(57)【要約】【課題】  航空機から発射される飛しょう体の先端に取付けられるレドームに使用するセラミックは、雨滴の衝突・衝撃に有利な材料を用いているが、耐熱衝撃性が求められるレドームには不利という課題があった。【解決手段】  雨滴の衝突・衝撃に有利であるが熱衝撃上劣っているセラミック材料に、より熱伝導性のよいセラミック材料の小片をある割合でレドームの厚さ方向に嵌め込む・埋め込むことで、雨滴の衝突・衝撃と熱衝撃の両方に有利な飛しょう体用レドームを得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛しょう体に設けられるレドームであって、前記レドームの厚さ方向に前記レドームを形成するレドーム材料よりも高い熱伝導率を有する材料の小片が嵌め込まれ、あるいは前記小片が埋め込まれることを特徴とするレドーム。
【請求項２】
前記小片は前記レドームの内側表面に露出し、前記レドームの外側表面には露出しないことを特徴とする請求項１記載のレドーム。
【請求項３】
前記小片は先が細くなる角度が設けられた形状を有し、前記小片は前記小片の細い先から前記レドームの厚さ方向に嵌め込まれ、あるいは埋め込まれてシリコン系接着剤で固定されることを特徴とする請求項２記載のレドーム。
【請求項４】
前記小片は前記レドームの外側表面に露出し、前記レドームの内側表面には露出しないことを特徴とする請求項１記載のレドーム。
【請求項５】
前記レドームを形成するレドーム材料はコージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）であり、前記小片はシリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のレドーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、飛しょう体用アンテナを保護するレドームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定の目標に向けて電波誘導にて飛しょうする飛しょう体の先端部には、目標を検知するためのレーダ用アンテナが備えられている。飛しょう体の先端部は空力荷重や空力加熱を受けやすい部位であるため、空力抵抗を減らし高速で飛しょうができるように尖った形状（例えばCone、Ogive、Von_Karman形状）とすることが一般的である。また、レドームはレーダ用アンテナが送受信する電波を透過させる必要があることから誘電体材料を使用しなければならない。誘電体材料としては、アルミナ（Al2O3）やコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）、ヒューズドシリカ（SiO2）焼結体などのセラミクスやＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）材などが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３０９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
飛しょう体は数秒間という短い時間で超音速や極超音速などに達して飛しょうするものが多い。レドームは飛しょう体の部位の中で最も熱的環境が厳しい部位の一つであり、大きな空力荷重と大きな空力加熱・熱衝撃を受けることになり、耐熱性・耐熱衝撃性が求められ、強度が高い材料を選択する必要があった。このことから耐熱温度１０００℃以上の誘電体材料であるセラミクスをレドーム材料とすることが一般的である。
【０００５】
また、雨天や雲などの中を飛しょう体が飛しょうする場合、雨滴の衝突・衝撃（レインエロージョン・レインインパクト）が課題となり、特に航空機などに搭載し携行飛行する場合も雨滴の衝突・衝撃が頻繁となるため、この携行飛行時の雨滴の衝突・衝撃に耐えられる材料の選択が必要であった。
【０００６】
これまでは、耐熱性・耐熱衝撃性が求められるレドームの材料としては、熱衝撃に有利なヒューズドシリカ（SiO2）を用いることが多かったが、セラミクスの中では軟らかい材料のため航空機などに搭載し携行飛行する場合の雨滴の衝突・衝撃に不利という課題があった。他方、雨滴の衝突・衝撃の要求が厳しい航空機などに搭載し携行飛行する飛しょう体のレドームの材料としては雨滴の衝突・衝撃に有利なアルミナ（Al2O3）やコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）を用いることが多かったが、耐熱衝撃性がヒューズドシリカ（SiO2）より劣っているため、耐熱衝撃性が求められるレドームに不利という課題があった。
【０００７】
