DE10005348A1 - Verfahren zur Fertigung von Nasenstrukturen für aerodynamische Flächen - Google Patents
Verfahren zur Fertigung von Nasenstrukturen für aerodynamische FlächenInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertigung von aerodynamischen Flächen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mit ihr wird es möglich, eine für Nasen wünschenswerte aerodynamische Kontur mit engen Bautoleranzen und hoher Oberflächengüte umzusetzen, deren Fertigungsaufwand im Vergleich der Nutzung von kostenintensiver Umformtechnik über Positivkern oder Warmverformung technologisch weitaus günstiger beeinflußt wird, wodurch aufgrund der mit dem Verfahren umsetzbaren Konturtreue und der zu erwartenden Kosteneffizienz eine serientaugliche Produktion dieser Nasenkonstruktion denkbar wäre. DOLLAR A Das Verfahren zur Fertigung von Nasenstrukturen für aerodynamische Flächen benutzt Vorrichtungen mit je zwei längsbeweglichen veränderlichen Führungselementen, die sich durch eine übertragene Schraubbewegung zueinander bewegen oder abwenden werden, wobei sich an jedem Führungselement ein beweglich gelagertes Formteil mit definierter Außenkontur befindet. Mit ihm werden nachfolgende Schritte umgesetzt: DOLLAR A a) auf einem ebenflächigen Außenhaut-Blech werden nahezu parallel angeordnete Stringer oder zueinander beabstandete nahezu parallel in Reihe geführte Profilelemente positioniert, die darauffolgend am Außenhaut-Blech befestigt werden, DOLLAR A b) danach werden ein linkes und ein rechtes Formteil mit einer Konturfläche passend zur Außenkontur auf den Stringern oder Profilelementen abgelegt, DOLLAR A c) dann wird die Profilauflage des randseitig der Außenhaut-Blech-Längsachse nahegelegenen ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertigung von aerodynamischen Flächen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1. Mit ihr wird es möglich, eine für Nasen wünschenswerte
aerodynamische Kontur mit engen Bautoleranzen und hoher Oberflächengüte umzusetzen, deren
Fertigungsaufwand im Vergleich der Nutzung von kostenintensiver Umformtechnik über Positivkern
oder Warmverformung technologisch weitaus günstiger beeinflußt wird, wodurch aufgrund der mit
dem Verfahren umsetzbaren Konturentreue und der zu erwartenden Kosteneffizienz eine serien
taugliche Produktion dieser Nasenstrukturen denkbar wäre.
In konventionellen Flügeln bekannter Flugzeugtypen befinden sich genietete und geklebte
Aluminium-Konstruktionen. Die Leitwerksnasen dieser Flugzeuge bestehen ebenfalls aus Aluminium,
GFK oder auch CFK, die erosionsempfindlich sind. Bei metallenen Strukturen von aerodynamischen
Flächen werden die Hauptbleche über Positivkerne vor der Fügung verformt. Anderweitige Lösungen
oder Lösungskonzepte, die von dieser Technologie abweichen und außerdem sich auf Bauweisen
von Absaugestrukturen an aerodynamischer Flächen (Flügel, Leitwerk eines Flugzeuges) beziehen,
sind bisher nicht bekannt geworden, obwohl ihre Bedeutung - wegen der angestrebten Senkung der
Fertigungskosten und der Verbesserung der erzielbaren Kraftstoffersparnis respektive Gewichts
ersparnis als Folge (davon) Steigerung der Flugweiten - gerade durch angedachte Maßnahmen der
Verbesserung der aerodynamischen Verhältnisse eines Flugzeuges durch Grenzschichtabsaugung -
immer mehr aus rationalen Gesichtspunkten in den Mittelpunkt rückt. Bisherige Bauweisen für
Absaugestrukturen weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die eine Umsetzung in Serienbauteile
behinderten oder gar unmöglich machten. So untersuchte die Firma "BOEING" bekanntlich die
Hybridlaminartechnik erfolgreich im Flugversuch mit der 8757. Dabei wurde die Verbindung der
Absaugekammern durch Klebung von trapezförmigen Blechen mit großer Fügefläche an der
Flugzeug-Außenhaut realisiert, dabei an den Klebeflächen ein Großteil der Absaugelöcher (also der
mit einer Perforierung versehenen aerodynamischen Flächen) abgedeckt wurde. Dieses
Fügeverfahren wird sehr kritisch - hinsichtlich Lebensdauer und Aufbringen von Innendruck zur
Säuberung und Enteisung der Absaugestruktur - beurteilt. Auch bei dem bekannten Warmumformen
und Fügen im Vakuum-Lötofen mit Negativ- und Positivkernen aus Stahl ergeben sich erhebliche
Probleme durch lokale und globale Verformungen, die eine extrem aufwendige Temperaturführung
erfordern. Weitere Schwierigkeiten bereiten Kristallumwandlungen. Auch das Gewicht und die
Steifigkeit der Bauteile lassen sich nicht auf akzeptable Werte für Serienbauteile senken. Bekannt ist
der Fachwelt auch das Windkanalmodell des auf Klebetechnik (als Fügeverfahren) beruhenden
(sogenannten) ELFIN II-Flügels, wobei die Abkürzung "ELFIN" für den Begriff "European Laminar
Flow Investigation" steht. Für die Serienproduktion scheint dieses Fertigungskonzept weniger
