DE10038312A1 - Luftschiff - Google Patents

Abstract

Die Flugkörper-Hülle (2) eines nichtstarren, aufblasbaren Luftschiffes wird aus Hüllenstoff (2) gebildet, der aus einzelnen Bahnen (4) zusammengesetzt ist. Die Stoßstellen (6) der Bahnen (4) sind an ihrer Innenseite (8) durch einen anvulkanisierten Gewebestreifen (Verbindungsstreifen, Festigkeitsträgerstreifen 10) fest miteinander verbunden. DOLLAR A Es soll eine weiterreißfeste, relativ leichte Flugkörper-Hülle geschaffen werden, bei der ein Weiterreißen des Hüllengewebes (12) an auf die Bahnen (4) aufgebrachten Festigkeitsträgerstreifen (10) zuverlässig gestoppt wird. DOLLAR A Zu diesem Zweck besteht das Gewebe (12) der Hülle (2) und das Gewebe (14) der Festigkeitsträgerstreifen (10) aus hochmoduligem Aramid, wobei das Gewebe (14) der Festigkeitsträgerstreifen (10) in Längsrichtung (16) eine deutlich kleinere Fadensteifigkeit als in Querrichtung (18) aufweist (z. B. hochgedrehte PET-Korde mit geringer Bindung). DOLLAR A Insbesondere für die Flugkörper-Hülle eines Kiel- bzw. Prall-Luftschiffes.

Description

Die Erfindung handelt von einem Luftschiff, vorzugsweise von einem Großluftschiff; insbesondere betrifft die Erfindung die Flugkörper-Hülle eines Kiel- bzw. Prall- Luftschiffes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nichtstarre Luftschiffe, sogenannte Prall-Luftschiffe, auch "Blimpe" genannt, und auch nichtstarre Kiel-Luftschiffe sind seit Jahrzehnten bekannt.

Der Hüllenstoff der Kiel- bzw. Prall-Luftschiffe dient dem Zweck, die auftretenden Lasten durch Eigengewicht, Wind und Fahrmanöver sowie die Nutzlast zu tragen. Dabei werden an den Hüllenstoff besonders große Anforderungen gestellt. Er soll hochfest (hohe Reißfestigkeit), permeationsdicht, leicht (minimales Gewicht), kälte- und wärmestabil und darüberhinaus UV- und alterungsbeständig sein. Da der Stoff der Witterung ausgesetzt ist, muß er eine entsprechend witterungsbeständige Beschichtung haben, die das Gewebe schützt. Auch soll eine gute Konfektionierbarkeit gegeben sein.

Ein nach wie vor nicht befriedigend gelöstes Problem ist im sogenannten Weiterreißverhalten des Gewebes zu sehen. Im Fall eines Geweberisses ist nicht davon auszugehen, daß die Zugkraft auf das Gewebe durch eine Gewebeverlängerung (durch Rißöffnung) abnimmt. Durch die Eingangsspannung verstärkt sich das Weiterreißen.

Die Elastizität der Hülle beeinflußt stark die Flugstabilität. Dieser Effekt wirkt sich immer dann aus, wenn der Hülleninnendruck aufgrund von Kippungen oder anderen Flugmanövern schwanken muß.

Aus Stabilitätsgründen sollte das Dehnverhalten möglichst klein sein. Dies stellt einen Zielkonflikt dar, denn aus einem kleinen Dehnverhalten würde ein extrem großes Weiterreißen resultieren.

Für die Hülle eines nichtstarren Luftschiffes benötigt man einen hochfesten Werkstoff. Ist der Werkstoff elastisch, so ergibt eine Druckänderung eine unerwünscht große Volumenänderung. Bei Kippung benötigt das aus weichem Hüllstoff hergestellte Luftschiff sehr leistungsstarke Gebläse, da sonst der mittlere Druck konstantbleibt.

Nach alledem muß der Hüllenstoff (auch abhängig von der Lage) eine hohe spezifische Zugfestigkeit sowie einen möglichst großen E-Modul bei Betriebslast aufweisen.

Numerische Untersuchungen an hochfestem Gewebe haben gezeigt, daß Risse leicht weiterreißen. Der letzte Faden vor der Rißspitze weist eine ca. 10fache Spannungsüberhöhung auf.

Bezüglich des Weiterreißverhaltens wäre die Verwendung eines weichen Gewebes unproblematischer. Wie aber zuvor erläutert, sollte für Luftschiffe aber kein weiches Gewebe benutzt werden.

