RU242548U1 - Композитная мачта с антенной - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к классу мобильных развертываемых конструкций - мачтам из композитного материала со встроенной антенной, предназначенным для оперативной наземной или надземной установки в полевых условиях. Композитная мачта с антенной, предназначенная для наземной или надземной установки, содержит ствол, выполненный из листового композитного материала, способного к переходу из свернутого в рулон транспортного положения в развернутое рабочее положение, в котором он образует удлиненный цилиндр с продольным разрезом. Ствол содержит металлическую антенну, листовой композитный материал выполнен из бистабильного термореактопласта, коррозионно-стойкого, армированного волокнистыми наполнителями и пропитанного термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы, при этом листовой композитный материал содержит несколько слоев волокнистого наполнителя, при этом листовой композитный материал содержит внутренний слой, содержащий волокнистый наполнитель, выполненный из углеволокна, и термореактивное связующее на основе трещиностойкой смолы, при этом листовой композитный материал содержит волокнистый наполнитель, выполненный их стекловолокна. Техническим результатом является сокращение времени развертывания композитной мачты с антенной. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к классу мобильных развертываемых конструкций - мачтам из композитного материала со встроенной антенной, предназначенным для оперативной наземной или надземной установки в полевых условиях.

Основная сфера применения - создание временной или постоянной телекоммуникационной инфраструктуры в ситуациях, критичных к скорости развертывания, мобильности и автономности (например, при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, организации полевых узлов связи, военном деле, экспедиционной деятельности, но не ограничиваясь перечисленными).

Классические металлические мачты (решетчатые, трубчатые) требуют значительных временных затрат, специальной техники и квалифицированного персонала для сборки, установки и крепления.

Жесткие конструкции сложно транспортировать к удаленным или труднодоступным местам, что увеличивает логистические затраты.

Металлические элементы, особенно в местах соединений, подвержены коррозии, требующей регулярного контроля, обслуживания и применения защитных покрытий.

Антенна, как правило, является отдельным элементом, который необходимо поднимать, устанавливать и точно позиционировать на мачте, что добавляет сложности и рисков при работе на высоте, а также значительно увеличивает скорость развертывания, особенно в сложных климатических условиях.

Конструкции самих мачт могут резонировать или подвергаться значительным ветровым нагрузкам, что требует их усиления и усложнения, а также может ухудшать качество сигнала антенны.

Предлагаемая полезная модель решает указанные проблемы за счет интеграции несущей конструкции и излучающего элемента в единое целое, основанное на бистабильном композитном материале. Конструкция мачты эксплуатируется в двух устойчивых (бистабильных) состояниях: свернутом в компактный рулон (для транспортировки и хранения) и развернутом в рабочее положение с заданным профилем (как правило, трубчатым).

Свойство бистабильности материала (Бистабильность) - это фундаментальное свойство, при котором конструкция мачты (ствола мачты) обладает двумя различными, но устойчивыми положениями равновесия.

Переход между ними происходит мгновенно, по принципу упругого скачка (эффект «щелчка»), причем оба состояния сохраняются без постоянных затрат внешней энергии.

Данный принцип позволяет разрешить ключевое противоречие: обеспечить максимальную компактность при хранении и перевозке, одновременно гарантируя в рабочем состоянии значительную длину, жесткость и стабильность. Именно в этом заключается эффективность подобных развертываемых систем, широко используемых в аэрокосмической отрасли и специальных областях.

Также, в отличие от металлов, полимерно-композитная структура инертна к коррозии, окислению, воздействию влаги и широкого диапазона температур, что резко снижает требования к техническому обслуживанию и позволяет эксплуатировать мачту в агрессивных средах.

Прежде всего, такие мачты незаменимы в силовых структурах и оборонном комплексе. При проведении полевых учений, организации временных командных пунктов, развертывании связи в ходе операций или создании периметрового наблюдения такие мачты позволяют в кратчайшие сроки, силами небольшого расчета и без привлечения тяжелой техники поднять антенны связи, ретрансляторы, тактические модули связи или датчики радиолокационного и радиоэлектронного наблюдения.

Их коррозионная стойкость и невосприимчивость к погодным условиям гарантируют работу в любой географической зоне.

