一种具有蒙皮天线的一体化飞机机身

技术领域

本发明属于雷达平台载荷一体化设计领域，具体涉及一种飞机机身蒙皮与雷达天线结构一体化集成设计的飞机机身，主要应用于传感器飞机或平台载荷一体化载机平台。

背景技术

天线阵面作为电子装备的重要组成部分，通常由大量的天线单元按照一定的阵列方式组成，其主要发射和接受各种电磁波。现在各种机载探测、通讯、测绘电子装备都包含大量的天线阵面。

在传统的机载电子装备中，这些天线阵面通常安装在飞机的机头、机身内部，或者采用吊仓的形式悬挂于机腹底部，或采用圆盘或平衡木的形式安装与机身背部。实际应用中天线阵面的这些安装方式带来大量的弊端，特别是随着电子科技的发展，新型电子装备高精度对天线阵面的要求，以及各种飞机平台的向轻质化、多样化发展，特别是无人机平台的发展，天线阵面这种传统的安装方式的局限性越来越多。

安装于机头或机身内部的天线阵面会占用大量的机身内部空间，会挤压其他电子设备的安装空间。安装在机体内部，天线阵面的尺寸受到机身内部空间的限制，影响电子装备的威力。

安装在机身背面或腹部的天线阵面，其天线阵面突出机身表面，会严重影响到飞机的气动外形，带来额外的气动阻尼，影响飞机的飞行速度和燃油效率。外露的天线阵面还增加了飞机的雷达散射截面，影响飞机的隐身性能。

天线阵面与飞机平台的结构通常分别设计。天线阵面作为飞机的安装要素，按照接口要求安装在飞机平台中。两者之间结构不能共用，相对独立。这样天线阵面仅仅是作为飞机平台的负载存在，天线阵面的结构体不能与飞机的结构进行集成、共用，不利于飞机重量的控制。除此之外还需要各种辅助的安装结构，例如吊仓、圆盘、平衡木等结构等，会极大的降低飞机的装载重量。

为了安装各种天线阵面，飞机结构会开设各种安装口，这样会大大降低机身结构的刚强度。外露的吊仓、圆盘、平衡木等天线阵面安装结构受到的气动力会传递到机身结构上，改变机身的受力和传力途径，不利于机身安全性。

天线阵面借助于吊仓、圆盘、平衡木等结构安装与机体外部。这种结构类似于多个系统的串联，并且由于吊仓、圆盘、平衡木等安装结构的刚度不可能做的太高，这就会导致整个系统的刚度较低。系统刚度较低，在飞机振动下天线的平面度就会较差，将降低机载电子装备的精度。

为了适应现代机载电子装备的发展，解决传统雷达天线阵面安装方式带来的弊端，设计一种具有蒙皮天线的一体化飞机机身。

这将有效地降低飞机的表面面积和整体重量；将会提高飞机的整体刚强度和安全性；将会提高飞机的空间利用率、飞行性能、隐身性能；有利于提高天线阵面的刚度、平面精度和电子装备的威力等。

发明内容

为了改变天线阵面作为纯负载的形式安装于飞机平台带来的不利因素，本发明提供一种具体蒙皮天线的一体化飞机机身。

本发明的设计思想是天线阵面不再作为独立的装机要素，以纯负载的形式安装在飞机平台上，而是将天线阵面与飞机的气动外形进行匹配贴合，并且天线阵面的结构与飞机蒙皮及机身结构进行一体化设计。

一种具有蒙皮天线的一体化飞机机身包括左机身侧壁机构1、右机身侧壁机构2、机身顶壁板3和机身底壁板4；

所述左机身侧壁机构1和右机身侧壁机构2结构相同；

所述左机身侧壁机构1由若干块机身侧壁单元横向排列连接组成；

所述机身侧壁单元包括一对杆状的机身框缘5、上桁梁6和下桁梁7组成的机身框架，机身框架的外侧面设有机身外蒙板8，机身框架的内侧面均布设有两组天线单元组9，每组天线单元组9包括三块以上的天线单元；两组天线单元组9之间设有连接筋条10，连接筋条10的上端固定连接着上桁梁6，连接筋条10的下端固定连接着下桁梁7；构成与机身共形的一体化蒙皮天线阵面；

相邻的机身侧壁单元之间通过机身框缘5固定连接；若干块天线单元组9通过连接筋条10、上桁梁6和下桁梁7构成电连接，形成天线阵面。

进一步限定的技术方案如下：

所述连接筋条10的横截面呈T形，由筋条弧面翼缘11和筋条腹板12构成；筋条腹板12的两侧表面均设有铜箔或铜网，具有导电特性；筋条腹板12上均布开设有筋条连接孔13，每对天线单元组9对称固定在筋条腹板12两侧；所述连接筋条10的筋条弧面翼缘11和机身外蒙板8贴合固定连接；机身外蒙板8的两侧边分别固定连接着一对机身框缘5，机身外蒙板8的顶侧边和底侧边分别固定连接着上桁梁6和下桁梁7。

