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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug, insbesondere ein Passagierflugzeug,
mit einem auf der Basis von Faserverbundbauteilen aufgebauten Rumpf
und mit einem an dem Rumpf gelagerten Fahrwerk. Bei dem Passagierflugzeug
geht es speziell um ein großes
Passagierflugzeug mit 100 und mehr Sitzplätzen.
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Die
Verwendung von modernen Faserverbundbauteilen, womit insbesondere
aber nicht nur Bauteile aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff gemeint
sind, bietet im Flugzeugbau die Chance für eine deutliche Gewichtsreduzierung
im Vergleich zu herkömmlichen
Konstruktionen aus Aluminiumlegierungen. Bei gleicher Kapazität erscheint
es realistisch, das Gewicht von Passagierflugzeugen um 30% zu reduzieren
und dabei auch eine 40%ige Reduzierung der Herstellungskosten zu
erzielen. Diese Vorteile sollen bei mindestens gleichen, idealerweise verbesserten
Service- und Sicherheitsstandards realisiert werden.
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Es
ist aber keinesfalls machbar, die obigen Zielsetzungen unter weitgehender Übernahme
herkömmlicher
Konstruktionen für
Flugzeuge auf der Basis von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen zu erfüllen, weil
diese Konstruktionen die besonderen Eigenschaften von Faserverbundbauteilen
nicht berücksichtigen.
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Faserverbundbauteile
weisen hohe Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte bei Zug- und
Druckbeanspruchung, aber nur niedrige Kennwerte für Schub-
und Scherbeanspruchung auf. Dies gilt primär für Faserverbundbauteile, bei
denen die Fasern in Längsrichtung
angeordnet sind, d. h. in sogenannter 0°-Orientierung. Über eine
Variation der Faserorientierung kann zwar die Festigkeit und Steifigkeit
bei der Schub- und Scherbeanspruchung verbessert werden, dann fallen
aber im Gegenzug die Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte für die Zug-
und Druckbeanspruchung ab, so dass auf diesem Wege die resultierenden
Schwierigkeiten bei der Verwendung von Faserverbundbauteilen nicht
zu beseitigen sind. Im Bereich von Ausschnitten aus einer Struktur, in
denen ankommende Zug- bzw. Druckbelastungen in Schub- bzw. Scherbelastungen
umgesetzt werden, werden Faserverbundbauteile aufgrund ihrer nur
in einer Dimension gegebenen maximalen Festigkeit und Steifigkeit
rasch überbelastet.
Darüber
hinaus sind Faserverbundbauteile deutlich kerbempfindlicher als
Bauteile aus Metall.
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Es
ist auch zu berücksichtigen,
dass Faserverbundbauteile aufgrund ihrer höheren Kerbempfindlichkeit eine
erhöhte
Empfindlichkeit gegenüber sogenannten
Impactbelastungen aufweisen, d. h., dass nach einer Impactbeanspruchung
mit einer starken Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften der
Faserverbundbauteile zu rechnen ist. Aus Gründen der Sicherheit muss bei
der Konstruktion eines Rumpfs auf der Basis von Faserverbundbauteilen aber
auch ein Impactszenario im Bereich der Unterschale des Rumpfs berücksichtigt
werden.
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Die
Frachträume
der großen
heutigen Passagierflugzeuge sind ebenso wie die Fluggasträume druckbeaufschlagt.
Die tragenden druckbeaufschlagten Unterschalen der Frachträume weisen
dabei große
Ausschnitte für
den Bugradschacht, für
Frachttore und für
den Fahrwerkschacht auf. Dabei liegt letzterer unterhalb der Tragflügel des
Flugzeugs im Bereich der größten Biegemomente
auf den Rumpf. Die großen
Ausschnitte stören
massiv die Kraftflüsse
aus der Biegebeanspruchung des Rumpfs. Zum Teil wird daher versucht,
den Rumpf im Bereich des Fahrwerkschachts durch Kielkonstruktionen
gegenüber
der Biegebeanspruchungen auszusteifen. Hiermit sind jedoch erhebliche
Gewichtsnachteile verbunden. Zusätzliche
Gewichtsnachteile ergeben sich, weil der Bugradschacht und der Fahrwerkschacht
im Gegensatz zu den angrenzenden Innenräumen des Rumpfs nicht druckbeaufschlagt
sind und entsprechend die Begrenzungswände der Schächte druckfest ausgeführt werden
müssen.
