(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の熱膨張率を有する材料で形成され、飛しょう体本体の先端に配置されるセラミックレドームと、前記セラミックレドームの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料で形成された前記飛しょう体本体と前記セラミックレドームとを結合するリングとを具備した飛しょう体用レドームにおいて、
前記リングは、
前記セラミックレドームに近似する熱膨張率を有しＣＦＲＰを基材とした低熱膨張率の複合材料で形成される第１のシート状基材と前記飛しょう体本体と近似する熱膨張率を有しＧＦＲＰを基材とした高熱膨張率の複合材料で形成される第２のシート状基材とを有し、
前記第１のシート状基材が前記セラミックレドームと飛しょう体本体との間にあって、かつ前記セラミックレドーム側に配置され、
前記第２のシート状基材が前記セラミックレドームと飛しょう体本体との間にあって、かつ前記飛しょう体本体側に配置され、
さらに前記セラミックレドームと前記飛しょう体本体の間で、前記第１のシート状基材に対する前記第２のシート状基材の積層厚比が機軸方向に前記飛しょう体本体に向かって漸次増加する部分を有するように、前記第１、第２のシート状基材が積層されて形成されたことを特徴とする飛しょう体用レドーム。
【請求項２】
所定の熱膨張率を有する材料で形成され、飛しょう体本体の先端に配置されるセラミックレドームと、前記セラミックレドームの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料で形成された前記飛しょう体本体と前記セラミックレドームとを結合するリングとを具備した飛しょう体用レドームにおいて、
前記リングは、
前記セラミックレドームに近似する熱膨張率を有しＣＦＲＰを基材とした低熱膨張率の複合材料で形成される第１の繊維と前記飛しょう体本体と近似する熱膨張率を有しＧＦＲＰを基材とした高熱膨張率の複合材料で形成される第２の繊維とを有してレジントランスファーモールディング法により成形され、
前記第１及び第２の繊維は前記レドームと飛しょう体本体との間にあって、かつ前記セラミックレドーム及び飛しょう体本体側に配置され、
さらに前記セラミックレドームと前記飛しょう体本体の間で、前記第１の繊維に対し前記第２の繊維の配合比が機軸方向に前記飛しょう体本体に向かって漸次増加するように成形されたことを特徴とする飛しょう体用レドーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、飛しょう体のレドームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は飛しょう体用レドームの構造の説明図である。１はセラミックレドーム、２はセラミックレドーム１にはめあい接着されたリング、３はリング２と嵌合され締結固定された飛しょう体本体である。
【０００３】
図６はセラミックレドーム１、リング２、飛しょう体本体３の間で生じる熱応力の発生状態を説明する図であり、セラミックレドーム１、リング２、飛しょう体本体３のつなぎの部分の断面図である。
【０００４】
飛しょう体が超音速で飛しょうすると空力加熱により飛しょう体は加熱される。たとえばマッハ4程度で飛しょう中に先端部の空気温度は1000℃を越え、耐熱性と電波透過性を兼ね備えるレドーム材料はセラミックしか存在しない。セラミックは一般に熱膨張率が低く、１×１０−６から４×１０−６ ／℃程度の値を有する。一方、飛しょう体本体３は軽量化、コストの観点からアルミ合金で製造されることが一般的である。アルミ合金は２０×１０−６程度の値を有する。このようにセラミックレドーム１と飛しょう体本体３の間には大きな熱膨張率の差があり、両者を直接連結した構造においては、空力加熱により温度が上昇すると、大きな熱応力が生じる。そのためセラミックレドーム１と飛しょう体本体３の間に両者の熱応力を緩和するリング２を配置する。
【０００５】
空力加熱を受けたとき、セラミックレドーム１の熱膨張量ア、リング２の熱膨張量イ、飛しょう体本体３の熱膨張量ウは図の矢印のごとくとなり、セラミックレドーム１とリング２間の熱応力エ、リング２と飛しょう体本体３間の熱応力オとがそれぞれの熱膨張量の差に応じて発生する。セラミックレドーム１の熱膨張量ア、リング２の熱膨張量イの差が小さいので、強度の低い脆性材料であるセラミックレドーム１とリング２の間の熱応力は小さく抑えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
飛しょう体が高速になり、空力加熱が厳しくなるにつれて、セラミックレドーム１の保護のために、リング２の熱膨張率はセラミックとより同等に近づける必要がある。このことにより、リング２と飛しょう体本体３の間の熱膨張率差が大きくなり、かつ空力加熱が厳しくなっていることの相乗で、リング２と飛しょう体本体３間の熱応力が大きくなるという強度上の問題が発生する。
【０００７】