所述连接筋条10的两端面分别设有筋条上台阶面14和筋条下台阶面15，筋条上台阶面14和上桁梁6的中部贴合连接，筋条下台阶面15和下桁梁7的中部贴合连接。

所述一对机身框缘5、连接筋条10、上桁梁6、下桁梁7和蒙皮8的材料均为复合材料，所述复合材料为聚合物基玻璃纤维、或石英纤维、或芳纶纤维层合板材料，形成透波板，具有透波特性。

所述上桁梁6的材料和下桁梁7的材料均为具有导电性能的铝合金材料，为各个天线单元组9提供电连接或接地。

每组天线单元组9包括具有三格以上空腔体的框架状薄壁构件16；三块以上的天线单元依次固定在框架状薄壁构件16的对应的空腔体内，框架状薄壁构件16的两侧长边上分别均布开设有隔框连接孔17、两侧短边上分别均布开设有桁梁连接孔18；每块天线单元由支撑介质、馈电单元、辐射单元和连接器19构成的曲面天线。

所述外蒙皮8为弧形的复合夹层壁板，其弧度与机身的气动外形相一致；所述复合夹层壁板由内外两层透波材料和蜂窝芯子复合而成，蜂窝芯子位于两层透波材料之间。

所述透波材料为聚合物基玻璃纤维、或石英纤维、或芳纶纤维层合板，所述蜂窝夹芯结构为芳纶Nomex蜂窝。

所述机身框缘5为横截面呈工字型的弧形杆状的薄壁构件，由外弧面翼缘20、内弧面翼缘21和框缘腹板22构成，外弧面翼缘20和内弧面翼缘21之间由框缘腹板22固定连接；外弧面翼缘20与外蒙皮8的内表面贴合连接；机身框缘5的两端面分别为框缘上台阶面23和框缘下台阶面24，框缘上台阶面23和上桁梁6贴合连接，框缘下台阶面24和下桁梁7贴合连接；框缘腹板22的中部均布开设有框缘连接孔25。

所述上桁梁6和下桁梁7结构相同，均为弧形杆件，上桁梁6的外弧面和下桁梁7的外梁面均与外蒙皮8的内表面贴合连接；上桁梁6的上表面开设有上减重孔26，下桁梁7下表面开设有下减重孔27；上桁梁6的内弧面上开设有上连接孔28；下桁梁7内弧面上开设有下连接孔29。

本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：

1.本发明的上桁梁和下桁梁即作为机身的长桁，还是天线单元的安装骨架、天线阵面的连接骨架、天线单元的接地与电连接组件；框缘即为机身隔框一部分，也为天线阵面的横向连接骨架；天线单元组即作为天线单元，具有接受和辐射电磁波的功能，同时又作为机身蒙皮的支撑结构，为机身蒙皮提供法向刚度，可以代替传统机身中部长桁；外蒙皮即为传统机身的蒙皮，起到保型和传递载荷作用，同时还起到了雷达天线罩的作用。这些构件均为多功能于一体的结构功能一体化部件。通过这种结构功能一体化的设计，能够大量共用结构体，降低机身重量10%左右。

2.本发明的天线阵面不需要吊仓、圆盘、平衡木等额外的支撑结构，载荷重量能够减轻12%左右。在相同的飞机起飞重量下，飞机的有效载荷重量将得到明显提升，并且重量的减轻能够带来飞行航时的提高和飞行成本的降低。

3.本发明的天线阵面结构与飞机机身气动外形共形，参与飞机机身受力，能够提高机身的结构刚度和强度，提高机身结构安全性；另外机身框梁结构也参与天线阵面的受力，并且天线阵面与机身构成封闭结构，其刚度能够得到明显提升，天线阵面在飞行载荷下变形较小，能够提高天线的测控精度，或探测威力。

4.本发明的天线阵面与机身结构一体化设计，使雷达对飞机内部空间的需求降低，能够给其他机载航电设备或燃油系统提供更多的布置空间，飞机空间利用率得到提高。

5.本发明的天线阵面不外露在机身外表面，大大减小飞机的气动阻力，提高飞行效率。同时使得整个飞机的雷达散射截面明显减小，大大提高其隐身性能。同时飞机平台不在受到传统外露天线传递的集中载荷，飞机传力路径明确，有利于机身安全。