Мобильные комплексы на базе таких мачт позволяют спасателям в течение десятков минут развернуть локальную сеть связи для координации работ, организовать ретрансляционный узел для голосовой связи и передачи данных, а также установить камеры видеонаблюдения для мониторинга опасной зоны или ситуации в лагере для пострадавших.

В гражданском секторе эти мачты эффективно используются в телекоммуникациях. Операторы связи могут применять их для быстрого расширения зоны покрытия во время массовых мероприятий, для обеспечения связи при строительстве временных объектов или в качестве временного решения при аварии на основной вышке.

Кроме того, они идеально подходят для организации связи в удаленных и труднодоступных районах (тайга, горная местность, Арктика), где доставка и установка традиционной мачты экономически нецелесообразна или крайне затруднена.

В научно-исследовательской и экспедиционной деятельности такие конструкции используются для создания мобильных станций мониторинга. Экологи, геологи, гляциологи и метеорологи могут быстро развертывать автономные комплексы, оснащенные не только антеннами для передачи собранных данных через спутниковые каналы, но и с установленными на мачте различными датчиками (метеорологическими, сейсмическими, для мониторинга качества воздуха).

Наконец, перспективным направлением является их использование в системах «умного города», промышленного Интернета и безопасности.

Такие мачты могут служить основой для быстрого развертывания временных сетей для видеонаблюдения на строящихся объектах, для организации связи между датчиками на крупных сельскохозяйственных полях или логистических терминалах, а также для создания временных зон покрытия беспроводным интернетом в новых районах застройки до ввода постоянной инфраструктуры.

В качестве армирующего материала применяются ровинги - жгуты из множества непрерывных параллельных волокон (стеклянных, углеродных и др.). Эта первичная форма служит основой для создания высокопрочных композитов.

Конструктивно ровинг состоит из множества элементарных нитей (филаментов), собранных в прямую или слабо скрученную прядь. Наиболее распространен стеклоровинг из Е-стекла, но для особых требований используют также более прочные и дорогие углеродные, базальтовые и арамидные аналоги.

Ключевой характеристикой является линейная плотность, измеряемая в тексах (г/1000 м), которая определяет толщину и массу жгута.

Для достижения максимальной прочности композита необходимо обеспечить прочное сцепление (адгезию) между волокнами и полимерной матрицей. С этой целью волокна покрываются специальным замасливателем (аппретом) - химическим составом, который существенно улучшает связь поверхности волокон со смолой (эпоксидной, полиэфирной и т.д.) в процессе производства.

Благодаря своей форме в виде непрерывного жгута, ровинг является универсальным сырьем для множества производственных процессов:

Пултрузия: ровинг протягивается через ванну со смолой и формующую фильеру, позволяя создавать длинномерные профили и композитную арматуру.

Намотка: используется для изготовления полых конструкций вращения, таких как трубы, газовые баллоны и цистерны.

Производство текстиля: служит основой для тканых (например, стеклорогожи) и нетканых материалов (матов).

Напыление: В рубленом виде применяется в технологии напыления для формирования крупногабаритных изделий: корпусов лодок, кузовных деталей и т.д.

Композиты на основе стетклоровинга сочетают малый вес с высокой прочностью, коррозионной и химической стойкостью, а также диэлектрическими свойствами.

Термореактивное связующее, или матрица, является вторым ключевым элементом композита, выполняющим функцию среды, которая объединяет армирующие волокна в целостную монолитную структуру.

Начально находясь в жидком или вязком состоянии, оно пропитывает волокна, а в процессе отверждения - под действием тепла, давления или химических катализаторов - претерпевает необратимую полимеризацию, формируя трехмерную сшитую сетку.

Это фундаментально отличает термореактивные полимеры от термопластов, способных плавиться при повторном нагреве. Процесс отверждения представляет собой необратимую химическую реакцию с образованием прочных ковалентных связей, что придает материалу высокую теплостойкость (до 200°C и выше), химическую инертность к агрессивным средам, превосходную адгезию к волокнам, а также значительную конечную жесткость и прочность.