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Während diese
Punkte auch bei herkömmlichen
Konstruktionen von Flugzeugen auf der Basis von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen
grundsätzlich
auftreten, sind sie bei Flugzeugen auf der Basis von Faserverbundbauteilen
wegen der oben angeführten
besonderen Eigenschaften von Faserverbundbauteilen besonders relevant.
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Durch
die Boeing B-52 ist ein Flugzeug mit einem sogenannten Tandemfahrwerk
bekannt, das zwei in Längsrichtung
des Rumpfs beabstandete Teilfahrwerke aufweist, die nur zusammen
in der Lage sind, das Flugzeug zu tragen, und bei denen nicht wie
sonst üblich,
ein Bugrad nur ein Kippen des Flugzeugs um ein Hauptfahrwerk verhindert.
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Weiterhin
ist durch die Antonov An225 ein Flugzeuge bekannt, bei dem ein Hauptfahrwerk
beiderseits des Rumpfs Räder
auf sieben hintereinander liegenden Achsen aufweist. Das Hauptfahrwerk ist
lokal unterhalb der in Hochdeckeranordnung angebrachten Tragflügel vorgesehen
und in neben dem Rumpf angeordnete Fahrwerkkammern einschwenkbar.
Daneben ist eine Bugradanordnung vorhanden, um das Flugzeug am Boden
gegen ein Verkippen um das Hauptfahrwerk herum abzustützen.
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Darüberhinaus
ist durch die Arado-Flugzeuge bekannt, zusätzlich zu den Rädern eines
Hauptfahrwerks unter den Tragflügeln
und einem Bugrad eine Mehrzahl kleinerer Hilfsräder mittig an der Unterseite
des Rumpfs vorzusehen. Bei teilweise eingezogenem Hauptfahrwerk
und Bugrad sorgen die Hilfsräder
für eine
Geländegängigkeit
der Arado-Flugzeuge beim Starten oder Landen im freien Gelände. Bei
voll ausgefahrenem Hauptfahrwerk und Bugrad treten die Hilfsräder außer Funktion.
Keines der Räder
der Arado-Flugzeuge ist ganz einziehbar. Es sind auch keine aerodynamischen
Verkleidungen für
die Räder
vorgesehen, die diese im Flug umschließen.
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Aus
der
DE 42 34 038 A1 ist
ein Schalenbauteil aus Faserverbundwerkstoff für ein Flugzeug bekannt. Bei
dem Schalenbauteil ist eine durch einen Deckel verschließbare Zugangsöffnung für ein Flugzeugteil
vorgesehen. Ein erster Bereich der Schalenbauteils, der die Zugangsöffnung mit
dem Deckel enthält,
ist in Längsrichtung
vorwiegend nachgiebig, und ein zweiter Bereich, der den ersten Bereich
umgibt, ist in Längsrichtung
vorwiegend steif ausgebildet. Der Deckel kann als mittels Schraubverbindungen montiertes
lösbares
Paneel ausgebildet sein. Er kann aber auch mittels Nietverbindungen
unlösbar
montiert sein. Aus der
DE
42 34 038 A1 geht weiter hervor, bei dem Schalenbauteil
Längsgurte
mit unidirektionalem Faserverlauf zur Aufnahme von Längskräften einzusetzen
und im Verbindungsbereich einzelner Paneele Dopplungen als Verstärkung vorzusehen.
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Aus
der
US 5,337,976 ist
ein Fahrwerk, insbesondere für
einen Helikopter bekannt, das mit einem Crash-Stoßdämpfer versehen
ist.