tauglich, weil (ökonomisch betrachtet) hohe Fertigungskosten und eine niedrige Lebensdauer
erwartet werden, außerdem (technisch beurteilt) der benötigte Innendruck für die Säuberung und
Enteisung der Absaugestruktur(en) entsprechend fehlt.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung von
Nasenstrukturen für aerodynamische Flächen, das insbesondere im Flugzeugbau Anwendung finden
wird, bereitzustellen, mit dem eine wünschenswerte aerodynamische Kontur mit hoher Konturentreue
bei Einhaltung enger Bautoleranzen und der Gewährleitung einer hoher Oberflächengüte für Nasen
umgesetzt wird. Dabei soll technologisch auf die kostenintensive Umformtechnik über Positivkern
oder Warmverformung verzichtet werden und der Fertigungsaufwand - im Vergleich dieser
Technologie - auch zugunsten einer denkbaren Serienfertigung deutlich günstiger beeinflußt werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den
weiteren Ansprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Maßnahmen angegeben.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen nähen
beschrieben. Dazu zeigen die
Fig. 1 die Darstellung eines Seitenleitwerkes für die Absaugung der Grenzschicht;
Fig. 2 die Darstellung des mit durchlaufenden Stringern verbundenen Außenhaut-Bleches;
Fig. 3 den Aufbau mit einer Biegevorrichtung zum Kaltbiegen der (im Endzustand)
dargestellen koventionellen Nasenstruktur;
Fig. 4 die Darstellung einer Negativfom mit der eingesetzten und gesicherten
Nasenstruktur nach Fig. 3;
Fig. 5 die Darstellung nach Fig. 4 mit auf den Stringern verfügtem Drosselblech;
Fig. 6 die Darstellung nach der Fig. 5 mit einer am Drosselblech befestigten Innenrippe;
Fig. 7 die Darstellung nach der Fig. 6 mit einem durch die Innenrippe geführten und
am Drosselblech befestigten Hutlängsprofil;
Fig. 8 die Darstellung nach Fig. 7 mit der befestigten Auflage eines Innenhaut-Bleches
auf nebeneinander liegenden Hutlängsprofilen (Absauge-Nasenstruktur).
Mit der Fig. 1 wird nun das Seitenleitwerk 1 (SL) eines Flugzeuges gezeigt, welches dem Betrachter
allgemein den beispielhaften SL-Aufbau mit einem Seitenleitwerk-Nasenteil 4 einschließlich Dorsal
4A, einer Seitenleitwerk-Tragstruktur 2 und einem Seitenruder 3 vermittelt. Ohne näher auf weitere
strukturelle respektive aerodynamische Zusammenhänge einzugehen, die dem Fachmann an sich
bekannt sind, wird die Aufmerksamkeit auf das Seitenleitwerk-Nasenteil 4, das eigentlich aus
mehreren spannweitenweise hintereinander angeordneten SL-Nasenteil-Teilbereichen (beispielsweise
einem oberen, mittleren und einem unteren SL-Nasenteil) besteht, wobei das obere SL-Nasenteil zur
Leitwerksspitze gerichtet ist und dem unteren SL-Nasenteil ein bis zur SL-Wurzel sich erstreckendes
Teil als Dorsal folgt. Dieses aus den SL-Nasenteil-Teilbereichen integrierte Seitenleitwerk-Nasenteil 4
sitzt stirnseitig der SL-Tragstruktur 2, die allgemein mit einem beispielsweise aus CFK bestehenden
SL-Kasten verkörpert wird, auf. Stirnrückseitig ist dieser SL-Tragstruktur 2 (dem CFK-Kasten) am
Hinterholm ein Seitenruder 3 nachgeordnet. Um auf die (noch nachfolgend geschilderte) Fertigung
einer (am Beispiel des Seitenleitwerkes 1 erläuterten) perforierten Nasenstruktur, an der im Flug
eines Flugzeuges (mit weiteren vorzusehenden Maßnahmen) die sie umgebende Grenzschicht
abgesaugt werden soll, um den aerodynamischen Widerstand während des Fluges günstig zu
beeinflussen, näher einzugehen, wird (zum weiteren Verständnis vollständigkeithalber) erwähnt, daß
die einzelnen SL-Nasenteil-Teilbereiche des Seitenleitwerk-Nasenteiles 4 (oder auch nur das einzelne
Teilbereich davon) im Staulinienbereich mit Absaugeports (Tappings) ausgestaltet wird, um hernach
die an der SL-Nasenteil-Teilbereich-Oberfläche abgesaugte und in die Kammerunterstruktur geleitete
Luft, die durch Absaugung zunächst in die [in den Fig. 6 bis 8 dargestellte(n)] Vorkammer(n) 20
strömt und danach in die [in der Fig. 8 dargestellte(n)] Sammelkammer(n) geleitet wird, aus der (den)
Sammelkammer(n) 21 zu fördern.
Um auf die Herstellung von derartigen Nasenstrukturen nun ausgiebiger einzugehen, wird zunächst
auf die Figur Z verwiesen. In dieser Darstellung wird ein ebenflächiges Außenhaut-Blech 5, das
beispielsweise aus (dem Material) Aluminium, Titan oder Chrom-Nickel-Stahl bestehen kann, mit
durchlaufenden verbundenen metallenen Stringern 6 oder lokalen Befestigungselementen, bspw.
Ausschnitte von Stringern 6, gezeigt. Als Fügetechnik können alle üblichen Verfahren, bspw. Nieten,
Löten, Kleben, Schweißen - insbesondere Laserschweißen oder Diffusionsschweißen, eingesetzt
werden, Die Fügung der Stringer 6, und nur darauf werden die weiteren Erläuterungen sich beziehen,
erfolgt am ebenen Blech.