Однако эта же необратимость определяет и основные недостатки: невозможность вторичной переработки и, как правило, более сложный и продолжительный цикл формования по сравнению с термопластами.

Конкретный тип термореактивного связующего выбирается в зависимости от технических требований, предъявляемых к конечному изделию.

Из уровня техники известна мачта (патент на изобретение RU 2073782 C1, опубликован 20.02.1997).

Мачта, включающая овальную в плане многогранную оболочку с гранями разной длины, отличающаяся тем, что оболочка выполнена консольной с уклоном от заделки к свободному концу по большой оси симметрии i 0,98-1,01%, а по меньшей - 0,73-0,59%, длина большей грани равна 2,15-2,25 длины меньшей грани, а расстояние между двумя меньшими гранями равно 1,32-1,35 расстояния между большими гранями.

Аналог направлен на снижение материалоемкости при одновременном снижении трудоемкости изготовления и монтажа и не ставит, и не решает задачу сокращения времени развертывания. При этом аналог не предусматривает наличия встроенной антенны, что значительно увеличивает скорость развертывания.

Другими недостатками аналога является его конструктивная сложность, что не позволяет обеспечить высокую скорость и простоту монтажа.

Известен другой аналог в виде мачты (Авторское свидетельство СССР N 1414956, кл. Е 04 Н 12/08, 1988).

Мачта, включающая оболочку с поперечным сечением в виде равностороннего многоугольника.

Недостатком этого решения является высокая металлоемкость вследствие недостаточного использования несущей способности материала сечения и возможность попадания продольного сварного шва в зону наибольших напряжений, что отрицательно сказывается на надежности мачты.

Известен аналог «Мачта из армированного пластика» (Патент 2038261). Использование: в судостроении. Сущность изобретения: силовая продольная труба выполнена из однослойного или многослойного термопласта, армированного предварительно растянутыми в продольном направлении струнами, жестко связанными с упорными планками или кольцами. Изобретение относится к судостроению и касается конструирования мачт для парусных судов и досок различного класса.

Известна мачта из армированного пластика, содержащая силовую продольную трубу с наружным стеклопластиковым слоем, выполненным из стеклолент, пропитанных связующим на основе смолы, и соединяющим лик-паз с силовой трубой (Катера и яхты, 1983, N 105, 90).

Недостатком этой мачты является избыточная гибкость, снижающая ее прочность.

Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является Удлиняемый листовой элемент (варианты), способ изготовления удлиняемого листового элемента (варианты) (патент RU 2189316 C2, опубликован: 20.09.2002 Бюл. № 26).

Ближайший аналог относится к удлиняемому элементу и к способу его изготовления. Удлиняемый листовой элемент способен изменять форму между первым и вторым состояниями.

Первым состоянием является свернутое в рулон состояние, в котором элемент свернут в рулон по существу параллельно первой оси. Вторым состоянием является удлиненное состояние, в котором элемент расположен по существу параллельно второй оси под некоторым углом к первой оси. По первому варианту элемент полностью или частично изготовлен из материала или материалов, которые имеют большую прочность при растяжении и/или сжатии под некоторым углом к первой и/или второй осям, чем в направлении осей вследствие геометрической и/или молекулярной структуры материалов.

При растяжении элемента в направлении, параллельном второй оси, отличие в прочности при растяжении и/или сжатии обуславливает сокращение в направлении под некоторым углом ко второй оси с приведением элемента во второе состояние.

По второму варианту элемент имеет множество пересекающихся волокон в плоскости листа или параллельно ей. Каждое волокно расположено под углом от 0 до 90° к первой оси. При растяжении элемента в направлении, параллельном второй оси, пересекающиеся волокна вызывают сокращение в направлении под некоторым углом ко второй оси с приведением элемента во второе состояние. Описан также способ изготовления удлиняемого листового элемента.

Его ключевой недостаток в том, что аналог не предусматривает наличия встроенной антенны, что значительно увеличивает скорость развертывания. Сам по себе аналог описывает материал, а не устройство с антенной.

Данная полезная модель решает ключевые проблемы аналогов благодаря уникальной комбинации конструктивных и материальных особенностей, целенаправленно реализующих базовые принципы для гарантированного получения требуемого технического результата.