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Aus
der
US 2,092,204 ist
ein Flugzeug bekannt, bei dem Räder
eines Fahrwerks nicht zum vollständigen
Einziehen in die Flügel
vorgesehen sind, sondern auch in eingezogenem Zustand nach unten über die
Flügel
oben überstehen,
um eine Grundfunktion des Fahrwerks sicher zu stellen, selbst wenn
die über
die Flügel
nach unten überstehenden
Teile der Räder
durch aerodynamische Verkleidungen abgedeckt sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeug der eingangs
beschriebenen Art aufzuzeigen, das von seiner Grundkonstruktion
her besonders gut auf die Verwendung von Faserverbundbauteilen zumindest
für die
Ausbildung seines Rumpfs abgestimmt ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
des neuen Flugzeugs sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15
beschrieben.
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Bei
dem neuen Flugzeug wird die tragende Struktur des Rumpfs nicht durch
einen Fahrwerkschacht gestört.
Alle bekannten Nachteile und Schwierigkeiten, die mit Fahrwerkschächten bei
bekannten Flugzeugkonstruktionen verbunden sind, können so
beseitigt werden. Es resultiert ein Flugzeug mit einer tragenden
Struktur des Rumpfs, die im Bereich der größten Biegebeanspruchung ungestört, d. h.
ununterbrochen, ist und deshalb einfach auf der Basis von Faserverbundbauteilen
realisierbar ist. Ermöglicht
wird der Verzicht auf den Fahrwerkschacht durch ein in Längsrichtung
des Rumpfs "verschmiertes" Fahrwerk aus zwei
Reihen von jeweils einer Vielzahl in einer Spur hintereinander liegender
Räder. Das
Fahrwerk weist damit in Blickrichtung auf das Flugzeug von vorne
ein minimiertes Profil auf, so dass auf ein Versenken des Fahrwerks
im Rumpf verzichtet werden kann. Gleichzeitig wird durch die Ausschmierung
des Fahrwerks über
einen großen
Teil der Gesamtlängserstreckung
des Rumpfs erreicht, dass die Abstützungskräfte des Flugzeugs an dem Fahrwerk
weniger lokal wirken und so geringere Biegemomente auf den Rumpf
des Flugzeugs resultieren. Es versteht sich, dass das neue Flugzeug
einen etwas anderen Landeanflug ausführen muss als herkömmliche
Passagierflugzeuge, weil es mit möglichst allen Rädern seines
Fahrwerks gleichzeitig auf den Boden aufsetzen sollte. Dies ist
aber kein grundsätzliches
Problem, wie die bekannten Flugzeuge mit Tandemfahrwerk oder mit
mehrrädrigen
Hauptfahrwerken belegen. Durch die Ausdehnung der beiden Räderreihen
in der Längsrichtung
des Rumpfs benötigt
das Fahrwerk des neuen Flugzeugs auch kein Bugrad, und entsprechend
entfällt
auch eine Schwächung
der tragenden Struktur des Rumpfs durch einen Bugradschacht.
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Vorzugsweise
sind bei dem neuen Flugzeug einzelne oder alle Räder der beiden Räderreihen
aus einer Landeposition nicht bis über den tiefsten Punkt des
Rumpfs hinaus nach oben einziehbar. Das ganze Fahrwerk des neuen
Flugzeugs kann als Opferstruktur konzipiert sein, deren Zerstörung bei
Bruch- oder Notlandungen zugunsten eines Schutzes der Hauptstruktur
des Rumpfs und insbesondere der Passagiere innerhalb der Hauptstruktur
des Flugzeugs hingenommen wird. Damit die Opferstruktur unabhängig von
der Funktion einer Ansteuerung des Fahrwerks im Crashfall zur Verfügung steht,
dürfen zumindest
einige der Räder
beider Räderrreihen nicht
vollständig
einziehbar sein. Dem steht nicht entgegen, dass bei dem neuen Flugzeug
das Fahrwerk zum Landen weiter ausgefahren werden kann als im Flug.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Fahrwerk nur durch Öffnen von
Fahrwerkklappen einsatzbereit gemacht wird, weil es so auch im Notfall,
d. h. bei Funktionsstörungen
seiner Ansteuerung aber auch der Ansteuerung der Fahrwerkklappen,
seine maximale Wirkung als Opferstruktur entwickelt und weil dadurch
außerdem
der Konstruktionsaufwand für das
Fahrwerk geringer ist als bei einem einziehbaren bzw. ausfahrbaren
Fahrwerk.