この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、リングと飛しょう体本体の間に生じる熱応力を低減する飛しょう体用レドームを提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による飛しょう体用レドームは、所定の熱膨張率を有する材料で形成され、飛しょう体本体の先端に配置されるレドームと、前記レドームの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料で形成された前記飛しょう体本体と前記レドームとを結合するリングとを具備した飛しょう体用レドームにおいて、前記リングは、前記レドームに近似する熱膨張率を有する複合材料で形成される第１のシート状基材と前記飛しょう体本体と近似する熱膨張率を有する複合材料で形成される第２のシート状基材とを有し、前記第１及び第２のシート状基材は前記レドームと飛しょう体本体との間にあって、かつ前記第１、第２の基材の熱膨張率が近似するレドーム及び飛しょう体本体側に配置され、さらに前記第１のシート状基材と前記第２のシート状基材の積層厚比を漸次変化させるものである。
【０００９】
第２の発明による飛しょう体用レドームは、所定の熱膨張率を有する材料で形成され、飛しょう体本体の先端に配置されるレドームと、前記レドームの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料で形成された前記飛しょう体本体と前記レドームとを結合するリングとを具備した飛しょう体用レドームにおいて、前記リングは、前記レドームに近似する熱膨張率を有する複合材料で形成される第１の繊維と前記飛しょう体本体と近似する熱膨張率を有する複合材料で形成される第２の繊維とを有し、前記第１及び第２の繊維は前記レドームと飛しょう体本体との間にあって、かつ前記第１、第２の繊維の熱膨張率が近似するレドーム及び飛しょう体本体側に配置され、さらに前記第１の繊維と前記第２の繊維の積層厚比を漸次変化させるものである。
【００１０】
第３の発明による飛しょう体用レドームは、所定の熱膨張率を有する材料で形成され、飛しょう体本体の先端に配置されるレドームと、前記レドームの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料で形成された前記飛しょう体本体と前記レドームとを結合するリングとを具備した飛しょう体用レドームにおいて、前記リングは、前記レドームに近似する熱膨張率を有する複合材料で形成される第１の繊維と前記飛しょう体本体と近似する熱膨張率を有する複合材料で形成される第２の繊維とを有し、前記第１及び第２の繊維は前記レドームと飛しょう体本体との間にあって、かつ前記第１、第２の繊維の熱膨張率が近似するレドーム及び飛しょう体本体側に配置され、さらに前記第１の繊維と前記第２の繊維の配合比を漸次変化させるものである。
【００１１】
第４の発明による飛しょう体用レドームは、材料として、セラミックを使用するものである。
【００１２】
第５の発明による飛しょう体用レドームは、第１のシート状基材及び第１の繊維の材料として、低熱膨張率の材料と、第２のシート状基材及び前記第２の繊維の材料として、高熱膨張率の材料とを使用することを特徴とするものである。
【００１３】
第６の発明による飛しょう体用レドームは、低熱膨張率の材料として、炭素繊維を基材とした複合材料製からなるものである。
【００１４】
第７の発明による飛しょう体用レドームは、高熱膨張率の材料として、ガラス繊維を基材とした複合材料製からなるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１と図２を用いてこの発明に係わる実施の形態１について説明する。図１はこの実施の形態におけるリング２の構成を示す断面図であり、図において４は低熱膨張率シート状基材、５は高熱膨張率シート状基材である。図２はこの実施の形態における熱応力の発生状態を説明する図である
【００１６】
まず図１において、この発明の実施の形態１の構成を説明する。図において、低熱膨張率シート状基材４をセラミックレドーム1側に配置し、高熱膨張率シート状基材５を飛しょう体本体３側に配置する。基材を積層するにあたり、低熱膨張率シート状基材４と高熱膨張率シート状基材５の各層毎の長さ比を漸次変化させ積層する。この積層構成のため、断面カにおける低熱膨張率シート状基材４と高熱膨張率シート状基材５の面積比は、方向キに進むにつれ高熱膨張率シート状基材５が漸増する。高熱膨張率シート状基材５の面積比が漸増するに従い、リング２の熱膨張率も低熱膨張率から高熱膨張率へ漸増する。
ここで使用する低熱膨張率シートの材料としては、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）があり、熱膨張率は０．２×１０−６ ／℃程度の値を有する。一方、高熱膨張率シートの材料としては、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）があり、熱膨張率は８×１０−６ ／℃程度の値を有する。
【００１７】
次に図２において、この発明の実施の形態１における熱応力の発生状態を説明する。リング２の熱膨張率が漸増するため、空力加熱を受けたとき、リング２の熱膨張量は図中イのように漸増する。セラミックレドーム１とリング２が重なる領域とその近傍では、熱膨張量が同等となるため、熱応力エが低減される。リング２と飛しょう体本体３が重なる部分とその近傍においては、セラミックレドーム１の熱膨張量アと飛しょう体本体３の熱膨張量ウの熱膨張量差に比べ、リング２の熱膨張量イと飛しょう体本体３の熱膨張量ウの差は小さくなっており、熱応力オも低減される。
