改进的复合材料天线罩和制造方法【
技术领域：
】[0001]本发明总体涉及天线罩(radome)，并且具体地涉及由复合材料制成的天线罩。【
背景技术：
】[0002]在世界范围内，空军以及许多政府机构利用保护性的天线罩来包覆其多个基于地面的雷达系统。这些天线罩保护雷达免受极端天气和环境侵袭的影响。它们必须执行这样的任务，同时透过所有特定的雷达频率。此外，这些天线罩在25年的使用期限期间必须将维护次数减到最少，并且必须在结构上抵抗来自运输至一地点、安装处理、维护、滥用、环境条件和长期操作的损害。[0003]目前由空军使用的天线罩技术是基于30年前做的一系列非竞争性(no-win)设计决策。夹层结构面板由粗制的（crude，原始的）铺设(lay-up)过程制成，使薄玻璃纤维蒙皮(skin)和热固性树脂与发泡芯(foamcore)结合。与薄蒙皮親接并且与发泡芯弱连接的这个过程在运输、安装和维护期间通常会造成蒙皮与芯分层(delamination，剥离）。此外，为了允许雷达系统在雨水中良好执行，这些天线罩必须表现疏水特性，以防止导电的水片状物的积聚，这种积聚会不利地影响射频(RF)透过性。因此，天线罩通常涂有疏水涂料。随着时间的推移，暴露于紫外线(UV)和大气污染通常会侵蚀现有的天线罩所刷涂的涂层和凝胶涂层，从而使疏水特性劣化。这进而导致信号透过性差和边缘化或无法接受的雷达性能。这通过连续重新刷涂来解决，该连续重新刷涂是包括天线罩的强力清洗、暴露部位于涂料碎肩废料的高成本过程。该定期维护的成本对空军来说可能会花费数以亿计的美元。最后，制成的具有30年设计标准的典型空军天线罩不仅需要定期刷涂维护，而且还倾向于受到冲击和风的损害，而进一步需要替换分层的天线罩部分。【
发明内容】[0004]解决这些问题的本发明利用商标为Transonite?的改进的热塑性夹层结构技术，该技术结合创新的、不分层3D复合材料夹层结构技术。这种3D复合材料夹层结构技术与专用的膜涂层过程一起，解决对耐用的不分层结构的需求，该不分层结构表现出优越的疏水表面特征并且持续最小周期25年而不需要维护。第三个创新是将上述与在所拥有的连续拉挤过程中制造的新的抗冲击的热塑性复合夹层结构材料结合。[0005]本发明的一方面涉及用于容纳雷达系统的天线罩，包括多个相互连接的弯曲天线罩热塑性复合材料面板，每个弯曲天线罩热塑性复合材料面板具有多个相互连接边缘、发泡芯、内蒙皮、外蒙皮以及多个三维纤维束，多个三维纤维束通过发泡芯将内蒙皮和外蒙皮约束于彼此而抑制分层。弯曲面板通常是球面的，从而一旦所有的面板连接，则形成球形天线罩。[0006]本发明的上述方面的一个或多个实施方式包括一个或多个以下部分:相互连接边缘热成型并且向内和向外渐缩，并且终止于细长条;细长条是共模制热成型的细长复合材料条，由与弯曲天线罩复合材料面板的内蒙皮相同的复合材料制成;复合材料条包括发泡芯、内蒙皮、外蒙皮和从内蒙皮到外蒙皮延伸穿过发泡芯并增强发泡芯的多个三维纤维束；弯曲连接接合部使多个相互连接的弯曲天线罩复合材料面板沿着相互连接边缘相互连接，每个弯曲连接接合部包括外花键、内花键以及将外花键、内花键和来自相邻天线罩复合材料面板的相邻复合材料条保持在一起的多个紧固件;外花键和内花键包括用于接收紧固件的相应的孔，并且外花键的孔和内花键的孔彼此偏移，以在所连接的外花键和内花键中形成弯曲各自；外花键和内花键由热塑性复合材料或拉挤热固性复合材料制成。外花键可将紧固件的头部埋入并粘结至花键内，通过传统粘合剂将相同的疏水织物/膜应用在花键的外侧上方。这使得水渗透性最小化，从而消除暴露于雨水-水渗透的可能性的向上的2500个孔。每个天线罩复合材料面板包括外部疏水涂层，其可为任意数量的膜或织物，然而优选的疏水涂层包括在复合过程中共固化一材料，该材料在一侧(OS)上具有聚四氟乙烯(PTFE)并在另一侧上具有编织玻璃纤维材料。全世界有多个公司供应这种材料，并且PTFE具有优越的风化和疏水特性。织物通常不与其他复合材料蒙皮共固化，也不整合至夹层结构天线罩中，并通常用于可充气型的（inflatable)天线罩，自身结合织物。