In einem Schritt a) des vorgestellten Verfahrens werden auf einem ebenflächigen Außenhaut-Blech 5
in Außenhaut-Blech-Längsrichtung (näherungsweise) parallel angeordnete metallene Stringer 6
(metallene Längs-Profile definierter Länge) positioniert, die darauffolgend im Bereich ihrer
Außenhaut-Blechauflage am Außenhaut-Blech 5 mechanisch befestigt werden. Dabei werden deren
zu befestigenden Stege senkrecht zur Außenhaut-Blechebene angeordnet.
Um eine nach innen gewölbte (parabelgenäherte) Biegung der vorher angegebenen Anordnung zu
Erreichen, wird bei diesem Fertigungsverfahren eine Biegevorrichtung 7 benutzt, die aus einer
geteilten Kurbelstange 73 (also einem linken und eine rechten Kurbelwellenteil) besteht, deren
Kurbelwellenteile - wegen der unterschiedlichen Bewegungsrichtung mit einer linken und/oder einer
rechten Kurbel 71, 72 - in einem (sogenannten) Kurbelstangengehäuse 78 drehbeweglich gelagert
sind. Das linke Kurbelwellenteil ist mit einem Rechtsgewinde (als Außengewinde) versehen, wogegen
das rechte Kurbelwellenteil ein Linksgewinde (als Außengewinde) aufweist. Auf den
Kurbelwellenteilen befinden sich (sogenannte) Führungselemente 74, 75, wobei das linke
Führungselement 74 sich infolge der (über die linke Kurbel 72) auf das linke Kurbelwellenteil
übertragenen Drehbewegung in Richtung des Kurbelstangengehäuses 78 bewegen wird und
gleichermaßen das rechte Führungselement 75 infolge der (über die rechte Kurbel 71) auf das rechte
Kurbelwellenteil übertragenen Drehbewegung in Richtung des Kurbelstangengehäuses 78 eine
Bewegung ausüben wird. Bei diesen Führungselementen 74, 75 handelt es sich um
innengewindeschraubbare Körper, die unterhalb der Kurbelstange 73 jeweils ein Gelenk 76, 77 (eine
Gelenklagerung) aufweisen, an dem jeweils ein Formteil 9, 10 (eine bspw. aus Hartholz bestehende
Halbrippe) mit oder ohne einer ihrer (nicht zum Kurbelstangengehäuse 78 weisenden) Außenkontur-
Fläche aufliegenden Platte 81, 82 (CrNi-Platte), wobei die Wölbung der Außenkontur-Fläche der
aufliegenden Platte 81, 82 der Außenkontur-Fläche des betreffenden Formteiles 9, 10 folgt.
Auf die vorher blechbefestigten Stringer 6 werden in einem weiteren Schritt nun (allgemein
verständlich) die erwähnten Formteile 9, 10 (bspw. die halbierten Rippen aus Hartholz mit der
plattenhaften Blechschale aus CrNi) geheftet, die in der nehmlichen Biegevorrichtung 7 beweglich
montiert sind. Das Ergebnis dieser Maßnahme läßt sich anhand der Fig. 3 nachvollziehen. Die
Formteile 9, 10 werden dann mit fortlaufender Biegung des Außenhaut-Bleches 5 mit den Stringern 6
von außen nach innen geheftet.
Danach werden (die vorzunehmenden Handlungen zusammenfassend) nach einem Schritt b)
zunächst ein linkes und ein rechtes Formteil 9, 10 mit der Außenkontur-Fläche auf der Profilauflage
der Stringer 6 in Außenhaut-Blech-Querrichtung abgelegt. Nach einem anschließenden Schritt c)
wird dann diese Profilauflage des randseitig der Außenhaut-Blech-Längskante nahegelegenen
Stringers 6 dem betreffenden Randabschnitt der Außenkontur-Fläche des in Außenhaut-Blech-
Querrichtung zur Außenhaut-Blechmitte gerichteten linken und rechten Formteils 9, 10 in der Nähe
von deren Gelenkbefestigung mit jeweils einem Montagestift 11 mechanisch fest geheftet. Nach
einem anschließenden Schritt d) werden darauffolgend die sich zueinander bewegenden
Führungselemente 74, 75 randseitig beginnend der beiden Außenhaut-Blech-Längskanten
etappenweise über die gehefteten Formteile 9, 10 auf das Außenhaut-Blech 5 eine in Außenhaut-
Blech-Querrichtung zur Außenhaut-Blechmitte gerichtete parabelähnliche Biegung übertragen, die
maßgeblich von der ein aerodynamisches Halbprofil beschreibenden geschwungenen Form der
Außenkontur-Fläche der Formteile 9, 10 geprägt wird. Dabei wird mit der zur nehmlichen Außenhaut-
Blechmitte (etappenweise) übertragenen fortschreitenden Bewegung der Führungselemente 74, 75
(infolge der vom betreffenden Kurbelwellenteil auf sie übertragenen Schraubbewegung mit der zum
Kurbelstangen-Gehäuse 78 übertragenen Bewegungsrichtung) die Außenkontur-Fläche des linken
und des rechten Formteiles 9, 10 abschnittsweise auf der betreffenden Profilauflage des Stringers 6
liegen und dort dann jeweils mit einem Montagestift 11 befestigt. Diese Maßnahme wird in Etappen
(also in Abhängigkeit des Biegezustandes des Außenhaut-Bleches 5 mit den aufsitzenden Stringern
6) bis nahe dem freien Ende der Formteile 9, 10 fortgesetzt, bis eine entsprechend gewünschte (auch
aus der Fig. 4 ersichtliche) in Außenhaut-Blech-Querrichtung zur Außenhaut-Blechmitte gerichteten
Nasenform erreicht wird.
