DE10035334A1

DE10035334A1 - Außenhaut einer Flugzeugtür

Info

Publication number: DE10035334A1
Application number: DE10035334A
Authority: DE
Inventors: Jens Bold; Guenther Klockow
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: DE10035334B4; GB0117800D0; US20020043588A1; FR2811959A1; GB2366779B; US6554226B2; ITMI20011384A1; CA2353288A1; GB2366779A; ITMI20011384A0; CA2353288C; FR2811959B1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Außenhaut einer Flugzeugtür, die der umgebenden Oberflächenkontur des Rumpfes angepasst ist, die mit einem Türgerüst verbunden ist, welches in Rumpflängsrichtung Träger angeordnet hat, die zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind und die während des Fluges einer Druckbelastungsrichtung ausgesetzt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, im Sinne eines Leichtbaus die Außenhaut einer Flugzeugtür deutlich geringer zu dimensionieren und dabei möglichst Verschiebungen auf der Außenhaut zu vermeiden. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine entgegen der Druckbelastungsrichtung vorgeformte Außenhaut (20) mit Trägern (400) des Türgerüstes (30) verbunden ist. Während des Fluges in Reiseflughöhe sichert die Erfindung, dass die Tür im wesentlichen keine Verschiebungen gegenüber der umgebenden Oberflächenkontur des Rumpfes aufweist und somit im wesentlichen keine Verschiebungen entstehen, die den Strömungswiderstand der Außenhaut erhöhen könnten. DOLLAR A Mit der Erfindung ist es bezogen auf einen Werkstoff möglich, die Außenhaut in einer geringeren Stärke auszubilden als bei bekannten Türen, dennoch werden störende Verschiebungen auf der Außenhaut im wesentlichen vermieden. Die Erfindung ermöglicht somit eine Gewichtsreduzierung der Tür.

Description

Die Erfindung betrifft die Außenhaut einer Flugzeugtür, die der umgebenden Oberflächenkontur des Rumpfes angepasst ist, die mit einem Türgerüst verbunden ist, welches in Rumpflängsrichtung Träger angeordnet hat, die zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind und die während des Fluges einer Druckbelastungsrichtung ausgesetzt ist.

In Schließlage folgt die Außenhaut einer Flugzeugtür der sie umgebenden Oberflächen kontur des Rumpfes. Die Außenhaut entspricht der Außenwandung der Tür. Sie hat im wesentlichen eine konstante Materialstärke und dichtet die Türöffnung in Schließlage ab und passt sich übergangslos der Oberflächenkontur des Rumpfes an. Sie ist somit gleichmäßig in Umfangsrichtung gewölbt und besitzt keine Erhebungen oder Mulden. Griffmulden sind abgedeckt.

Die Normalgestalt der Außenhaut einer Flugzeugtür entspricht der fertigungstechnisch gegebenen, ursprünglichen Gestalt der Außenhaut. In Normalgestalt zeigt sich die Außenhaut vor oder nach der Landung des Flugzeuges.

Die Außenhaut der Flugzeugtür ist auf Trägern befestigt, die horizontal entlang der Türbreite angeordnet sind. Die Träger sind somit in Rumpflängsrichtung ausgerichtet. Diese Träger sind zueinander in Umfangsrichtung beabstandet und sind mit der Außenhaut fest verbunden. An den Enden der Träger sind Auflageelemente angeordnet, die in Schließlage der Tür an Anschlagmitteln des rumpfseitigen Rahmens anliegen. Diese Auflageelemente ermöglichen es, dass die Träger der Tür entgegen einer Drucklastrichtung im Rahmen des Rumpfes abstützbar sind und sie verhindern, dass die Tür in der Schließlage in radialer Richtung ihre Position verändern kann. Die Außenhaut der Flugzeugtür bildet einen Teil der Außenfläche des Flugzeugs. Auf der Türseite zur Flugzeugkabine sind die Träger mit einer Beplankung abgedeckt.

Die Außenhaut bildet einen sogenannten tragenden Bereich, der Drucklasten und aerodynamische Lasten aufnehmen und weiterleiten muss, während die Innenbeplankung zum sogenannten nichttragenden Bereich gehört, da dort eine deutlich geringere Beanspruchung als auf der Außenhaut auftritt.