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Für die beiden
Räderreihen
des Fahrwerks des neuen Flugzeugs ist vorzugsweise jeweils eine an
dem Rumpf gelagerte aerodynamische Verkleidung auf der Basis von
Faserverbundbauteilen vorgesehen. Das Profil dieser Verkleidung
ist aufgrund der Konstruktion des Fahrwerks des neuen Flugzeugs
ebenfalls schlank. Seine Ausdehnung in Umfangsrichtung um den Rumpf
mag hingegen relativ groß ausfallen.
Dies ist aber für
den aerodynamischen Widerstand des neuen Flugzeugs ohne größere Bedeutung.
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Im
Gegenteil können
die aerodynamischen Verkleidungen so relativ große Fahrwerkklappen umfassen,
die in geöffnetem
Zustand großflächige Impactschutzschilder
für den
Rumpf und/oder die Tragflügel
des Flugzeugs ausbilden. Insbesondere schützen diese Impactschutzschilder
vor irgendwelchen Fremdkörpern,
die von dem Fahrwerk des Flugzeugs bei der Landung oder beim Start
von der Rollbahn hochgeschleudert werden.
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Zudem
können
die aerodynamischen Verkleidungen auch Seitenflossen zur Stabilisierung
des Flugzeugs im Flug ausbilden. Dies gilt insbesondere natürlich dann,
wenn die Fahrwerkklappen der aerodynamischen Verkleidungen um das
Fahrwerk herum geschlossen sind.
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Die
aerodynamischen Verkleidungen des Fahrwerks können darüberhinaus Längsträger zur mechanischen Verstärkung des
Rumpfs gegenüber Biegebeanspruchungen
ausbilden.
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Aufhängungen
für die
Räder der
beiden Räderreihen
an dem Rumpf können
als Crashstoßfänger für den Rumpf
ausgebildet sein, wozu sie beispielsweise spezielle Stoßdämpfer aufweisen
können,
die neben einer normalen Stoßdämpferfunktion auch
zum Abfangen stärkerer
Stöße ausgebildet sind,
so dass den Aufhängungen
der Räder
der beiden Räderreihen
im Crashfall die Aufgabe zukommen kann, den Hauptimpuls des Flugzeugs
gegenüber
dem Boden möglichst
kontrolliert abzufangen.
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Im
Detail können
für die
einzelnen Räder
der beiden Räderreihen
getrennte Aufhängungen
an dem Rumpf vorgesehen sein, um alle von dem Fahrwerk auf den Rumpf übertragenen
Belastungen möglichst
weit über
dem Rumpf auszuschmieren. Wie schon oben angedeutet, können die
Aufhängungen bei
dem neuen Flugzeug auch ausfahrbar sein.
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Weiter
bevorzugt ist es, wenn sich die Räderreihen des Fahrwerks des
neuen Flugzeugs in zumindest einer, vorzugsweise beiden Richtungen
bis über
einen Ansatzbereich von Tragflügeln
des Flugzeugs an dem Rumpf hinaus längs des Rumpfs erstrecken.
Dabei können
sich die Räderreihen über 35 bis
65% der Gesamtlängserstreckung
des Rumpfs längs
des Rumpfs erstrecken. Alle Prozentangaben beziehen sich hier auf
eine Gesamtlängserstreckung des
Rumpfs, die der Gesamtlänge
des Flugzeugs entspricht.