さらに、航空機から発射される飛しょう体は近年速度が速くなり、アルミナ（Al2O3）やコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）では熱衝撃に耐えられない運用が想定されることから、これまで以上に耐熱衝撃に優れた材料や構造にしなければならないという課題があった。また、セラミックレドームの製造工程は複雑で多くの製造設備が必要であることから、飛しょう体の種類毎にセラミック材料を選定した場合、多くの製造設備を用意するばかりか製造工程が多くなり生産性が悪いという課題があった。
【０００８】
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、雨滴の衝突・衝撃に有利な例えばアルミナ（Al2O3）やコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）のセラミックスで作られたレドームに熱伝導がよい別材料の小片を厚さ方向に配置し、あたかもレドームの表裏方向の熱伝導性が改善され耐熱性・耐熱衝撃性が優れたレドームにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るレドームは、飛しょう体に設けられるレドームであって、前記レドームの厚さ方向に前記レドームを形成するレドーム材料よりも高い熱伝導率を有する材料の小片が嵌め込まれ、あるいは前記小片が埋め込まれる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るレドームによれば、アルミナ（Al2O3）やコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）など熱衝撃上劣っているセラミックスで製造したレドームに対し、厚さ方向に熱伝導性のよい別材料で耐熱性のある誘電体材料等の小片を嵌め込む、あるいは埋め込むことにより、レドーム表裏温度差を小さくする、言い換えると見かけ上の熱伝導性がよくなり、熱衝撃を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る飛しょう体用のレドームの構造図である。
【図２】飛しょう体用レドームの見かけ上の熱伝導性が改善される前後の表裏温度差を表した図である。
【図３】飛しょう体用レドームの熱伝導性が改善される前後の発生応力の差を示した図である。
【図４】飛しょう体が高速で飛しょうした場合の飛しょう体用レドームが空力加熱を受ける説明図である。
【図５】飛しょう体が高速で飛しょうした場合の時間と速度を表した図である。
【図６】飛しょう体用レドームの表裏温度差を表した図である。
【図７】飛しょう体用レドームの表裏温度差により発生する熱応力の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る飛しょう体用レドームの構造図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る飛しょう体用レドームの構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図４は飛しょう体１が高速で飛しょうした場合の飛しょう体用レドーム２が空力加熱を受けることを説明した説明図である。図５は飛しょう体１が高速で飛しょうした場合の時間と速度を表した図であり、図６は飛しょう体用レドーム２の表裏温度差を表した図である。
飛しょう体１が飛しょうする場合、飛しょう体１の速度５は一般的に短時間で高速になる。飛しょう体用レドーム２は断熱壁温度（Taw）３と局所熱伝達率（α）４で表現できる空力過熱を短時間で受けることになり、飛しょう体用レドーム２の表面６と裏面７の温度差８は一般的に短時間で大きくなる。
【００１３】
図７は、飛しょう体用レドーム２の表裏の温度差８により発生する熱応力の説明図である。飛しょう体用レドーム２が断熱壁温度（Taw）３と局所熱伝達率（α）４で表現できる空力過熱により生じる表面６と裏面７の温度差８が生じる場合、飛しょう体用レドーム２内で熱応力が発生する。一般的に飛しょう体１が最高速度に達するまでは表面６の方が裏面７よりも温度が高いため、表面６側に圧縮応力９、裏面７側に引張応力１０が発生する。
【００１４】
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２の構造図である。
飛しょう体用レドーム２のレドーム材料１１は雨滴の衝突・衝撃に有利といわれているアルミナ（Al2O3）やコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）等が一般的である。
ここで、実施の形態１に係る飛しょう体用レドーム２では、飛しょう体用レドーム２の厚さ方向にレドーム材料１１よりも熱伝導性のよい別材料で耐熱性のある材料の小片１２を嵌め込む、あるいは埋め込む構造を採る。この構造によって、見かけ上の熱伝導性がよくなる効果を奏する。熱伝導性のよい別材料で耐熱性のある材料としては例えばセラミックが挙げられるが、誘電体の方がさらによい。