Nach dem Start des Flugzeuges verändern sich zunehmend die Druckverhältnisse zwischen der Flugzeugkabine und der äußeren Atmosphäre des Flugzeugs. Während in der Kabine der Druck im wesentlichen einem bekannten atmosphärischen Normaldruck entspricht, sinkt der Außendruck mit wachsender Steighöhe. Diese Druckdifferenz zwischen Flugzeugkabine und atmosphärischer Umgebung des Flugzeugs führt zu einer wachsenden Drucklast auf die Flugzeugtür. Hinzu kommen aerodynamische Lasten durch atmosphärische Anströmungen und Wirbel.

Diese Drucklasten werden von der Türstruktur aufgenommen, auf den Rahmen der Tür übertragen und von dort über die Kopplung Auflageelement und Anschlagmittel auf die Rumpfstruktur des Flugzeuges übertragen.

Insbesondere die Drucklast saugt die Außenhaut der Flugzeugtür aus der Rumpfposition in radialer Richtung nach Außen. Die an der Tür angreifenden Drucklasten wirken in Richtung des Druckgefälles, also vom Rumpfinnenraum im wesentlichen in Richtung nach außerhalb des Rumpfes. Aufgrund der Elastizität der Auflageelemente sowie der Anschlagmittel kommt es zu einer sehr geringfügigen Verschiebung der gesamten Tür in radialer Richtung.

Es kommt aber auch zu einer Verschiebung, d. h. Auswölbung der Außenhaut der Flugzeugtür in Richtung des Druckgefälles. Nach den geltenden Vorschriften dürfen solche Verschiebungen auf der Außenhaut einer Flugzeugtür maximal einen definierten Wert gegenüber der Normalgestalt der Außenhaut betragen.

Diese Verschiebungen, d. h. Auswölbungen verursachen, obwohl sie relativ gering sind, Wirbel, die den Strömungswiderstand nachteilig beeinflussen. Das beeinflusst messbar den Treibstoffverbrauch des Flugzeuges.

Diese Forderung nach geringen, zulässigen Verschiebungen auf der Außenhaut wird eingehalten, indem die Tür eine ausreichende Steifigkeit erhält. Dies wird erreicht durch die Träger und indem die Außenhaut der Flugzeugtür entsprechend dick dimensioniert wird und die Tür in einer eigenen Lagerung gegenüber dem Rahmen gelagert wird. Diese hohe Steifigkeit der Tür hat den Nachteil, dass kein Leichtbau der bisherigen Tür möglich ist. Die Außenhaut verursacht dabei etwa 25% des gesamten Türgewichts.

Aufgabe der Erfindung ist es, im Sinne eines Leichtbaus die Außenhaut einer Flugzeugtür deutlich geringer zu dimensionieren und dabei möglichst Verschiebungen auf der Außenhaut zu vermeiden.

Die Aufgabe wird entsprechend der kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Die Außenhaut ist entgegen der Druckbelastungsrichtung vorgeformt und diese vorgeformte Außenhaut ist mit Trägern des Türgerüstes verbunden. In Reiseflughöhe erfolgt eine Druckbelastung der Außenhaut die dazu führt, dass die Außenhaut strömungstechnisch vorteilhaft in die sie umgebende Oberflächenkontur des Rumpfes passt. Die entstehenden Verschiebungen werden durch die vorgeformte Außenhaut kompensiert und können den Strömungswiderstand der Außenhaut nicht nachteilig beeinflussen. Das führt zu messbaren Treibstoffeinsparungen während des Fluges. Mit der Erfindung ist es bezogen auf einen Werkstoff möglich, die Außenhaut in einer geringeren Stärke auszubilden als bei bekannten Türen, dennoch wären störende Verschiebungen auf der Außenhaut im wesentlichen vermieden. Die Erfindung ermöglicht somit auch eine Gewichtsreduzierung. Mit weniger Material für die Außenhaut bei im wesentlichen gleichem Fertigungsaufwand werden deutlich bessere Eigenschaften der Tür erzielt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft die Außenhaut in einem Mittenbereich entlang der Längsachse im wesentlichen konkav zu wölben und einen in Richtung Rumpfinneres gewölbten Rand auszubilden. Das Profil einer Vorverformung entlang der Türbreite entspricht qualitativ im wesentlichen dem aufgezeigten Kurvenverlauf V_V(b). Die Punktuell verschiedenen Werte einer Vorverformung sind abhängig von dem Material der Materialstärke der Außenhaut und auch der Geometrie der Tür.