Es ist ein aufblasbarer Aufbau eines Tragkörpers einer Flugvorrichtung bekannt (DE-OS 29 18 706), deren Aufbau so konstruiert ist, daß er lokalen kurzfristigen Kräften ohne Beschädigung widerstehen soll. Die für diesen Tragkörper charakteristischen Zugträger weisen Netze mit diagonalen Kett- und Schußfäden auf. Eine zweite Gewebelage mit diagonaler Fadenlage ist mit zusätzlichem Aufwand verbunden.

Die Hülle eines nichtstarren Luftschiffes - egal, ob mit oder ohne Kiel - besteht aus Bahnen, die mit Nähten zusammengehalten werden.

Da nach bisherigem Kenntnisstand ein weiterreißfestes Gewebe nur mit sehr hohen Festigkeiten realisierbar ist (verbunden mit sehr großem Gewicht), ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weiterreißfeste, relativ leichte Flugkörperhülle zu schaffen, bei der ein Weiterreißen des Hüllengewebes an auf die Bahnen aufgebrachten Festigkeitsträgerstreifen zuverlässig gestoppt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im wesentlichen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zu charakterisieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Lehre werden in den Unteransprüchen genannt.

Der Flugkörper besteht im wesentlichen aus der Flugkörper- Hülle. Das Hüllenmaterial soll hochfest, permeationsdicht, leicht, kälte- und wärmestabil und witterungsfest sein.

Die Flugkörperhülle soll die Traggasfüllung permeationsdicht umschließen. Neben der Gasdichtigkeit wird ein möglichst geringes Gewicht des Fertigstoffs angestrebt.

Aufgrund der Forderungen nach Gewichtsersparnis und erhöhter Festigkeit weist die bevorzugte Ausführungsform des Hüllenmaterials eine hochfeste Aramidfaser als Gewebe auf. Das Aramidgewebe hat eine Reißkraft von ≧ 3.000 N/5 cm und eine Reißdehnung von 21% bei einem Flächengewicht von 200 g/m². Eine CSM-Beschichtung ist ausgesprochen witterungsbeständig und hat sich in anderen Einsatzbereichen seit vielen Jahren bewährt.

Da die Innenseite des Luftschiffs keinen Witterungseinflüssen ausgesetzt ist, braucht hier nicht die teure CSM-Beschichtung eingesetzt zu werden. Die hier beschriebene Innenbeschichtung besteht aus CR-Material, da eine CR-Beschichtung besser zu konfektionieren ist. (Die meisten Kautschukkleber sind auf CR-Basis zusammengestellt.)

An der Innenseite ist die Innenbeschichtung geprägt, um die Konfektionsfreudigkeit weiter zu verbessern. Die CR- Mischung ist außerdem antistatisch eingestellt. Als Haftgummierung zum Gewebe dient eine bewährte Vorgummierung auf CR-Basis. Als Anbindung von Vorgummierung zur Deckgummierung werden erfindungsgemäß zwei verschiedene Varianten favorisiert:

• - Vorgummierung auf Basis eines CR-Kautschuks, die auch als Kleber verwendet wird, und ein erster Strich mit der Deckgummierung vermischt mit einem KW-Harz auf der Außenseite sowie als zweiter Ansatz;
• - Vorgummierung mit CR-Kautschuk und als Haftvermittler zur Außenschicht eine Mischfahrt aus den Mischungen GRBQ und GTTC.

Die mit KW-Harz vorgemischte Variante weist besonders gute Haftwerte auf.

Anhand von zahlreichen Versuchsreihen hat sich gezeigt, daß die eingangs genannten Forderungen an ein optimiertes Gewebe einer Flugkörperhülle sowohl für die einzelnen Bahnen der Hülle als auch für die Verbindungsstreifen von hochmoduligem p-Aramid oder Arylat (aromatischer Polyester) am besten erfüllt werden. Mit Aramid oder Arylat läßt sich die gewünschte Zugfestigkeit von ca. 18.000 N/5 cm bei geringem Flächengewicht problemlos realisieren. Weist das auf die Nahtstellen aufvulkanisierte Verbindungsgewebe zudem in Nahtrichtung eine deutlich kleinere Fadensteifigkeit auf (geringer B-Modul), so ist die an der Rißspitze auftretende Spannungsüberhöhung so weit gemindert, daß durch das speziell ausgebildete Verbindungsgewebe ein Weiterreißen praktisch unterbunden wird.

Bei Untersuchungen wurde nämlich herausgefunden, daß, wenn ein Riß in eine solche Naht einläuft, die Naht hoch belastet wird. Aus diesem Grunde sollte das Verbindungsgewebe erfindungsgemäß in Nahtrichtung einen sehr geringen E-Modul aufweisen (Richtwert < 1/10 des Gewebemoduls). Auf diese Weise wird eine optimale Kompensation der Spannungsüberhöhung und damit eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die gesamte Fläche erreicht.