Danach ist vorgesehen, daß das fertig gebogene Außenhaut-Blech 5 mit den befestigten Stringern 6
in eine Negativform 12 aus Hartholz eingesetzt wird. Diese gefügte Hautkonstruktion wird in der
Negativform 12 mit Sicherungsblechen 131, 132 gegen ein unbeabsichtigtes Herausspringen
gesichert und danach die Biegevorrichtung entfernt. Die Verwirklichung dieser Maßnahme läßt sich
anahnd der Fig. 4 nachvollziehen.
Deshalb wird nach einem anschließenden Schritt e) dann der dermaßen gefügte und unter
Vorspannung befindliche Nasenaufbau in einer Negativform 12, welche die Form des gewünschten
aerodynamischen Profils hat, positioniert. Daraufhin werden die beiden Außenhaut-Blech-
Längskanten des gebogenen Außenhaut-Bleches 5 mit mehreren entlang den beiden Längsseiten der
Negativform 12 befestigten Sicherungsblechen 131, 132 gegen ein Herausspringen gesichert.
Danach wird in einem weiteren Schritt f) durch Entfernen der Montagestifte 11 die Heftung der
Profilauflagen der Stringer 6 aufgehoben und die Vorrichtung (Biegevorrichtung 7) aus dem
erhaltenen Nasenaufbau entfernt.
An dieser Stelle wird ergänzt, daß eine derweise erhaltene Nasenstruktur - ohne abschnittsweise oder
flächenausgedehnte vorhandene Perforierungen des Außenhaut-Bleches 5 - üblicherweise bei
konventionell einzusetzenden Nasenstrukturen aerodynamischer Flächen (Flügel, Höhen- und/oder
Seitenleitwerk eines Flugzeuges) zur Verwendung vorgesehen wird.
Wie vorher angedeutet, zur Grenzschichtabsaugung werden aber absaugbare Nasenstrukturen
benötigt, auf deren Fertigung weiter eingegangen wird. Deshalb werden anschließend dem
vorgenannten Schritt nachfolgende Maßnahmen umzusetzen sein, wonach zunächst die Montage
eines sogenannten Drosselbleches 14 (einer ersten Innenhaut) auf den Stringern 6 umzusetzen ist.
Mit einem Blick auf die Fig. 5 kann man nachvollziehen, daß diese Drosselblech 14 - vorab an den
beabsichtigten Stringerauflagestellen mit einem Dichtmittel 15 versehen - anschließend dem Schritt f)
mit den Stringern 6 in der Negativform 12 verfügt wird. Dabei werden nach dem Vorbild der Fig. 5 (in
Außenhaut-Blech-Längsrichtung betrachtet) stringeraufliegend verfügt über die gesamte Außenhaut-
Fläche mehrere Drosselbleche 14 auf Stoß gesetzt stückweise angebracht.
Danach werden in einem weiteren Schritt g) des vorgestellten Verfahrens - nachfolgend dem
vorbeschriebenen Schritt f) - mehrere perforierte Drosselbleche 14, die in einem vorgelagerten
Arbeitsschritt durch Biegung ein der Form des Außenhaut-Blech 5, das bei absaugefähigen
Nasenstrukturen als Außenhaut eingesetzt wird, angepaßtes parabelähnliches Aussehen erhalten
haben, in Außenhaut-Blech-Längsrichtung stoßweise aneinandergereiht auf der Profilauflage der
Stringer 6 abgelegt, dem ein geschehenes rückseitiges Auftragen eines Dichtmittels 15 an definierten
Stellen, die mit der Position der Profilauflage übereinstimmen wird, auf (der zur Stringer-Auflage
vorgesehenen Stelle) der Drosselblech-Oberfläche vorangestellt wird. Darauffolgend werden die mit
dem Dichtmittel 15 versehenen Drosselblech-Bereiche der Profilauflage der Stringer 6 durch eine
Blindnietverbindung (mittels Blindniet 19) befestigt werden, wobei die nichtanstoßende Drosselblech-
Querkante der Drosselbleche 14, die den Abschluß der Reihe bilden, mit den Blech-Querkanten
lotrecht abschließen wird, außerdem die Drosselblech-Längskanten lotrecht der Blech-Längskanten
abschließen wird.
Anschließend dieser Maßnahme werden auf dem fertigen Sandwich (Außenhaut-Blech 5/Stringer 6/
Drosselblech 14) die inneren Rippen, die - bei Absaugestrukturen ebenso - abgedichtet werden, mit
beispielsweise einem Blindniet (andere Befestigungen wären auch denkbar) befestigt. Die Ergebnis
dieser Maßnahme kann man der Fig. 6 entnehmen.
Danach wird dem Schritt g) sich der nachfolgende Schritt h) anschließen, nach dem an der
Stoßstelle der nebeneinander liegenden Drosselbleche 14 des bisher erhaltenen Nasen-Sandwich-
Aufbaus in Drosselblech-Querrichtung mehrere mit den Drosselblech-Längskanten abschließende
Innenrippen 16, deren Rippengestalt in einem vorgelagerten Arbeitsschritt der parabelähnlich
gebogenen Form der Drosselbleche 14 angepaßt wird, nach einem auf der rückseitigen
Rippenauflage vorab geschehenem Auftragen von weiterem Dichtmittel 15, der mit dem Randbereich
der einander anstoßenden Drosselbleche 14 übereinstimmen wird, in Drosselblech-Querrichtung
abgelegt werden, die danach durch weitere Blindnietverbindungen am Drosselblech 14 befestigt
werden.
