DE10005348B4

DE10005348B4 - Verfahren zur Fertigung von Nasenstrukturen für aerodynamische Flächen

Info

Publication number: DE10005348B4
Application number: DE10005348A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr.-Ing. Mertens; Henri Dr.-Ing. Lajain
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: DE10005348A1; US20010013173A1; US6415510B2

Abstract

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...

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 serientaugliche 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 Gewichtsersparnis 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 B757. 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.

Zum Stand der Technik werden noch die US 2 563 218 , die DE 196 49 132 A1 , die GB 634 583 und die DE 713 281 genannt. Dabei wird insbesondere auf die US 2 563 218 , 5 bis 8 mit Bilderläuterung, auf die DE 196 49 132 A1 , Spalte 3, Zeile 46 bis Spalte 4, Zeile 27, auf die GB 634 583 , 1, 2 und 5 bis 7 mit Bilderläuterung sowie auf die DE 713 281 , 1 bis 3 mit Bilderläuterung verwiesen. Der Fachmann wird diesen Druckschriften entnehmen, dass insbesondere die Verwendung einer Biegevorrichtung zur Fertigung von Nasenstrukturen für aerodynamische Flächen nicht zum Stand der Technik gehört.

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 Gewährleistung 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 im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den weiteren Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Maßnahmen angegeben.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dazu zeigen die
1 die Darstellung eines Seitenleitwerkes für die Absaugung der Grenzschicht;
2 die Darstellung des mit durchlaufenden Stringern verbundenen Außenhaut-Bleches;
3 den Aufbau mit einer Biegevorrichtung zum Kaltbiegen der (im Endzustand) dargestellen koventionellen Nasenstruktur;
4 die Darstellung einer Negativfom mit der eingesetzten und gesicherten Nasenstruktur nach 3;
5 die Darstellung nach 4 mit auf den Stringern verfügtem Drosselblech;
6 die Darstellung nach der 5 mit einer am Drosselblech befestigten Innenrippe;
7 die Darstellung nach der 6 mit einem durch die Innenrippe geführten und am Drosselblech befestigten Hutlängsprofil;
8 die Darstellung nach 7 mit der befestigten Auflage eines Innenhaut-Bleches auf nebeneinander liegenden Hutlängsprofilen (Absauge-Nasenstruktur).
Mit der 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 6 bis 8 dargestellte(n)] Vorkammer(n) 20 strömt und danach in die [in der 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 2 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 inolge 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 allgemeinverständlich) 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 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 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 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 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 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 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 parabelastähnlichen 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. Laminate 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 das höchste Potential zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs von Verkehrsflugzeugen unter allen derzeit untersuchten Technologien. Es wird somit ein taugliches Fertigungs-Konzept für seriengeeignete Fertigungsverfahren zur Verfügung 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
4A: 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

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 rechter 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 werden durch Entfernen der Montagestifte (11) die Heftung der Profilauflagen der Stringer (6) oder der sukzessive Profilelemente aufgehoben und die Vorrichtung der vorgeformten Nasenstruktur entfernt. g) nachfolgend werden 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 der vorgeformten Nasenstruktur abgelegt, 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 werden die mit teilweise dem Dichtmittel (15) versehenen Drosselblech-Bereiche der Profilauflage der Stringer (6) oder den Profilauflagen der Profilelemente durch eine Blindnietverbindung befestigt, 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, h) 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 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, die danach durch weitere Blindnietverbindungen am Drosselblech (14) befestigt werden, i) darauffolgend werden in Drosselblech-Längsrichtung 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, j) 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, k) abschließend wird der erhaltene Nasen-Sandwich-Aufbau nach Aufhebung der Befestigung der Sicherungsbleche (131, 132) aus der Negativform (12) entfernt.
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.
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.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, 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.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, 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.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, 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.
Verfahren nach Anspruch 1, 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.
Verfahren nach Anspruch 1, 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.
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.