Bei einer einstückig gegossenen Tür ist es zweckmäßig auf der Außenseite der Außenhaut die vorgeformte Oberflächenkontur zu fräsen. Bei einer aus Faserverbundwerkstoff gefertigten Außenhaut wird die vorgeformte Oberflächenkontur durch die Laminierung erzielt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und dazugehöriger Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 schematische Ansicht der Struktur einer Flugzeugtür,

Fig. 2 Profil der Verschiebungen auf der Außenhaut entlang der Breite einer Flugzeugtür bei Flughöhe,

Fig. 3 Profil der Vorformung einer Außenhaut der Flugzeugtür vor dem Start,

Fig. 4 Beispiel einer vorgeformten Außenhaut,

Fig. 5 Schnitt A-A aus Fig. 4.

Fig. 1 zeigt schematisch die Struktur einer Flugzeugtür 1, insbesondere die Außenhaut 2 und das mit der Außenhaut 2 befestigte Türgerüst 3. Die Außenhaut 2 ist in Umfangsrichtung U_R entsprechend der Oberflächenkontur des Flugzeugrumpfes (nicht dargestellt) gewölbt. Das Gerüst 3 wird beispielsweise bei einer Passagiertür aus Trägern 40, 41, 42, 43, 44 gebildet, die in Rumpflängsrichtung ausgerichtet sind. Die Träger erstrecken sich annähernd über die Breite der Tür, wobei ein kleiner Rand R der Außenhaut 2 existiert, der sich entlang des Umfangs erstreckt. Die Träger sind in Umfangsrichtung U_R zueinander beabstandet. Die Enden der Träger sind mittels einer Rippe 5, 6 begrenzt. Dort, wo ein Träger eine Rippe berührt, ist in der Regel ein Auflageelement (nicht dargestellt) angeordnet. Solche Auflageelemente sind im Stand der Technik bekannt und dort beschrieben.

Die Außenhaut besitzt eine konstante Materialstärke und ist im wesentlichen symmetrisch gestaltet bezüglich ihrer Längsachse A_T.

Mit Erreichen der Flughöhe ist die Flugzeugtür für die Dauer des Reisefluges den Drucklasten ausgesetzt. Es wurde gefunden, dass die Verschiebungen an der Außenhaut der Tür innerhalb eines zulässigen Grenzwertes unterschiedlich stark ausgeprägt sind. Die Verschiebungen treten permanent auf, wenn das Flugzeug gestartet ist, und erreichen ihr Maximum, wenn die Reiseflughöhe erreicht ist.

Fig. 2 zeigt solche Verschiebungen, wie sie bei bekannten Türen in Flughöhe (ca. 11000 m) auftreten, die eine entsprechend große Stärke der Außenhaut besitzen, somit die erforderlich Steifigkeit der Außenhaut erzielen, so dass der Grenzwert der Verschiebung auf der Außenhaut nicht erreichbar ist.

Betrachtet man die Verschiebungen in einer horizontalen Ebene entlang der Türbreite, aber diese Ebene jeweils vertikal, entlang der Türhöhe beabstandet versetzt, so ergeben sich Orte größter zulässiger Verschiebungen als auch Orte kleinster Verschiebung. Einen Mittelwert der zulässigen Verschiebungen einer Tür zeigt Kurve V(b) im Koordinatensystem. Als Abszisse ist die Breite b der Tür angegeben. Die Breite der Tür entspricht im wesentlichen auch der Breite der Außenhaut und wird bestimmt durch die Länge der Strecke zwischen den Punkten b₁ und b₂. Da die Außenhaut im wesentlichen symmetrisch bezüglich ihrer Längsachse A_T gestaltet ist, wurde der Koordinatenursprung aus praktikabeln Gründen in die Längsachse A_T gelegt.

Die Ordinate zeigt die Verschiebungen V der Außenhaut gegenüber der Normalgestalt der Außenhaut und damit gegenüber der Ursprungslage der Außenhaut. Die Ursprungslage wird dargestellt durch die Abszisse bei V₀ = 0. Nach dem bekannten Stand der Technik entspricht die Ursprungslage der Normalgestalt der Außenhaut einem Zustand, wie er sie sich bei bekanntem Normaldruck der Atmosphäre zeigt. Bei Reiseflughöhe wird jedoch statt der Ursprungslage V₀ die Verschiebungslage die zutreffende Betrachtungsbasis. Die Kurve V(b) ist nicht maßstäblich und liefert hierzu lediglich qualitative Aussagen.