Техническим результатом является сокращение времени развертывания композитной мачты с антенной.

Технический результат достигается за счет того, что Композитная мачта с антенной, предназначенная наземной или надземной для установки, содержит ствол, выполненный из листового композитного материала, способный к переходу из свернутого в рулон транспортного положения в развернутое рабочее положение, в котором он образует удлиненный цилиндр с продольным разрезом, отличается от аналогов тем, что ствол содержит металлическую антенну, листовой композитный материал выполнен из бистабильного термореактопласта, коррозионно-стойкого, армированного волокнистыми наполнителями и пропитанного термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы, при этом листовой композитный материал содержит несколько слоев волокнистого наполнителя.

При этом листовой композитный материал содержит внутренний слой, содержащий волокнистый наполнитель, выполненный из углеволокна и термореактивного связующего на основе трещиностойкой смолы, при этом листовой композитный материал содержит волокнистый наполнитель, выполненный их стекловолокна.

При этом волокнистые наполнители уложены в несколько слоев, причем углы укладки волокон в смежных слоях являются разнонаправленными.

При этом ствол в рабочем состоянии полый внутри.

При этом ствол в поперечном сечении в рабочем положении имеет форму круга.

При этом композитная мачта с антенной содержит металлическую антенну в виде решетки.

При этом композитная мачта с антенной содержит разъем для подключения антенны.

Настоящая полезная модель поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид варианта исполнения Композитной мачты с антенной,

где:

1) Внутренний слой,

2) Ствол,

3) Композитная мачта с антенной.

Настоящая полезная модель осуществляется следующим образом.

Настоящая полезная модель относится к мобильным развертываемым конструкциям, а именно мачтам с антенной из композитного материала, предназначенным для оперативной наземной или надземной установки в полевых условиях

Конструкция композитной мачты с антенной (3) обладает свойствами бистабильного листового композитного материала, из которого она (3) изготовлена, что позволяет композитной мачте с антенной (3) переходить из свернутого транспортного состояния в развернутое рабочее. Ключевая особенность композитной мачты с антенной (3) заключается в свойствах материала, который при развертывании формирует заданный профиль, а именно стремится к цилиндрической форме.

Способность сохранять оба состояния (свернутого и рабочего) без постоянного приложения внешней энергии заложена в архитектуре материала композитной мачты с антенной (3). Это достигается не просто за счет высокой упругости, а благодаря ориентации армирующих волокон в соседних слоях ламината, под разными углами относительно продольной оси ствола (2).

При развертывании (растяжении полотна) такая структура создает внутренние напряженности, которые самопроизвольно скручивают листовой композитный материал в жесткую трубчатую форму. В свернутом состоянии эти же внутренние напряжения обеспечивают плотную и компактную укладку ствола (2) в рулон.

Основным конструктивным элементом композитной мачты с антенной (3) является ствол (2), выполненный из листового композитного материала, способный к переходу из свернутого в рулон транспортного положения в развернутое рабочее положение, в котором он образует удлиненный цилиндр с продольным разрезом.

При этом ствол (2) в рабочем состоянии полый внутри.

При этом ствол (2) в поперечном сечении в рабочем положении имеет форму круга.

При этом листовой композитный материал выполнен из бистабильного термореактопласта, коррозионно-стойкого, армированного волокнистыми наполнителями и пропитанного термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы.

Ключевой функциональной характеристикой ствола (2) является свойство бистабильности листового композитного материала - он может переходить из компактного транспортного положения, будучи свернутым в рулон, в полностью развернутое рабочее положение.

В рабочем положении ствол (2) принимает форму удлиненного полого цилиндра, обеспечивая необходимую высоту и пространство для размещения оборудования. Характерной и функционально важной особенностью ствола (2) является продольный разрез по всей ее длине.

Такой разрез является неотъемлемой частью композитной мачты с антенной (3), так как именно он, во-первых, делает возможным процесс свертывания и развертывания, а во-вторых, в сочетании с упругими свойствами листового композитного материала, способствует сохранению заданной цилиндрической формы и устойчивости ствола (2) под нагрузкой после его (2) развертывания, в том числе позволяет изменять диаметр ствола (2).