Die in Nahtrichtung angestrebte verminderte Fadenstreifigkeit ist vorzugsweise dadurch zu realisieren, daß das Verbindungsgewebe in Längsrichtung (Nahtrichtung) Korde mit geringer Anbindung aufweist.

Liegen im Verbindungsgewebe in Nahtrichtung hochfeste Festigkeitsträger mit geringem E-Modul vor (z. B. hochgedrehte PET-Korde), kann der einlaufende Riß vom Verbindungsgewebe partiell überspannt werden.

Durch eine gezielt eingestellte schlechte Haftung der Festigkeitsträger werden diese im Rißbereich teilweise aus der Matrix gezogen und können sich über eine größere Länge dehnen. Die Rißüberspannung und damit die Rißentlastung steigt damit an.

Auch Polyestergewebe hat sich als Material für die Verbindungsstreifen als vorteilhaft erwiesen, weil es über eine - verglichen mit Aramid - größere Dehnbarkeit verfügt.

Quer zur Naht muß das Verbindungsgewebe hingegen eine möglichst hohe Steifigkeit aufweisen, damit die Belastung der Naht klein wird. Auch hier hat sich hochmoduliges Aramid als vorteilhaft erwiesen.

Die zu verklebenden Stellen werden angeschliffen. Um ein Anschleifen des Gewebes zu verhindern, ist es asymmetrisch beschichtet. Wählt man Prägungen der Oberfläche, z. B. mit Prägegewebe oder mit Heizpapier, so kann auf ein Anschleifen eventuell gänzlich verzichtet werden.

Um die Kapillarwirkung zu verringern, ist das Gewebe zunächst querdicht beschichtet. Anschließend ist es mit einer unterschiedlichen Anzahl von Strichen je Seite asymmetrisch beschichtet. Eine derartig asymmetrische Beschichtung hat sich als vorteilhaft bei der Konfektionierung der Nähte erwiesen.

Da sich eine weiße Oberfläche besser bedrucken läßt als eine graue, wird zu diesem Zweck eine weiße CSM-Mischung mit den Eigenschaften einer GTTC-Mischung vorgeschlagen.

Weichmacher diffundieren mit der Zeit aus der Beschichtung an die Oberfläche und lassen den Stoff verspröden. Aus diesem Grunde wird auf Weichmacher in der Hypalonmischung verzichtet.

Um ein möglichst geringes Gewicht zu erhalten, muß die Wasseraufnahme der Mischung so gering wie möglich sein. Zur Verringerung der Quellung sind Füllstoffe vorgesehen. Eine Tedlarfolie direkt bei der Vulkanisation mit dem Gewebe zu verbinden, hat zu positiven Ergebnissen geführt:
Eine Vorprüfung und eine Lagerung in Lösungsmitteln konnten der Haftung der Folie zur Beschichtung keinen Schaden zufügen.

Bei der Konstruktion der Nähte hat sich gezeigt, daß ein Riegel aus dem Material der Hülle mit einer Breite von 80 mm genügt, um die Naht ausreichend fest zu gestalten. Der Zeitversuch und die Prüfung nach Alterung haben gezeigt, daß vulkanisierte Nähte den verklebten in puncto Beständigkeit eindeutig überlegen sind.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sollen die beigefügten Abbildungen dienen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Modell zur Rißausbreitung;

Fig. 2 die Anordnung einzelner Bahnen auf der Hülle und

Fig. 3 den Nahtaufbau;

Fig. 4a einen Ausschnitt aus einer Gewebebahn nebst aufgebrachtem Festigkeitsträgerstreifen;

Fig. 4b einen Ausschnitt aus der Stoßstelle zweier Gewebebahnen, ebenfalls nebst aufgebrachtem Festigkeitsträgerstreifen.

Wie aus Fig. 2 ausschnittsweise hervorgeht, ist der aus Hüllenstoff 2 gebildete Flugkörper aus Hüllenstoff-Bahnen 4 zusammengesetzt, die mittels auf der Innenseite 8 aufvulkanisierter oder aufgeklebter Gewebestreifen 10 miteinander verbunden sind. Dabei kann das Vulkanisieren heiß oder kalt erfolgen.

Um Kreuznähte zu vermeiden sind die einzelnen Bahnen 4 versetzt angeordnet. Die Nähte 6 selber werden gestoßen und von der Innenseite 8 mit einem anvulkanisierten Gewebestreifen 10 und an der Außenseite mit einem Abdeckstreifen 26 verbunden (Fig. 3). Durch den zusätzlichen Gewebestreifen 10 wirkt die Naht 6 versteifend.