Die Kurve V(b) zeigt, dass die gesamte Tür aufgrund einer Elastizität der Auflageelemente sowie der Anschlagmittel ganz geringfügig radial aus ihrer Ursprungslage V₀ in eine neue, eine Verschiebungslage V₁ verschoben ist. Betrachtet man nun ausgehend von der Verschiebungslage V₁ die Verschiebungen V der Außenhaut entlang der Türbreite b, zeigt sich, dass am Türrand z. B. b₁ eine relativ große Verschiebung erfolgt, die in Richtung Auflageelement rasch abnimmt. Keine Verschiebung ist dort, wo das Auflageelement mit der Tür, d. h. mit dem Träger, verbunden ist (b₁₁). Von dort weiter in Richtung Türmitte (d. h. in Richtung Längsachse A_T) nimmt die Verschiebung zu und kann ihren maximal zulässigen Wert erreichen.

Weiter in Richtung zum anderen Rand nimmt die Verschiebung ab und ist auch dort am andersseitigen Auflageelement (b₂₁) kaum nachweisbar, um dann in Richtung des anderen Randes z. B. b₂ sich wieder rasch zu erhöhen.

Die Materialstärke der Außenhaut ist bei bekannten Türen so gewählt, dass grundsätzlich Steifigkeit der Außenhaut gewährleistet ist und Materialspannungen lediglich maximal zulässige Verschiebungen erzeugen. Um diese Verschiebungen zu reduzieren, schlägt die Erfindung vor, die im Stand der Technik bekannte Normalgestalt der Außenhaut in einen vorgeformten Zustand zu bringen, der von der bekannten Normalgestalt abweicht. Diese von der bekannten Normalgestalt abweichende Gestalt wird "vorgeformte Gestalt" genannt.

Das Ergebnis einer Fertigung ist eine Tür mit vorgeformter Außenhaut. Die vorgeformte Außenhaut entspricht nicht der bekannten Normalgestalt der Außenhaut, wie sie sich in Ursprungslage zeigt.

Die vorgeformte Außenhaut entspricht jetzt einer fertigungstechnisch gegebenen, ursprünglichen Gestalt der Außenhaut.

Vor dem Start bzw. nach der Landung des Flugzeugs zeigt sich die Außenhaut stets in vorgeformter Gestalt. Diese vorgeformte Gestalt zeigt von der Ursprungslage abweichende Verformungen, die den Verformungen während des Fluges entgegengesetzt sind, so dass sich die während des Fluges aus der Verschiebungslage entstehenden Verformungen mit den fertigungstechnisch erzeugten Vorverformungen kompensieren. Das Resultat während des Fluges in Reiseflughöhe ist eine Tür, die im wesentlichen keine Verschiebungen gegenüber der umgebenden Oberflächenkontur des Rumpfes aufweist und damit idealerweise keine Verschiebungen aus der eingenommenen Verschiebungslage ermöglicht.

Fig. 3 zeigt in welche Richtung diese Vorverformungen an der Außenhaut während der Fertigung erzeugt werden müssen, um die vorgeformte Gestalt zu erzeugen. Die Kurve V_V(b) zeigt das Profil der Außenhaut entlang der Türbreite einer vorzuformenden Gestalt.

Die Kurve V_V(b) zeigt qualitativ die Richtung der Vorverformung, die fertigungstechnisch an der Außenhaut zu erzeugen ist. Dabei ist erkennbar, dass beide Ränder fertigungstechnisch nach innen (Richtung Rumpfinnenraum) geformt werden, während der Bereich, wo die Auflageelemente an der Tür bzw. dem Trägerende befestigt sind, verformungsfrei bleibt. Dieser Bereich des Trägerendes bildet die Ausgangsbasis (d. h. die Ursprungslage bzw. Verschiebungslage) zum Ermitteln der quantitativen Größenordnung der Vorverformung. Weiter in Richtung Türmitte wird die Außenhaut ebenfalls verstärkt nach innen in Richtung Kabineninneres, d. h. entgegen der späteren Druckbelastungsrichtung vorgeformt. Fig. 3 zeigt mit Kurve V_V(b) die Vorverformung entlang der Türbreite im Profil. Diese Vorverformungen entsprechend des Profils erstrecken sich in entlang der Türlängsachse A_r von der Oberkante bis zur Unterkante der Außenhaut.