Продольный разрез представляет собой непрерывный технологический разрез, проходящий вдоль всей длины ствола (2) композитной мачты с антенной (3) и разделяющий его (2) цилиндрическую оболочку в развернутом состоянии на две несомкнутые кромки.

При этом противоположные края листового композитного материала не смыкаются полностью, образуя между собой продольный разрез, ширина которого определяется заданными параметрами укладки и свойствами листового композитного материала. Таким образом, продольный разрез возникает как естественный результат перехода материала в одно из двух устойчивых состояний ствола (2).

Без продольного разреза трубчатая конструкция ствола (2) была бы геометрически неизменяемой. Именно продольный разрез, размыкая контур сечения, позволяет листовому композитному материалу переходить в плоское или изогнутое состояние с малым радиусом кривизны, реализуя принцип бистабильности - существования в двух устойчивых конфигурациях без затрат внешней энергии, значительно увеличивая скорость развертывания Композитной мачты с антенной (3).

Кроме того, наличие продольного разреза обеспечивает определенную степень адаптивности, например в несобранном состоянии ширина зазора может незначительно варьироваться, что позволяет корректировать эффективный диаметр ствола для оптимизации жесткости или компенсации производственных допусков. При эксплуатационных ветровых нагрузках кромки продольного разреза могут совершать микроперемещения относительно друг друга, выполняя роль демпфирующего элемента, частично рассеивающего энергию колебаний и снижающего пиковые напряжения в стволе (2).

При этом листовой композитный материал содержит несколько слоев волокнистого наполнителя.

Конструкция ствола (2) основана на использовании многослойной структуры листового композитного материала, где каждый слой выполняет определенную функцию.

Слоистая структура листового композитного материала формируется из волокнистых наполнителей, в том числе ровингов - непрерывных жгутов из стеклянных и/или углеродных волокон, пропитанных термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы (например, модифицированной эпоксидной или винилэфирной, но не ограничивая перечисленными).

Ключевым аспектом является разнонаправленная ориентация волокон в смежных слоях листового композитного материала. Такая анизотропная структура листового композитного материала создает внутренние напряженно-деформированные состояния, которые обеспечивают бистабильность листового композитного материала.

При развертывании эти внутренние напряжения вызывают самопроизвольное скручивание листового композитного материала в заданную трубчатую форму, что исключает необходимость применения сложных механических приводов и значительно ускоряет процесс монтажа Композитной мачты с антенной (3).

Многослойность листового композитного материала также позволяет комбинировать различные типы волокнистых наполнителей для оптимизации эксплуатационных характеристик Композитной мачты с антенной (3).

Композитная мачта с антенной (3) содержит внутренний слой (1).

Внутренний слой (1) содержит углеволокно, обеспечивающее высокое отношение прочности и жесткости к массе, что критически важно для сопротивления продольным изгибающим и ветровым нагрузкам.

Наружные или промежуточные слои содержат волокнистые наполнители в виде стекловолокна и выполняют несколько функций: повышение ударной вязкости и стойкости к повреждениям при транспортировке и развертывании композитной мачты с антенной (3), а также создание диэлектрического барьера, улучшающего электромагнитные характеристики встроенной антенны и безопасность персонала.

Дополнительно, для повышения межслойной прочности и сопротивления расслоению, в структуру листового композитного материала интегрирован тканый или вязаный слой волокнистого наполнителя, который улучшает распределение механических напряжений и повышает ударную стойкость.

Пропитка термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы обеспечивает не только высокую адгезию к волокнам, но и повышенную эластичность, что позволяет листовому композитному материалу выдерживать многократные циклы свертывания-развертывания без образования микротрещин и деградации физико-механических свойств ствола (2).

Коррозионная стойкость структуры листового композитного материала устраняет необходимость в регулярном обслуживании композитной мачты с антенной (3) и наличия защитных покрытий, обеспечивая долговечность композитной мачты с антенной (3) даже при длительном нахождении в агрессивных средах.