织物已示出对UV暴露的优越的抵抗性并且可自清洁。许多已被安装，在25年或更长时间内零维护。（）；天线罩复合材料是RF透过的A型夹层结构复合材料面板，尽管本文中的技术还可应用于传统的RF透过设计的固态的或其他类型；制造天线罩的方法包括使用边缘成形工具，制造弯曲天线罩复合材料面板的每个相互连接边缘，一次制造一个完整的相互连接边缘；制造每个相互连接边缘包括:通过边缘成形工具的上下弯曲夹紧元件一次接收一个完整的相互连接边缘;通过边缘成形工具的上下弯曲夹紧元件加热整个相互连接边缘;通过边缘成形工具的上下弯曲夹紧元件形成整个相互连接边缘;使用边缘成形工具冷却整个相互连接边缘；制造天线罩包括:通过弯曲连接接合部沿着相互连接边缘使多个相互连接的弯曲天线罩复合材料面板相互连接;弯曲连接接合部包括外花键和内花键，并且使多个相互连接的弯曲天线罩复合材料面板相互连接包括，通过外花键、内花键以及多个紧固件将来自相邻天线罩复合材料面板的相邻复合材料条耦接在一起，多个紧固件将外花键和内花键连接在一起;和/或外花键和内花键包括用于接收紧固件的相应的孔，并且外花键的孔和内花键的孔彼此偏移，并且将外花键和内花键连接在一起包括，将外花键和内花键连接在一起而使得外花键的孔和内花键的孔彼此偏移，以便在所连接的外花键和内花键中形成弯曲构造。这种相互连接边缘可热成型为诸如平坦重叠凸缘(为了强度添加额外的材料或不为了强度添加任何材料，这是由于在本发明的上述方面，提供了从花键至整个内蒙皮和外蒙皮的大量负载转移）的其他连接接合部。另外，在花键上有低轮廓（lowprofiIe)以防止在连接处引导形成水的积聚，并且不利地影响雷达传输。花键的附加的特征在于单个面板可从内部移除。具有重叠的连接凸缘的传统面板不能允许单个面板在不拆卸多个面板的情况下进行更换。相互连接接合部的另外的优势在于低轮廓和狭窄设计，使得接合部可能具有的对旋转雷达的破坏最小化。此外，调整材料可添加至花键，与不添加调整材料相比，可实现雷达的总体分贝衰减的减少。花键还可以被拉挤成具有允许添加密封带(通常为硅树脂橡胶）的特征，其中粘合剂在一侧上并面向花键，使得在安装之前密封带可粘结至花键;这种密封带的目的当然是减少或消除由于雨水导致的水侵入至天线罩中。弯曲天线罩热塑性复合材料是由无碱玻璃纤维和可加热的热塑性树脂制成，并热成型为特定形状、被冷却、并设置成冷却后的一形状。热塑性树脂是改性聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种。内蒙皮包括两个0.015-0.025英寸厚的PETG树脂和玻璃纤维层，从而形成大体上0.040英寸厚的内蒙皮，并且其中多个三维纤维束包括在这两个层之间被约束并热固化的端部。外蒙皮包括一个〇.015-0.025英寸厚的PETG树脂和玻璃纤维层并包括一个0.015-0.025英寸厚的疏水材料织物层，疏水材料织物层包括具有PTFE的外部和具有编织玻璃纤维的内部，从而形成大体上0.040英寸厚的外蒙皮，并且其中多个三维纤维束包括在这两个层之间被约束并热固化的端部。发泡芯材是PET泡沫。相互连接边缘热成形的并向内和向外渐缩，并终止于连接接合部，其中，连接接合部实际上是形成在如由天线罩的直径所限定的大圆形状中的齿部。天线罩形成具有独立的相同面板的菱形三十面体。两个相邻面板的对接接合部形成相对于天线罩的表面大体上成90度的接触平面。【附图说明】[0007]在本说明书中再论述并形成说明书的一部分的附图与描述一起示出了本发明的实施方式，这些附图用来解释本发明的原理。[0008]图1示出了一种构造的复合材料天线罩的实施方式的侧视图，其具有用于平坦平台组装和安装的截断基部，[0009]图2示出了图1的立体图，但具有稍微更高的高度。[0010]图3示出了图1的天线罩的一个面板的实施方式的等距视图。[0011]图4示出了图3的面板的一些内部细节，其中移除了大部分的内部芯并移除了一个蒙皮表面。[0012]图5示出了图4的部分特写图。[0013]图6示出了截面中的连接接合部的实施方式的特写截面图，展示了复合面板在安装中如何连接。[0014]图7示出了图6的截面中的更当前第1页1 2 3 4