Dem folgt die Maßnahme, wonach - nach dem Vorbild der Fig. 7 - an den Grenzen einer (mit dem
Drosselblech 14 eingeschlossenen) Vorkammer 20, auf dem Drosselblech 14 mit Dichtmasse 15
abgedichtete Hutlängsprofile 17 befestigt werden. Diese Hutprofile werden durch eine den
Innenrippen 16 rippenlängsseitig ausgenommene Aussparung geführt und über ihre gestreckte Länge
bodenseitig, bspw. mit Blindnieten 19, befestigt. Dabei werden die Grenzen der Vorkammer 20 durch
das Hutprofil bestimmt.
Deshalb wird nach dem Schritt i) folgende Maßnahme nachfolgend umgesetzt, nach der
darauffolgend in Drosselblech-Längsrichtung durch die Innenrippen 16 mehrere am parabelähnlichen
Rippenumfang verteilte parallelverlaufende Hutlängsprofile 17 geführt werden, die mit den
Drosselblech-Querkanten abschließen, deren schenkelbegrenzter Bodenauflagebereich des U-förmig
gestalteten Profilbereich des Hutlängsprofiles 17, dem vorab ein zusätzliches Dichtmittel 15
aufgetragen wird, oberhalb der korrespondierenden Profilauflage des Stringers 6 oder der
Profilelemente auf dem Drosselblech 14 auf dem Bodenauflagebereich positioniert und danach durch
zusätzliche Blindnietverbindungen 19 am Drosselblech 14 befestigt wird.
Im weiteren wird vorgesehen, daß eine Sammelkammer 21 mit einem (nicht perforierten) Innenhaut-
Blech 18 (einer zweiten metallenen Innenhaut), das den (in Drosselblech-Längsrichtung verteilten)
Innenrippen 16 und den Hutlängsprofilen 17 durch bspw. Blindniete 19 (mit Dichtmasse 15
abgedichtet) dicht befestigt wird.
Deshalb werden nach einem Schritt j) anschließend zwischen den parallelverlaufenden
Hutlängsprofilen 17 auf den sich zueinander richtenden horizontalen Schenkeln der nebeneinander
angeordneten Hutlängsprofile 17 in Drosselblech-Längsrichtung verlaufende und stoßweise
aneinandergereihte Innenhaut-Bleche 18 abgelegt, denen vorher im Bereich ihrer Auflage
längsrandseitig ein ergänzendes Dichtmittel 15 aufgetragen wird. Die Innenhaut-Bleche 18 werden
danach durch hinzukommende Blindnietverbindungen an den horizontalen Schenkeln des
betreffenden Hutlängsprofiles (17) befestigt,
Abschließend wird nach einem Schritt k) der dermaßen erhaltene Nasen-Sandwich-Aufbau (für eine
absaugbare Nasenstruktur einer aerodynamischen Fläche) nach Aufhebung der Befestigung der
Sicherungsbleche 131, 132 aus der Negativform 12 entfernt.
Diese Maßnahmen werden - sofern nicht schon vorgestellt - durch weitere vorteilhafte Maßnahmen
nachfolgend ergänzt. Danach wird vorgesehen, daß eine Konturenform auf das Außenhaut-Blech 5
übertragen wird, die jeweils von einer dem ersten und zweiten Formteil 9, 10 unterlegten und an
deren Außenkontur-Fläche befestigten Platte 81, 82, vorzugsweise von einer CrNi-Platte, maßgeblich
bestimmt wird, wobei beim zur Außenhaut-Blechmitte wendende Querschnittsbereich der Formteile 9,
10 und auch der Platten 81, 82 eine nach innen geschwungene parabelastähnliche Kurvenform
umgesetzt wird.
Ferner wird vorgesehen, daß auf dem in Außenhaut-Blech-Querrichtung befindlichen linken und
rechten Haut-Bereich des Außenhaut-Bleches 5 Stringer 6 (oder Profilelemente) mit einem meist
rechtwinkligen Profilquerschnitt positioniert werden, deren vertikal angeordneter Schenkel endseitig
am Außenhaut-Blech 5 durch eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Schweißen oder
Löten mittels eingesetzter Lasertechnologie, unlösbar, fest und gegen selbsttätiges Lösen gesichert
befestigt wird, dabei deren horizontal angeordneten Schenkel, der die Profilauflage des Stringers 6
(oder des Profilelementes) verkörpert, ein Loch 61 aufweist, durch das der Montagestift 11 geführt
und dem ersten und zweiten Formteil 9, 10 befestigt wird.
Weiter wird vorgeschlagen, daß auf dem horizontalen Schenkel das Drosselblech 14 mit einem
Blindniet 19 befestigt wird, das an diesen Stellen vor seiner Schenkel-Auflage mit Dichtmittel 15
unterlegt wird.
Dazu wird erwähnt, daß auf dem in Außenhaut-Blech-Querrichtung befindlichen mittleren Haut-
Bereich des Außenhaut-Bleches 5 Stringer 6 (oder Profilelemente) mit einem T-winkligen
Profilquerschnitt positioniert werden, deren vertikal angeordneter Schenkel endseitig am Außenhaut-
Blech 5 durch eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten mittels
eingesetzter Lasertechnologie, unlösbar, fest und gegen selbsttätiges Lösen gesichert befestigt wird,
dabei an den in Außenhaut-Blech-Querrichtung weisenden Seitenkanten des horizontal angeordneten
Schenkels die auf den linken und rechten Haut-Bereich des Außenhaut-Bleches 5 übertragene
Biegung weitestgehend abgeschlossen wird, die von der nach innen geschwungenen parabelast
ähnlichen Kurvenform des betreffenden Formteiles oder in Korrelation der betreffenden Platte
ausgangs des Parabelastes bestenfalls mittig (aufliegend) der Profilauflage beeinflußt wird.