Таким образом, многослойная структура ствола (2), за счет наличия волокнистых наполнителей с разнонаправленной ориентацией, является фундаментальным элементом, который в сочетании с бистабильностью листового композитного материала и термореактивным связующим непосредственно способствует достижению основных преимуществ композитной мачты с антенной (3): быстрое развертывание, мобильность, устойчивость к климатическим воздействиям и длительный срок службы.

Внутренний слой (1) является силовым элементом конструкции ствола (1), обеспечивающим основные прочностные и жесткостные характеристики композитной мачты с антенной (3).

Внутренний слой (1) формируется на основе углеволокна, в виде непрерывных ровингов и/или однонаправленных лент, пропитанных термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы.

Углеволокно обладает исключительно высоким модулем упругости и пределом прочности при растяжении, что позволяет достичь максимального отношения прочности к массе композитной мачты с антенной (3).

Внутренний слой (1) эффективно воспринимает продольные нагрузки, возникающие при изгибе композитной мачты с антенной (3) под действием ветра, а также обеспечивает общую продольную устойчивость композитной мачты с антенной (3).

Благодаря низкой плотности углеволокна, внутренний слой (1) не утяжеляет композитную мачту с антенной (3), что критически важно для обеспечения портативности и скорости развертывания.

Термореактивное связующее, содержащееся во внутреннем слое (1), на основе трещиностойкой смолы выполняет функцию матрицы, которая фиксирует волокнистый наполнитель, распределяет нагрузку между ним и обеспечивает стойкость к образованию и развитию микротрещин.

Трещиностойкая смола после полимеризации сохраняет определенную эластичность, что позволяет внутреннему слою (1) деформироваться без хрупкого разрушения при многократных циклических изгибах во время свертывания и развертывания композитной мачты с антенной (3), а также при динамических ветровых нагрузках.

Термореактивное связующее обеспечивает высокую адгезию к волокнистому наполнителю, защищает его от внешних воздействий (влаги, ультрафиолета, химических агентов) и участвует в создании внутренних напряжений, необходимых для бистабильного поведения листового композитного материала.

Параллельно с внутренним слоем (1) в листовом композитном материале содержатся слои на основе стекловолокна, которые располагаются снаружи внутреннего слоя (1), относительно вертикальной оси ствола (2).

При этом внутренний слой (1), содержащий волокнистый наполнитель в виде углеволокна, обладает управляемой электропроводностью, характерной для полупроводниковых материалов, что активно используется для формирования интегрированной антенной системы.

Углеволокно, в отличие от типичных диэлектриков, таких как стекловолокно или проводников, таких как металлы, имеет свойства, близкие к полупроводникам и сегнетоэлектрикам.

Его удельное электрическое сопротивление находится в диапазоне 10^-3-10^-5 Ом⋅м, что существенно выше, чем у меди, 1,68⋅10^-8 Ом⋅м, но достаточно для эффективного взаимодействия с электромагнитными полями в радиочастотном диапазоне.

Эта особенность обусловлена графитоподобной кристаллической структурой углеродных волокон, в которой подвижность носителей заряда (электронов) может регулироваться ориентацией волокон, степенью графитизации и составом полимерной матрицы.

Внутренний слой (1), выполненный из углеволокна, может быть структурно спроектирован таким образом, чтобы выступать в качестве активного элемента антенны - например, в составе решетчатой или полосовой излучающей структуры, интегрированной непосредственно в листовой композитный материал.

За счет управления геометрией укладки, например, созданием зон с различной плотностью и/или направлением волокон волокнистого наполнителя, во внутреннем слое (1) формируются участки с заданным распределением проводимости, которые способны выполнять функции:

распределенного излучающего элемента, где волокнистые наполнители действуют как множество миниатюрных дипольных или щелевых излучателей, работающих в согласованном режиме,

направляющей структуры для поверхностных электромагнитных волн, что позволяет управлять диаграммой направленности и полосой пропускания антенны,

согласующего элемента, поскольку полупроводниковые свойства позволяют плавно регулировать импеданс на границе металлической антенны и внутреннего слоя (1), управляя отражением сигнала.

Кроме того, полупроводниковая природа углеволокна позволяет минимизировать паразитные емкостные и индуктивные связи внутри листового композитного материала, что снижает потери на переизлучение и улучшает добротность антенны композитной мачты с антенной (3).

