａの法線に対する出射ビーム２ｂの出射角である。図１に示す「β」はアンテナ２から放射された電波のレドーム１への入射角を表す。入射角βは、レドーム１の内周面１ｃの法線に対する出射ビーム２ｂの入射角である。
【００１９】
図２は比較例に係る飛しょう体用レドームの断面図である。図１に示す実施の形態に係る飛しょう体用レドーム１００と、図２に示す比較例に係る飛しょう体用レドーム１００Ａとの相違点は、飛しょう体用レドーム１００Ａは、レドーム１Ａの肉厚がａ１＝ａ２の関係性を有することである。すなわちレドーム１Ａは、機軸方向３において根元部１ａから先端部１ｂまでの肉厚が均一となるように形成されている。
【００２０】
図３は肉厚をパラメータとするレドーム損失の一例を示す図である。図３の横軸はアンテナ２のビーム指向角αを表し、縦軸はレドーム損失を表す。図３では、図２に示されるレドーム１Ａのように根元部１ａから先端部１ｂまでの肉厚が均一のレドームにおいて、肉厚全体を相対的に厚くした場合のビーム指向角αに対するレドーム損失と、肉厚全体を相対的に薄くした場合のビーム指向角αに対するレドーム損失とが示される。
【００２１】
実線は、特定の厚みのレドーム１Ａ１でビーム指向角αを変化させた場合のレドーム損失である。点線は、レドーム１Ａ１よりも肉厚を厚くしたレドーム１Ａ２でビーム指向角αを変化させた場合のレドーム損失である。一点鎖線は、レドーム１Ａ１よりも肉厚を薄くしたレドーム１Ａ３でビーム指向角αを変化させた場合のレドーム損失である。
【００２２】
図３によれば、根元部１ａから先端部１ｂまでの肉厚が均一である高Ｌ／Ｄかつ単層のレドーム１Ａは、入射角βが大きくなる先端部１ｂ寄りの部分では、根元部１ａと比較して肉厚が厚くなるほどレドーム損失が小さくなり、入射角βが小さくなる根元部１ａ寄りの部分では、先端部１ｂと比較して肉厚が薄くなるほどレドーム損失が小さくなる。
【００２３】
図４は実施の形態に係る飛しょう体用レドームにおけるレドーム損失と、比較例に係る飛しょう体用レドームにおけるレドーム損失とを示す図である。図４の横軸はビーム指向角αを表し、縦軸はレドーム損失を表す。実線は、実施の形態に係るレドーム１でビーム指向角αを変化させた場合のレドーム損失である。点線は、図３に示す肉厚を薄くしたレドーム１Ａ３でビーム指向角αを変化させた場合のレドーム損失である。
【００２４】
図４に示すようにレドーム１のレドーム損失は、ビーム指向角αの変化に対して、レドーム１Ａ３のレドーム損失よりも抑制されていることが分かる。
【００２５】
次に、実施の形態に係るレドーム１の設計方法を説明する。前述したように実施の形態に係るレドーム１は、「Ｌ／Ｄ」の値が大きい高Ｌ／Ｄレドームであり、レドーム１への入射角βが広く、かつ、レドーム１への入射角度範囲が広い。また実施の形態に係るレドーム１は、誘電率が低く電波を透過し易いセラミックスのような材料で構成される単層レドームである。
【００２６】
図３で説明したように、根元部１ａから先端部１ｂまでの肉厚が均一である高Ｌ／Ｄかつ単層のレドーム１Ａは、入射角βが大きくなる先端部１ｂ寄りの部分では、根元部１ａと比較して肉厚が厚くなるほどレドーム損失が小さくなり、入射角βが小さくなる根元部１ａ寄りの部分では、先端部１ｂと比較して肉厚が薄くなるほどレドーム損失が小さくなる。そのため、肉厚を均一にした状態でビーム指向角αを変化させ、ビーム指向角αを変化させたときに測定されるレドーム損失が最小となる肉厚を求め、ビーム指向角α毎にレドーム損失が最小となる肉厚を用いて多項式近似、例えば６次の多項式により、レドームの断面形状を決めることができる。
【００２７】
図４に示すように、上記の設計方法を適用して製造した実施の形態に係るレドーム１は、ビーム指向角αの変化に対してレドーム損失の平均値が低い値となる比較例に係るレドーム１Ａ３に比べて、ビーム指向角αの変化に対するレドーム損失が低い値を示す。従って実施の形態に係るレドーム１では電波透過損失の増加を抑制できる。また実施の形態に係るレドーム１は、高Ｌ／Ｄであるため空力特性を改善でき、飛しょう体の速度向上と飛しょう体の飛しょう距離の延伸とを実現できる。
【００２８】
図５は実施の形態に係る飛しょう体用レドームの変形例を示す図である。図５に示す飛しょう体用レドーム１００Ｂ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１００Ｂではアンテナ２の代わりにジンバル駆動式アンテナ２Ａが用いられていることである。飛しょう体用レドーム１００Ｂは、ジンバル駆動式アンテナ２Ａを用いた場合でも飛しょう体用レドーム１００と同様の効果が得られる。
【００２９】
以上に説明したように実施の形態に係る飛しょう体用レドーム１００は、単層構造のレドーム１と、レドーム１の内部に設けられるアクティブフェーズドアレイアンテナ２とを備え、レドーム１は、レドーム１のアンテナ２側の根元部１ａからレドーム１のアンテナ２とは反対側の先端部１ｂに向かうに従いレドーム１の厚みが連続的に厚くなる形状である。これにより、空力特性を向上させながら電波透過損失の増加を抑制できるという効果を奏する。
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ，１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３  レドーム、１ａ  根元部、１ｂ  先端部、１ｃ  内周面、１ｄ  外周面、２  アクティブフェーズドアレイアンテナ、２Ａ  ジンバル駆動式アンテナ、２ａ  ビーム出射面、２ｂ  出射ビーム、３  機軸方向、１００，１００Ａ，１００Ｂ  飛しょう体用レドーム。
【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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