Auch wird erwähnt, daß die Verstiftung des horizontalen Schenkels mit dem betreffenden Formteil 9,
10 respektive der betreffenden Platte 81, 82 geschehen wird, die in Abhängigkeit der Biegestellung
des Außenhaut-Bleches 5 etappenweise vorgenommen wird.
Zudem wird die Möglichkeit angemerkt, daß die vorgelagerte Biegung des einzelnen Drosselbleches
14 ähnlich der Biegung des Außenhaut-Bleches 5 nach den Schritten a) bis d) ohne ihr befestigte
Stringer 6 (oder Profilelemente) realisiert werden kann, dabei die Befestigung des Drosselbleches 14
an den Formteilen 9, 10 respektive den betreffenden Platten 81, 82 auch durch mechanisch feste
Heftung mit jeweils einem Montagestift 11, der durch ihr ausgesparte Löcher geführt wird, geschehen
kann.
Es wird erwähnt, daß die Entnahme der Biegevorrichtung 7 etappenweise vorgenommen werden
kann, entsprechend der sukzessiven Montage der Drosselbleche 14 und der Rippen 16.
Zu alledem wird letzlich darauf verwiesen, daß die Entnahme des erhaltenen Nasen-Sandwich-
Aufbaus aus der Negativform 12 nach Schritt k) dem Schritt j) vorangestellt werden kann, sofern die
Aufhebung der Befestigung der Sicherungsbleche 131, 132 mit umgesetzt wird.
Für den Flugzeugbau besitzt das vorgestellten Verfahrens folgende Vorteile. Eine konventionelle
Nase für Flugzeugleitwerke und -flügel muß eine aerodynamische Kontur mit mäßiger Bautoleranz
einhalten, die dahinter liegende tragende Struktur vor äußeren Schäden schützen und Vorrichtungen
zur Enteisung aufnehmen. Laminare Absauge-Nasenstrukturen müssen zusätzlich dazu eine hohe
Konturtreue aufweisen und eine komplexe innere Struktur für Absaugesysteme ermöglichen. Das
vorgestellte Verfahren erlaubt den Bau konventioneller Nasenstrukturen zu reduzierten Kosten bei
geringem Gewicht und verbesserter Erosionsbeständigkeit. Die Kosteneffizienz läßt sich im Versuch
nachweisen. Die Laminartechnologie verspricht dpa höchste Potential zur Reduktion des Kraftstoff
verbrauchs von Verkehrsflugzeugen unter allen derzeit untersuchten Technologien. Es wird somit ein
taugliches Fertigungs-Konzept für seriengeeignete Fertigungsverfahren zur Vertilgung bzw.
Herstellung von Laminar-Absaugestrukturen vorgeschlagen, sowohl für Leitwerke als auch für Flügel.
Mit dem Konzept werden alle Anforderungen erfüllt, die sich auf die Oberflächenqualität (Rauhigkeit,
Welligkeit, Formtreue), das Gewicht, die Steifigkeit, den Schadensschutz (Vogelschlag), die
Dichtigkeit und die Reparaturfreundlichkeit beziehen.
1
Seitenleitwerk (SL)
2
SL-Tragstruktur; CFK-Kasten
3
Seitenruder
4
SL-Nasenteil
4
A Dorsal
5
Außenhaut-Blech (Außenhaut); metallenes, (für Absaugnasen) perforiertes Blech
6
metallener Stringer, metallenes Befestigungselement;
61
Loch
62
Befestigungsstelle, lasergeschweißt oder gelötet
7
Biegevorrichtung
71
rechte Kurbel
72
linke Kurbel
73
Kurbelstange
74
linkes Führungselement
75
rechtes Führungselement
76
linkes Gelenk
77
rechtes Gelenk
78
Kurbelstangen-Gehäuse
79
Rechtsgewinde
710
Linksgewinde
81
linke Platte; CrNi-Platte, montagerippenbefestigt
82
rechte Platte; CrNi-Platte, montagerippenbefestigt
9
linkes Formteil; Montagerippe (halbe Rippe)
10
rechtes Formteil; Montagerippe (halbe Rippe)
11
Montagestift
12
Negativform (aus Hartholz)
131
linkes Sicherungsblech
132
rechtes Sicherungsblech
14
Drosselblech; metallenes, perforiertes Innenblech
15
Dichtungsmittel
16
Innenrippe
17
Hutlängsprofil
18
Innenhaut-Blech (Innenhaut); metallenes Innenblech
19
Blindniet
20
Vorkammer
21
Sammelkammer
22
Befestigungsstelle, lösbar
Claims (10)
1. Verfahren zur Fertigung von Nasenstrukturen für aerodynamische Flächen, bei dem eine
Biegevorrichtung (7) mit zwei längsbeweglichen veränderlichen Führungselementen (74, 75), die
auf einer Kurbelstange (73) gelagert werden, welche sich durch eine von der Kurbelstange (73)
übertragenen Schraubbewegung zueinander bewegen oder abwenden werden, wobei sich an
jedem Führungselement (74, 75) ein mit jeweils einem Gelenk (76, 77) beweglich gelagertes
Formteil (9, 10) mit definierter Außenkontur befindet, eingesetzt wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte,
- a) auf einem ebenflächigen Außenhaut-Blech (5) werden in Blech-Längsrichtung näherungsweise parallel angeordnete metallene Stringer (6) oder zueinander beabstandete und in nahezu parallelen Reihen geführte metallene Profilelemente definierter Länge positioniert, die darauffolgend im Bereich ihrer Außenhaut-Blechauflage am Außenhaut-Blech (5) mechanisch befestigt werden, dabei deren zu befestigenden Stege senkrecht zur Außenhaut-Blechebene angeordnet wird,
- b) danach werden ein linkes und ein rechtes Formteil (9, 10) mit der Außenkontur-Fläche auf der Profilauflage der Stringer (6) oder der einzelnen Profilelemente in Außenhaut-Blech-Querrichtung abgelegt,