効果の一例として、熱伝導率（4.07（W/mK））のコージライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）をレドーム材料１１とし、熱伝導率（10.4（W/mK））のシリコンナイトライド（Si3N4）を面積比５％の熱伝導性のよい別材料で耐熱性のある材料の小片１２とした場合、見かけ上の熱伝導率は0.05×10.4+0.95×4.07＝4.39（W/mK）となり、  0.32（W/mK）改善される。
【００１５】
図２は、実施の形態１に係る飛しょう体用レドーム２の見かけ上の熱伝導性が改善される前後の表裏温度差を表した図である。
図３は飛しょう体用レドーム２の熱伝導性が改善される前後の発生応力の差を示したものである。
熱伝導性が改善される前の表裏温度差１３に対して改善した後は熱の伝わりがよくなるので表裏温度差１４の方が小さくなり、温度上昇の緩和１５に繋がる。このことから、熱伝導性が改善される前の発生応力１６に対して改善後の発生応力１７の方が小さくなり、応力の緩和１８が可能になる。
【００１６】
以上のように、実施の形態１に係る飛しょう体用レドーム２によれば、飛しょう体用レドーム２の厚さ方向にレドーム材料１１よりも熱伝導性のよい別材料で耐熱性のある材料の小片１２を嵌め込む、あるいは埋め込むことにより、応力の緩和１８が可能になり、熱衝撃を緩和することができる。
【００１７】
実施の形態２．
図８（ａ）は本発明の実施の形態２に係る飛しょう体用レドーム１９の構造図である。図８（ｂ）、（ｃ）は小片２２を嵌め込む、あるいは埋め込みをした部分の拡大図である。実施の形態１では、図１に示したように、小片１２が飛しょう体周囲の外気に触れる外表面側まで達していたが、飛しょう体１が高速で飛しょうし、飛しょう体用レドーム１９の表面２０に雨滴が衝突する場合は表面２０が平滑な方が有利である。
実施の形態２に係る飛しょう体用レドーム１９は、飛しょう体用レドーム１９の裏面２１から別材料で耐熱性のある材料の小片２２を嵌め込む、あるいは埋め込みをして、表面２０側に小片２２が貫通しない構造を採る（図８（ｂ）参照）。このように実施の形態２のレドーム構造では、小片２２は裏面２１（レドーム１９の内側表面）に露出し、表面２０（レドーム１９の外側表面）には露出しない。
【００１８】
このように、実施の形態２に係る飛しょう体用レドーム１９によれば、熱衝撃を緩和しながら、外側の表面２０を平滑にすることができる。
【００１９】
また、線膨張係数が異なる飛しょう体用レドーム１９と別材料で耐熱性のある材料の小片２２が温度上昇・降下により隙間２３が生じる、あるいはお互い干渉する場合がある。本実施の形態のレドームでは、この事象を避けるため、図８（ｃ）で示すように、飛しょう体用レドーム１９と別材料で耐熱性のある材料の小片２２に緩やかな角度を設けることと、接合は柔らかい接着剤（例えばシリコン系）２４を用いることにより、耐熱性のある材料の小片２２が僅かに動くことを許容し、発生応力の増大を回避できる効果を奏する。
【００２０】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施形態３に係る飛しょう体用レドーム２５の構造図である。
実施の形態３の飛しょう体用レドームは、飛しょう体用レドーム２５の表面２０側から別材料で耐熱性のある材料の小片２２を嵌め込む、あるいは埋め込みをし、裏面２１に貫通しない構造を採る。このように実施の形態３のレドーム構造では、小片２２は表面２０（レドーム１９の外側表面）に露出し、裏面２１（レドーム１９の内側表面）には露出しない。その他は実施の形態２で使用するものと同じである。
本実施の形態のレドームによれば、空力過熱により高温となる表面２０の温度を裏面２１に早く分散して、表裏温度差を小さくすることができるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００２１】
１  飛しょう体、２  飛しょう体用レドーム、３  断熱壁温度（Taw）、４  局所熱伝達率（α）、５  速度、６  表面、７  裏面、８  温度差、９  圧縮応力、１０  引張応力、１１  レドーム材料、１２  小片、１３  表裏温度差、１４  表裏温度差、１５  温度上昇緩和、１６  発生応力、１７  発生応力、１８  応力の緩和、１９  飛しょう体用レドーム、２０  表面、２１  裏面、２２  小片、２３  隙間、２４  接着剤、２５  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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【図６】
2013247415.tif 000008
【図７】
2013247415.tif 000009
【図８】
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【図９】
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