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Da
bei dem neuen Flugzeug die Tragflügel in Hochdeckeranordnung
an dem Rumpf vorgesehen sind, kann in dem Rumpf ein druckbelüfteter Frachtraum
mit über
das Fahrwerk hinweg konstantem Querschnitt vorgesehen sein, weil
der Querschnitt des Frachtraums weder durch einen Fahrwerkschacht
noch durch einen Flügelkasten
eingeschnürt oder
gar unterbrochen wird. Entsprechend steht bei der Ausbildung des
neuen Flugzeugs als Passagierflugzeug ein vergleichweise großer Frachtraum
zur Verfügung.
Damit können
beispielsweise jahreszeitlich bedingt schwankende Passagierzahlen
im Flugverkehr durch variable Frachtzuladungen einfacher kompensiert
werden.
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Damit
kann der Frachtraum zur Aufnahme von seinen gesamten Querschnitt
auffüllenden
Containern vorgesehen sein, die in Längsrichtung von einer Seite
in den Frachtraum einschiebbar sind. Hierzu kann wiederum ein Nasenfrachttor
als einziges Frachttor oder neben einem Heckfrachttor vorgesehen
sein. Ein Nasenfrachttor ist mit dem Vorteil verbunden, dass es
keinen Ausschnitt aus der umlaufenden Außenhaut des Rumpfs erfordert.
Im Bereich der Flugzeugnase treten zudem keine nennenswerten Biegebeanspruchungen
auf, so dass auch die Lagerung des Nasenfrachttors unproblematisch
ist.
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In
einer konkreten Ausführungsform
des neuen Flugzeugs, die den Anforderungen an geringe Bau- und Wartungskosten
besonders gut Rechnung trägt,
weist der Rumpf zumindest in seinem Mittelbereich ein Gitterwerk
aus in Querrichtung durchlaufenden Spanten und in Längsrichtung
durchlaufende Längsgurte
auf, wobei in den Freiräumen
des Gitterwerks einzelne mit den Spanten und Längsgurte verbundene Paneele
angeordnet sind. Bei dieser Konstruktion werden die Längsgurte
und die Paneele jeweils nur einer Druck-/Zug- bzw. einer Scher-/Schubbeanspruchung,
d. h. einer eindimensionalen Beanspruchung unterworfen. Die Längsgurte
werden in ihren Haupterstreckungsrichtungen auf Druck und Zug beansprucht,
was bei Faserverbundbauteilen mit Fasern in 0°-Orientierung problemlos ist.
Die in den Freiräumen
des Gitterwerks aus den Spanten und Längsgurten angeordneten Paneele
hingegen werden primär
auf Schub und Scherung beansprucht. Auch dies ist für sich genommen
für Faserverbundbauteile
kein Problem und kann beispielsweise durch eine +/–45°-Orientierung
der Fasern abgefangen werden. Ein weiterer Vorteil der Konstruktion
des neuen Flugzeugs in dieser Ausführungsform ist, dass die verwendeten
Faserverbundbauteile, d. h. die Spanten, Längsgurte und Paneele in identischer Ausführung mehrfach
zur Anwendung kommen können.
Es müssen
also nur wenig verschiedene Bauteile für die Produktion des Flugzeugs
hergestellt und für
seine Wartung bereitgehalten werden. Bei der Wartung ist es relativ
problemlos, einzelne Paneele, die beispielsweise durch eine übermäßige Impactbeanspruchung
beschädigt
sind, auszutauschen.
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Im
konkreten Detail können
die Paneele in ihren Randbereichen zwischen einem Oberlängsgurt und
einem Unterlängsgurt
oder zwischen einem Spanten und einem Gegenstück angeordnet sein, wobei die
jeweilige Schichtanordnung in Querrichtung von Verbindungselementen
durchsetzt ist.
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Bei
diesen Verbindungselementen kann es sich um die im Flugzeugbau üblicherweise
eingesetzten Niete handeln.