В комбинации с диэлектрическими слоями, содержащими стекловолокна, которые выступают в качестве защитного и согласующего барьера, внутренний слой (1) образует многослойную электродинамическую структуру типа проводник-диэлектрик, характерную для печатных антенн или антенн с диэлектрическим покрытием.

Технические преимущества использования углеволокна во внутреннем слое (1):

отсутствует необходимость в отдельном или дополнительном металлическом излучателе;

управляемая проводимость позволяет экранировать кабельные линии или чувствительные элементы, размещенные внутри мачты, от внешних помех;

в отличие от металлов, углеволокно не подвержено электрохимической коррозии, что сохраняет стабильность электрических параметров в условиях высокой влажности, соленой среды или иных агрессивных сред;

один и тот же слой (1) одновременно работает как силовой элемент, воспринимающий механические нагрузки, и как часть антенной системы, что соответствует принципу мультифункциональности композитной мачты с антенной (3).

При этом внутренний слой (1) дополняет свойства бистабильности листового композитного материала, что обеспечивает выполнения технического результата в виде снижения скорости развертывания композитной мачты с антенной.

Ствол (2) содержит металлическую антенну.

При этом ствол (2) содержит металлическую антенну в виде решетки, а также разъем для подключения антенны.

Интеграция металлической антенны в ствол (2) является ключевым конструктивным решением композитной мачты с антенной (3), обеспечивающим высокую степень готовности системы к эксплуатации сразу во время и после развертывания и значительным образам сокращая время развертывания.

Металлическая антенна, например, изготовленная из меди, алюминия или их сплавов, или их сочетаний, размещается внутри слоистой структуры листового композитного материала на этапе изготовления ствола (2), что исключает необходимость последующего монтажа металлической антенны на композитную мачту с антенной (3) в полевых условиях, значительным образом снижая время развертывания.

Такая интеграция достигается путем размещения металлической антенны между слоями листового композитного материала.

При этом металлическая антенна располагается внутри стенки ствола (2), между внутренним слоем (1) и любым другим слоем, содержащим стекловолокно.

Металлическая антенна выполняется в виде плоского или объемного проводящего элемента, конфигурация которого оптимизирована под конкретные рабочие частоты и тип излучения, например, всенаправленное или направленное.

Ее электрические параметры (импеданс, диаграмма направленности, полоса пропускания) стабильны благодаря фиксированному положению относительно слоев листового композитного материала, которые выступают в качестве диэлектрика с контролируемой проницаемостью.

Исполнение антенны в виде решетки, например, в форме печатной решетчатой структуры, наборных излучающих элементов или щелевой решетки, позволяет достичь оптимального сочетания эффективности, веса и механической совместимости с гибким стволом (2).

Решетчатая структура металлической антенны обладает пониженной парусностью по сравнению со сплошными металлическими экранами, что снижает ветровую нагрузку на композитную мачту с антенной (3), кроме того, такая конструкция обеспечивает:

повышенную надежность электрического контакта, так как распределенная сеть проводящих элементов менее чувствительна к возможным локальным повреждениям;

улучшенное теплорассеяние при работе в режиме передающей антенны, предотвращающее перегрев и деградацию листового композитного материала ствола (2);

совместимость с бистабильным свойством ствола (2) - металлическая антенна проектируется с учетом деформаций при свертывании/развертывании композитной мачты с антенной (3), сохраняя целостность и электрические характеристики после многочисленных циклов трансформации.

Разъем для подключения антенны монтируется на части ствола (2) или в стволе (2) и обеспечивает быстрое и надежное соединение с внешним радиочастотным кабелем и/или иным устройством.

Конструктивно разъем для подключения антенны интегрируется в листовой композитный материал таким образом, что его центральный проводник электрически соединяется с металлической антенной, а внешний экран - с системой заземления мачты, при ее наличии.

Таким образом, комбинация интегрированной металлической антенны решетчатого типа и штатного разъема для подключения антенны исключает отдельный этап монтажа композитной мачты с антенной (3), снижает количество операций при развертывании, повышает надежность электрических соединений и обеспечивает полную готовность композитной мачты с антенной (3) к эксплуатации сразу после ее перевода в рабочее положение. Данное решение напрямую способствует достижению основного технического результата - сокращению времени развертывания композитной мачты с антенной (3) любых условиях, а также повышению ее эксплуатационной надежности в различных климатических условиях.