附图说明

图1为一种蒙皮天线一体化飞机机身结构示意图。

图2为机身侧壁单元图。

图3为图2的爆炸图。

图4为机身框缘结构示意图。

图5为连接筋条结构示意图。

图6为上桁梁结构示意图。

图7为下桁梁结构示意图。

图8为天线单元组结构示意图。

图9为机身侧壁机构示意图。

左机身侧壁机构1、右机身侧壁机构2、机身顶壁板3、机身底壁板4、机身框缘5、上桁梁6、下桁梁7、外蒙皮8、天线单元组9、连接筋条10、筋条弧面翼缘11、筋条腹板12、筋条连接孔13、筋条上台阶面14、筋条下台阶面15、框架状薄壁构件16、隔框连接孔17、桁梁连接孔18、连接器19、外弧面翼缘20、内弧面翼缘21、框缘腹板22、框缘上台阶面23、框缘下台阶面24、框缘连接孔25、上减重孔26、下减重孔27、上连接孔28、下连接孔29、机身上半框30、机身下半框31、机身底梁32。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步描述。

实施例

参见图1，一种具有蒙皮天线的一体化飞机机身包括左机身侧壁机构1、右机身侧壁机构2、机身顶壁板3和机身底壁板4；左机身侧壁机构1和右机身侧壁机构2结构相同；左机身侧壁机构1由若干块机身侧壁单元横向排列连接组成。

参见图2和图3，机身侧壁单元包括一对杆状的机身框缘5、上桁梁6和下桁梁7固定连接构成的机身框架，机身框架的外侧面安装有机身外蒙板8，机身框架的内侧面均布安装有两组天线单元组9，每组天线单元组9包括四块天线单元；两组天线单元组9之间通过连接筋条10固定连接，连接筋条10的上端固定连接着上桁梁6，连接筋条10的下端固定连接着下桁梁7；构成与机身共形的一体化蒙皮天线阵面；

参见图1，相邻的机身侧壁单元之间通过机身框缘5固定连接。

参见图5，连接筋条10的横截面呈T形，由筋条弧面翼缘11和筋条腹板12构成。筋条腹板12的两侧表面均设有铜箔或铜网，具有导电特性；筋条腹板12上均布开设有筋条连接孔13，两组天线单元组9对称固定安装在筋条腹板12两侧。连接筋条10的筋条弧面翼缘11和机身外蒙板8贴合固定连接，机身的外蒙板8的两侧边分别固定连接着一对机身框缘5，外蒙板8的顶侧边和底侧边分别固定连接着上桁梁6和下桁梁7。连接筋条10的两端面分别设有筋条上台阶面14和筋条下台阶面15，筋条上台阶面14和上桁梁6的中部贴合连接，筋条下台阶面15和下桁梁7的中部贴合连接。

一对机身框缘5、连接筋条10、上桁梁6、下桁梁7和蒙皮8的材料均为复合材料，所述复合材料为聚合物基玻璃纤维、或石英纤维、或芳纶纤维层合板材料，形成透波板，具有透波特性。

上桁梁6的材料和下桁梁7的材料均为具有导电性能的铝合金材料，为各个天线单元组9提供电连接或接地。

参见图4，机身框缘5为横截面呈工字型的弧形杆状的薄壁构件，由外弧面翼缘20、内弧面翼缘21和框缘腹板22构成，外弧面翼缘20和内弧面翼缘21之间由框缘腹板22固定连接；外弧面翼缘20与外蒙皮8的内表面贴合连接；机身框缘5的两端面分别为框缘上台阶面23和框缘下台阶面24，框缘上台阶面23和上桁梁6贴合连接，框缘下台阶面24和下桁梁7贴合连接；框缘腹板22的中部均布开设有框缘连接孔25。

参见图6和图7，上桁梁6和下桁梁7结构相同，均为弧形杆件，上桁梁6的外弧面和下桁梁7的外梁面均与外蒙皮8的内表面贴合连接；上桁梁6的上表面开设有上减重孔26，下桁梁7下表面开设有下减重孔27；上桁梁6的内弧面上开设有上连接孔28；下桁梁7内弧面上开设有下连接孔29。

参见图8，每组天线单元组9包括具有四格空腔体的框架状薄壁构件16；四块天线单元依次固定在框架状薄壁构件16的对应的空腔体内，框架状薄壁构件16的两侧长边上分别均布开设有隔框连接孔17、两侧短边上分别均布开设有桁梁连接孔18；每块天线单元由支撑介质、馈电单元、辐射单元和连接器19构成的曲面天线。

外蒙皮8为弧形的复合夹层壁板，其弧度与机身的气动外形相一致；复合夹层壁板由两层透波材料和蜂窝芯子复合而成，蜂窝夹芯结构位于两层透波材料之间。

所述透波材料为聚合物基玻璃纤维、或石英纤维、或芳纶纤维层合板材料，所述蜂窝夹芯结构为芳纶Nomex蜂窝。

若干块天线单元组9通过连接筋条10、上桁梁6和下桁梁7构成电连接，形成天线阵面。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所用的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。