【００１８】
ここで、リング２は炭素繊維やガラス繊維を基材とする複合材料で成型し、金属材料より小さい熱膨張率を有し、さらに炭素繊維を基材とする複合材料であれば、セラミックと同等の熱膨張率を有するものもあり、セラミックレドーム１と同等ないしは少し大きい熱膨張率を有するものを使用する。
【００１９】
よって、超音速で飛しょうする飛しょう体のレドームにおいて、リングを構成する低熱膨張率シート状基材と高熱膨張率シート状基材の積層厚比を漸次変化させることにより、リングの熱膨張率を漸次変化させセラミックレドームとリング間、リングと飛しょう体本体間、リング自体に生じる熱応力を低減することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図３を用いてこの発明に係わる実施の形態２について説明する。図３はこの実施の形態におけるリング２の構成を示す断面図であり、図において６は低熱膨張率繊維、７は高熱膨張率繊維である。
【００２１】
図３において、この発明の実施の形態３の構成を説明する。図において、リング２はフィラメントワインディング法により基材が成形されている。軌跡クに従い低熱膨張率繊維６を巻き、途中で高熱膨張率繊維７に繋ぎ替え軌跡ケに従い積層し、途中で再び低熱膨張率繊維６に繋ぎ替え軌跡コに従い積層する。同様な工程を繰り返し外周まで積層する。基材を積層するにあたり、各層における低熱膨張率繊維６と高熱膨張率繊維７の長さ比を漸次変化させ積層する。この積層構成のため、断面カにおける低熱膨張率繊維６と高熱膨張率繊維７の面積比は、方向キに進むにつれ高熱膨張率繊維７が漸増する。高熱膨張率繊維７の面積比が漸増するに従い、リング２の熱膨張率も低熱膨張率から高熱膨張率へ漸増する。
ここで使用する低熱膨張率繊維６と高熱膨張率繊維７の材料および熱膨張率は実施の形態１で使用の低熱膨張率シートおよび高熱膨張率シートで使用のものと同じものである。
【００２２】
セラミックレドーム１、リング２、飛しょう体本体３に生じる熱応力が低減される説明は実施の形態１と同じである。
【００２３】
さらに、リング２の炭素繊維やガラス繊維を基材とする複合材料で成型し、熱膨張率のセラミックレドーム１や飛しょう体本体３との関係は、実施の形態１と同じである。
【００２４】
以上によれば、超音速で飛しょうする飛しょう体のレドームにおいて、リングを構成する低熱膨張率繊維と高熱膨張率繊維の積層厚比を漸次変化させることにより、リングの熱膨張率を漸次変化させセラミックレドームとリング間、リングと飛しょう体本体間、リング自体に生じる熱応力を低減することができる。
【００２５】
実施の形態３．
図４を用いてこの発明に係わる実施の形態３について説明する。図４はこの実施の形態におけるリング２の構成を示す断面図であり、図において６は低熱膨張率繊維、７は高熱膨張率繊維である。
【００２６】
図４において、この発明の実施の形態３の構成を説明する。図において、リング２はレジントランスファーモールディング法により成形されている。基材を織るあたり、低熱膨張率繊維６と高熱膨張率繊維７の配合比を方向キに沿って漸次変化させ織込む。この積層構成のため、断面カにおける低熱膨張率繊維６と高熱膨張率繊維７の面積比は、方向キに進むにつれ高熱膨張率繊維７が漸増する。高熱膨張率繊維７の面積比が漸増するに従い、リング２の熱膨張率も低熱膨張率から高熱膨張率へ漸増する。
ここで使用する低熱膨張率繊維６と高熱膨張率繊維７の材料および熱膨張率は実施の形態２で使用のものと同じものである。
【００２７】
セラミックレドーム１、リング２、飛しょう体本体３に生じる熱応力が低減される説明は実施の形態１と同じである。
【００２８】
さらに、リング２の炭素繊維やガラス繊維を基材とする複合材料で成型し、熱膨張率のセラミックレドーム１や飛しょう体本体３との関係は、実施の形態１と同じである。
【００２９】
これにより、超音速で飛しょうする飛しょう体のレドームにおいて、リングを構成する低熱膨張率繊維と高熱膨張率繊維の積層厚比を漸次変化させることにより、リングの熱膨張率を漸次変化させセラミックレドームとリング間、リングと飛しょう体本体間、リング自体に生じる熱応力を低減することができる。また基材の織込みは、普通の布と同様の工程であるため、２種の繊維の配向の変化は自由度は高く、また容易にできる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、リングと飛しょう体本体の間に生じる熱応力を低減する飛しょう体用レドームが実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１を示す説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態３を示す構成図である。
【図５】  従来の飛しょう体用レドームを示す構成図である。
【図６】  従来の飛しょう体用レドームの説明図である。
【符号の説明】
１  セラミックレドーム、  ２  リング、  ３  飛しょう体本体、  ４  低熱膨張率シート状基材、  ５  高熱膨張率シート状基材、  ６  低熱膨張率繊維、
７  高熱膨張率繊維
【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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