Fig. 4 zeigt eine von der Fertigung erzeugte, vorgeformte Außenhaut 20, die mit ihrer Innenseite 21 mit einem Türgerüst 30 verbunden ist. Die Außenseite 22 der Außenhaut 20 zeigt in Nähe der Längsachse A_T (einem Mittenbereich 200) eine konkave Vorverformung, dabei ist die Außenhaut 20 weiterhin in Umfangsrichtung U_R gewölbt. Der Rand R ist in Richtung (Z) Rumpfinneres gewölbt.

Einen entsprechenden Schnitt A-A zeigt Fig. 5. Das Türgerüst 30 passt sich beispielsweise der Kontur der Außenhaut 20 an. Das ist am dortigen Träger 400 und der Rippe 60 erkennbar, die Bestandteile des Türgerüsts 30 sind. Träger 400 und Rippe 60 sind beispielsweise mit der Außenhaut 20 genietet. Es sind aber auch andere Verfahren zur Verbindung einsetzbar.

Es gibt verschiedene fertigungstechnische Möglichkeiten, um die Außenhaut zu Verformen. Die fertigungstechnische Möglichkeit ist abhängig von der Fertigungsweise der Tür. Eine konventionelle, aus Einzelteilen genietete Tür bietet die Möglichkeit, das Material der Außenhaut in vorgeformter Lage gegenüber den Trägern zu nieten. Der Träger hat dabei eine Aussparung um die Verformung der Außenhaut formschlüssig aufzunehmen. Es gibt keinerlei Einschränkungen zur Befestigung der vorgeformten Außenhaut auf dem Türgerüst. Auch gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich des vorzuformenden Materials.

Bei einer gusstechnisch hergestellten Tür, die in einem Stück gegossen wurde, hat die Innenseite der Außenhaut in der Regel die gewünschte Kontur, wobei die Kontur der Außenhaut (auf deren Außenseite) noch zu fräsen ist. Die Stärke der Außenhaut muss konstant bleiben.

Wird die Außenhaut aus Faserverbundwerkstoff gefertigt, so ist bereits beim Laminieren der Außenhaut die Vorverformung entsprechend zu laminieren.

Die Erfindung erbringt den Vorteil, dass sich für die gesamte Reiseflugzeit in Reiseflughöhe im wesentlichen keine Verschiebungen auf der Außenhaut der Tür strömungstechnisch nachteilig ausbilden können, so dass der Strömungswiderstand der Tür deutlich gesenkt werden kann. Das führt zu messbaren Treibstoffeinsparungen. Mit der Erfindung ist es bezogen auf einen Werkstoff möglich, die Außenhaut in einer geringeren Stärke auszubilden als bei bekannten. Türen, dennoch werden störende Verschiebungen auf der Außenhaut im wesentlichen vermieden. Die Erfindung ermöglicht somit eine Gewichtsreduzierung. Mit weniger Material für die Außenhaut, bei im wesentlichen gleichen Fertigungsaufwand, werden deutlich bessere Eigenschaften der Tür erzielt.

Claims

1. Außenhaut einer Flugzeugtür, die der umgebenden Oberflächenkontur des Rumpfes angepasst ist, die mit einem Türgerüst verbunden ist, welches in Rumpflängsrichtung Träger angeordnet hat, die zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind und die während des Fluges einer Druckbelastungsrichtung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine entgegen der Druckbelastungsrichtung vorgeformte Außenhaut (20) mit Trägern (400) des Türgerüsts (30) verbunden ist.

2. Außenhaut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut in einem Mittenbereich entlang der Längsachse (A_T) im wesentlichen konkav gewölbt ist und ein in Richtung (Z) Rumpfinneres gewölbter Rand (R) ausgebildet ist.

3. Außenhaut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil einer Vorverformung entlang der Türbreite (b) im wesentlichen einem Kurvenverlauf V_V(b) folgt.

4. Außenhaut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgeformte Oberflächenkontur auf die Außenseite der Außenhaut einer einstückig gegossenen Tür fräsbar ist.

5. Außenhaut gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgeformte Oberflächenkontur der Außenhaut einer aus Faserverbundwerkstoff gefertigten Außenhaut laminierbar ist.