- c) dann wird diese Profilauflage des randseitig der Außenhaut-Blech-Längskante nahegelegenen Stringers (6) oder der dort entlang in Reihe positionierten Profilelemente dem betreffenden Randabschnitt der Außenkontur-Fläche des in Außenhaut-Blech-Querrichtung zur Außenhaut- Blechmitte gerichteten linken und rechten Formteils (9, 10) in der Nähe von deren Gelenkbefestigung mit einem Montagestift (11) mechanisch fest geheftet,
- d) darauffolgend werden die sich zueinander bewegenden Führungselemente (74, 75) randseitig beginnend den beiden Außenhaut-Blech-Längskanten etappenweise über die gehefteten Formteile (9, 10) auf das Außenhaut-Blech (5) eine in Außenhaut-Blech-Querrichtung zur Außenhaut- Blechmitte gerichtete parabelähnliche Biegung übertragen, die maßgeblich von der ähnlich einem Parabelast beschreibenden geschwungenen Form der Außenkontur-Fläche der Formteile 9, 10 geprägt wird, dabei mit der zur nehmlichen Außenhaut-Blechmitte (etappenweise) übertragenen fortschreitenden Bewegung der Führungselemente (74, 75) die Außenkontur-Fläche des linken und des rechten Formteiles (9, 10) abschnittsweise auf der betreffenden Profilauflage des Stringers (6) oder des einzelnen Profilelementes liegen und dort dann jeweils mit einem Montagestift (11) befestigt wird, bis nahe dem freien Ende der Formteile (9, 10) eine in Außenhaut-Blech-Querrichtung zur Außenhaut-Blechmitte gerichteten Nasenform erreicht wird,
- e) dann wird der dermaßen gefügte und unter Vorspannung befindliche Nasenaufbau in einer Negativform (12), welche den parabelähnlichen Verlauf toleranzausgleichend übertragen wird, positioniert, daraufhin die beiden Außenhaut-Blech-Längskanten des gebogenen Außenhaut- Bleches (5) mit mehreren entlang den beiden Längsseiten der Negativform (12) befestigten Sicherungsblechen (131, 132) gegen ein Herausspringen gesichert werden,
- f) danach durch Entfernen der Montagestifte (11) die Heftung der Profilauflagen der Stringer (6) oder der sukzessive Profilelemente aufgehoben wird und die Vorrichtung dem Nasenaufbau entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem eine Perforation aufweisenden Blech (5),
dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend dem Schritt f)
- a) mehrere perforierte Drosselbleche (14), die in einem vorgelagerten Arbeitsschritt durch Biegung ein der Form des Außenhaut-Blech (5), das bei absaugefähigen Nasenstrukturen als Außenhaut eingesetzt wird, angepaßtes parabelähnliches Aussehen erhalten haben, in Außenhaut-Blech- Längsrichtung stoßweise aneinandergereiht auf der Profilauflage der Stringer (6) oder den Profilauflagen der Profilelemente abgelegt werden, dem ein geschehenes rückseitiges Auftragen eines Dichtmittels (15) an definierten Stellen, die mit der Position der Profilauflage übereinstimmen wird, auf der Drosselblech-Oberfläche vorangestellt wird, und darauffolgend die mit teilweise dem Dichtmittel (15) versehenen Drosselblech-Bereiche der Profilauflage der Stringer (6) oder den Profilauflagen der Profilelemente durch eine Blindnietverbindung befestigt werden, wobei die nichtanstoßende Drosselblech-Querkante der Drosselbleche (14), die den Abschluß der Reihe bilden, mit den Blech-Querkanten lotrecht abschließen wird, außerdem die Drosselblech-Längskanten lotrecht der Blech-Längskanten abschließen wird,
- b) danach werden an der Stoßstelle der nebeneinander liegenden Drosselbleche (14) des bisher erhaltenen Nasen-Sandwich-Aufbaus in Drosselblech-Querrichtung mehrere mit den Drosselblech- Längskanten abschließende Innenrippen (16), deren Rippengestalt in einem vorgelagerten Arbeitsschritt der parabelähnlich gebogenen Firm der Drosselbleche (14) angepaßt wird, nach einem auf der rückseitigen Rippenauflage vorab geschehenem Auftragen von weiterem Dichtmittel (15), der mit dem Randbereich der einander anstoßenden Drosselbleche (14) übereinstimmen wird, in Drosselblech-Querrichtung abgelegt, die danach durch weitere Blindnietverbindungen am Drosselblech (14) befestigt werden,
- c) darauffolgend werden in Drosselblech-Längssichtung durch die Innenrippen (16) mehrere am parabelähnlichen Rippenumfang verteilte nahezu parallelverlaufende Hutlängsprofile (17) geführt, die mit den Drosselblech-Querkanten abschließen, deren schenkelbegrenzter Bodenauflagebereich des U-förmig gestalteten Profilbereich des Hutlängsprofiles (17), dem vorab ein zusätzliches Dichtmittel (15) aufgetragen wird, oberhalb der korrespondierenden Profilauflage des Stringers (6) oder der Profilelemente auf dem Drosselblech (14) auf dem Bodenauflagebereich positioniert und danach durch zusätzliche Blindnietverbindungen am Drosselblech (14) befestigt wird,