Durch die Versteifung kommt es über den T-Stößen 22 der Nähte 6 zu Spannungsüberhöhungen in Richtung der Versteifung. In einer FEM-Rechnung wurde die Verbindung zweier Aramidgewebe mit geringer Bruchdehnung (3%) mit einem identischen Verbindungsgewebe 14 untersucht. Die Gewebesteifigkeit in Kett- und Schußrichtung ist gleich angenommen, die Steifigkeit quer zur Naht 6 ist allerdings von untergeordneter Bedeutung.

Die Spannungsüberhöhung beträgt ca. 40%. Dieser recht hohe Wert wird erfindungsgemäß dadurch reduziert, daß die Fadensteifigkeit des Verbindungsgewebes 14 in Nahtrichtung 16 deutlich verkleinert wird.

Dis Fig. 4a und 4b zeigen den Aufbau der Flugkörperhülle im einzelnen. Der Hüllenstoff 2 weist ein Gewebe 12 auf. Auf der Innenseite 8 ist der Hüllenstoff 2 mit einer (CR-)­ Beschichtung 24 versehen. Auf der Innenseite 8 des Hüllenstoffs 2 befindet sich ein Festigkeitsträgerstreifen 10, der in Längsrichtung 16 mit Korden 20 versehen ist.

Im Unterschied zu Fig. 4a befindet sich der in Fig. 4b dargestellte Festigkeitsträgerstreifen 10 auf der Stoßstelle 6 zweier Hüllenstoff-Bahnen 4. Der Festigkeitsträgerstreifen 10 stellt somit die Verbindung zweier Bahnen 4 her. Der als Verbindungsstreifen dienende Festigkeitsträgerstreifen 10 weist außer einer Verstärkung durch in Längsrichtung 16 angeordnete Korde 20 eine zusätzliche Gewebe-Lage 14 auf. Auf der Außenseite der Hülle werden die Stoßstellen 6 der Bahnen 4 mit einem Abdeckstreifen 26 verschlossen.

Bezugszeichenliste

2

Hüllenstoff (Flugkörperhülle)

4

Bahnen

6

Stoßstellen (Nähte) der Bahnen

8

Innenseite der Bahnen (des Hüllenstoffs)

10

Gewebestreifen (Verbindungsstreifen, Festigkeitsträgerstreifen)

12

Gewebe der Hülle

14

Gewebe der Verbindungsstreifen

16

Längsrichtung der Verbindungsstreifen

18

Querrichtung der Verbindungsstreifen

20

Korde

22

T-Stoß

24

(CR-)Beschichtung

26

Abdeckstreifen

Claims (10)

1. Nichtstarres, aufblasbares Luftschiff,
dessen Flugkörper aus einer Flugkörper-Hülle gebildet wird, die aus Hüllenstoff (2) besteht und aus einzelnen Bahnen (4) aufgebaut ist,
wobei insbesondere die Stoßstellen (6) der Bahnen (4) an der Innenseite (8) durch einen anvulkanisierten Gewebestreifen (Verbindungsstreifen, Festigkeitsträgerstreifen 10) fest miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gewebe (12) der Hülle (2) und das Gewebe (14) der Verbindungsstreifen (Festigkeitsträgerstreifen 10) aus (hochmoduligem) Aramid oder Arylat besteht,
wobei das Gewebe (14) der Festigkeitsträgerstreifen (10) in Längsrichtung (16) eine deutlich kleinere Fadensteifigkeit als in Querrichtung (18) aufweist (geringer E-Modul).

2. Luftschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (14) der Festigkeitsträgerstreifen (10) in Längsrichtung (26) eine 10mal geringere Fadensteifigkeit als in Querrichtung (18) aufweist.

3. Luftschiff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeitsträgerstreifen (10) in Längsrichtung (16) Korde (20) mit geringer Bindung aufweisen.

4. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeitsträgerstreifen (10) hochgedrehte PET- Korde (20) mit geringem E-Modul sind.

5. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korde (20) der Festigkeitsträgerstreifen (10) aus Polyestergewebe bestehen.

6. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bahnen (4) - um Kreuznähte zu vermeiden - derartig versetzt zueinander angeordnet sind, daß sich T- Stöße (22) ergeben.

7. Luftschiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Innern des Luftschiffs zugekehrte (Innen-)Seite (8) des Hüllenstoffs eine CR-Beschichtung (24) aufweist.

8. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (8) des Hüllenstoffes (2) geprägt ist.

9. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Innenseite (8) des Hüllenstoffs (2) befindliche Beschichtung (24) antistatisch eingestellt ist.

10. Luftschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftgummierung zum Gewebe (12) der Hülle (2) eine Vorgummierung auf CR-Basis dient.