Примером реализации заявленной полезной модели «Композитная мачта с антенной», является композитная мачта с антенной, изготовленная ООО «ИЦ Композит».

Мачта для антенны была изготовлена длиной 6 метров, с диаметром ствола 75 мм.

Ствол был выполнен в форме цилиндра с продольным разрезом и изготавливался из бистабильного композитного материала на основе эпоксидной смолы с повышенной трещиностойкостью, армированной пятью слоями, содержащими стеклоткань и ровинги из стекловолокна.

При этом композитная мачта с антенной содержала внутренний слой, содержащий углеволокно.

При этом в структуру стенки ствола (в листовой композитный материал) была интегрирована металлическая антенна в виде решетки.

Процесс производства композитной мачты с антенной включал пропитку волокнистого наполнителя, с установкой на оправку, полимеризацию в печи в течение нескольких часов, механическую обработку.

Испытания композитной мачты с антенной проводились в диапазоне температур от -50°C до +50°C. Основным показателем испытаний являлось время развертывания.

Развертыванием считался факт того, что композитная мачта с антенной будет надежно и устойчиво установлена, антенна подключена через разъем для антенны.

Результаты испытаний в сравнении с обычной, металлической мачтой с антенной приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты испытаний

Наименование образца	Композитная мачта с антенной длиной ствола 6 метров		Металлическая мачта 6 метров с направленной антенной
Время развертывания при выдержке изделия при температуре минут 50°C 5 часов	Испытание №1: 1 мин 50 сек	Испытание №2: 1 мин 42 сек	Испытание №1: 5 мин 30 сек	Испытание №2: 5 мин 10 сек
Время развертывания при температуре плюс 23°C	Испытание №1: 1 мин 45 сек	Испытание №2: 1 мин 39 сек	Испытание №1: 4 мин 20 сек	Испытание №2: 4 мин 35 сек
Время развертывания при выдержке изделия при температуре плюс 50°C 5 часов	Испытание №1: 1 мин 55 сек	Испытание №2: 1 мин 52 сек	Испытание №1: 4 мин 35 сек	Испытание №2: 4 мин 38 сек

Результаты испытаний показали, что интегрированная металлическая антенна значительным образом сокращает время развертывания, особенно в составе с бистабильными свойствами листового композитного материала ствола композитной мачты с антенной.

Испытания подтвердили сохранение геометрической стабильности композитной мачты с антенной, высокой скорости развертывания и удобства эксплуатации.

Claims (6)

1. Композитная мачта с антенной, предназначенная для наземной или надземной установки, содержащая ствол, выполненный из листового композитного материала, способного к переходу из свернутого в рулон транспортного положения в развернутое рабочее положение, в котором он образует удлиненный цилиндр с продольным разрезом, отличающаяся тем, что ствол содержит металлическую антенну, листовой композитный материал выполнен из бистабильного термореактопласта, коррозионно-стойкого, армированного волокнистыми наполнителями и пропитанного термореактивным связующим на основе трещиностойкой смолы, при этом листовой композитный материал содержит несколько слоев волокнистого наполнителя, при этом листовой композитный материал содержит внутренний слой, содержащий волокнистый наполнитель, выполненный из углеволокна, и термореактивное связующее на основе трещиностойкой смолы, при этом листовой композитный материал содержит волокнистый наполнитель, выполненный из стекловолокна.

2. Мачта по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистые наполнители уложены в несколько слоев, причем углы укладки волокон в смежных слоях являются разнонаправленными.

3. Мачта по п. 1, отличающаяся тем, что ствол в рабочем состоянии выполнен полым внутри.

4. Мачта по п. 1, отличающаяся тем, что ствол в поперечном сечении в рабочем положении имеет форму круга.

5. Мачта по п. 1, отличающаяся тем, что содержит металлическую антенну в виде решетки.

6. Мачта по п. 1, отличающаяся тем, что содержит разъем для подключения антенны.