- d) anschließend werden zwischen den parallelverlaufenden Hutlängsprofilen (17) auf den sich zueinander richtenden horizontalen Schenkeln der nebeneinander angeordneten Hutlängsprofile (17) in Drosselblech-Längsrichtung verlaufende und stoßweise aneinandergereihte Innenhaut- Bleche (18) abgelegt, denen vorher im Bereich ihrer Auflage längsrandseitig ein ergänzendes Dichtmittel (15) aufgetragen wird, die danach durch hinzukommende Blindnietverbindungen an den horizontalen Schenkeln des betreffenden Hutlängsprofiles (17) befestigt werden,
- e) abschließend wird der erhaltene Nasen-Sandwich-Aufbau nach Aufhebung der Befestigung der Sicherungsbleche (131, 132) aus der Negativform (12) entfernt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konturenform auf das
Außenhaut-Blech (5) übertragen wird, die jeweils von einer dem ersten und zweiten Formteil (9,
10) unterlegten und an deren Außenkontur-Fläche befestigten Platte (81, 82), vorzugsweise von
einer CrNi-Platte, maßgeblich bestimmt wird, wobei beim zur Außenhaut-Blechmitte wendende
Querschnittsbereich der Formteile (9, 10) und auch der Platten (81, 82) eine nach innen
geschwungene parabelastähnliche Kurvenform umgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem in Außenhaut-Blech-
Querrichtung befindlichen linken und rechten Haut-Bereich des Außenhaut-Bleches (5) Stringer (6)
oder Profilelemente mit einem überwiegend rechtwinkligen Profilquerschnitt positioniert werden,
deren vertikal angeordneter Schenkel endseitig am Blech durch eine stoffschlüssige Verbindung,
vorzugsweise durch Schweißen oder Löten mittels eingesetzter Lasertechnologie, unlösbar, fest
und gegen selbsttätiges Lösen gesichert befestigt wird, dabei deren horizontal angeordneten
Schenkel, der die Profilauflage des Stringers (6) oder des Profilelementes verkörpert, ein Loch
(61) aufweist, durch das der Montagestift (11) geführt und dem ersten und zweiten Formteil (9, 10)
befestigt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem horizontalen
Schenkel das Außenhaut-Blech (5) mit einer lokalen Befestigung, vorzugsweise einem Blindniet
(19), befestigt wird, das an diesen Stellen vor seiner Schenkel-Auflage mit Dichtmittel (15)
unterlegt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem in Außenhaut-
Blech-Querrichtung befindlichen mittleren Haut-Bereich des Außenhaut-Bleches (5) Stringer (6)
oder Profilelemente mit einem T-winkligen Profilquerschnitt positioniert werden, deren vertikal
angeordneter Schenkel endseitig am Blech durch eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise
durch Schweißen oder Löten mittels eingesetzter Lasertechnologie, unlösbar, fest und gegen
selbsttätiges Lösen gesichert befestigt wird, dabei an den in Außenhaut-Blech-Querrichtung
weisenden Seitenkanten des horizontal angeordneten Schenkels die auf den linken und rechten
Haut-Bereich des Außenhaut-Bleches (5) übertragene Biegung weitestgehend abgeschlossen wird,
die von der nach innen geschwungenen parabelastförmigen Kurvenform des betreffenden
Formteiles oder in Korrelation der betreffenden Platte(81, 82) ausgangs des Parabelastes
bestenfalls mittig (aufliegend) der Profilauflage, beeinflußt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstiftung des
horizontalen Schenkels mit dem betreffenden Formteil (9, 10) respektive der betreffenden Platte
(81, 82) geschehen wird, die in Abhängigkeit der Biegestellung des Außenhaut-Bleches (5)
etappenweise von dem randseitig der Außenhaut-Blech-Längskante nahegelegenen Stringer (6)
oder den dort in Reihe positionierten Profilelementen zu dem- oder denjenigen in Richtung der
Außenhaut-Blechmitte positionierten vorgenommen wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgelagerte
Biegung des einzelnen Drosselbleches (14) ähnlich der Biegung des Außenhaut-Bleches (5) nach
den Schritten a) bis d) ohne ihr befestigte Stringer (6) oder Profilelemente realisiert wird, dabei die
Befestigung des Drosselbleches (14) an den Formteilen (9, 10) respektive den betreffenden
Platten (81, 82) auch durch mechanisch feste Heftung mit jeweils einem Montagestift (11), der
durch ihr ausgesparte Löcher geführt wird, umgesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme des erhaltenen
Nasen-Sandwich-Aufbaus aus der Negativform (12) nach Schritt k) dem Schritt j) vorangestellt
wird, sofern die Aufhebung der Befestigung der Sicherungsbleche (131, 132) mit umgesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend dem Schritt f) auf der
Profilauflage der Stringer (6) oder der Profilelemente entsprechende Formrippen aufgelegt werden
und danach vorzugsweise mit Blindnietverbindungen befestigt werden, wobei die Formrippen die
Vorspannung der Struktur aufnehmen und die Einhaltung der vorgesehenen Maßhaltigkeit der
Nasenaufbaus gewährleisten werden.
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DE10005348B4 (de) | 2004-05-06 |
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