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Um
der Gefahr des Ausreißens
der Verbindungselemente aus den Faserverbundbauteilen zu begegnen,
insbesondere wenn diese eine unidirektionale Faseranordnung aufweisen,
was z. B. für
die Längsgurte
aufgrund ihrer primären
Druck-/Zugbeabspruchung günstig
ist, können
zumindest die Längsgurte
aus einem Kohlenstofffaserverbund/Titan-Hybridwerkstoff ausgebildet
sein. Durch die an sich bekannte Laminierung des Kohlenstofffaserverbunds mit
Titanblech können
bestimmte Schwächen
des Kohlenstofffaserverbunds kompensiert werden, ohne dass der Vorteil
der Gewichtseinsparung durch die Verwendung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen
grundsätzlich
verloren geht.
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Das
neue Flugzeug wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben.
Dabei zeigt
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1 eine
Gesamtansicht des neuen Flugzeugs von der Seite,
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2 eine
Vorderansicht des im Flug befindlichen neuen Flugzeugs,
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3 eine
Vorderansicht des Centralbereichs des am Boden befindlichen neuen
Flugzeugs,
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4 einen
Querschnitt durch den Rumpf des neuen Flugzeugs,
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5 den
konstruktiven Aufbau des Rumpfs des neuen Flugzeugs in einer Seitenansicht,
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6 einen
Ausschnitt der in 5 gezeigten Konstruktion in
einer perspektivischen Ansicht,
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7 ein
erstes Detail der Konstruktion gemäß den 5 und 6,
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8 eine
Explosionsdarstellung des Details gemäß 7,
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9 ein
zweites Detail der Konstruktion gemäß den 5 und 6,
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10 eine
Explosionsdarstellung des Details gemäß 9,
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11 eine
Auftragung der Biegemomentbeanspruchung des Rumpfs bei dem neuen
Flugzeug im Vergleich zu einem Flugzeug mit konventionellem Dreibeinfahrwerk
und
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12 die
Anordnung von Frachtcontainern im Laderaum des neuen Flugzeugs bei
geöffnetem Nasenfrachttor.
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Das
in 1 dargestellte Flugzeug 1 weist einen
Rumpf 2, daran in Hochdeckeranordnung angesetzte Tragflügel 3 und
ein über
einen großen
Teil der Gesamtlängserstreckung
des Rumpfs 2 ausgedehntes Fahrwerk 4 auf. Das
Fahrwerk 4 umfasst auf jeder Seite des Rumpfs eine Reihe
von in einer Spur hintereinander liegenden Rädern 5. Hier sind
es sieben Räder
in jeder Reihe bzw. Spur, so dass das Fahrwerk 4 des gesamten
Flugzeugs 1 vierzehn Räder
umfasst. Für
jede Reihe der Räder 5 des
Fahrwerks 4 ist eine aerodynamische Verkleidung 6 vorgesehen,
die an dem Rumpf 2 gelagert ist, und auch als zusätzlicher
Längsträger zur
Verstärkung
des Rumpfs dient. Das Fahrwerk 4, welches aufgrund seiner
Ausdehnung über
einen wesentlichen Teil der Gesamtlängserstreckung des Rumpfs 2 auch
als "verschmiertes
Fahrwerk" bezeichnet
werden kann, befindet sich nicht nur unterhalb des Ansatzbereichs der
Tragflügel 3 an
den Rumpf 2, sondern erstreckt sich im vorliegenden Fall
auch nach hinten darüberhinaus.
Die Ausdehnung des Fahrwerks 4 in Längsrichtung beträgt hierbei
etwa 40% der Gesamtlängserstreckung
des Rumpfs 2 bzw. des Flugzeugs 1. In dem Rumpf 2 des
Flugzeugs sind keine Ausschnitte für einen Fahrwerkschacht vorgesehen.
Vielmehr verläuft
der Rumpf 2 ununterbrochen über das Fahrwerk 4 hinweg.
So kann ein Frachtraum 7 im unteren Teil des Rumpfs 2 vollständig über ein
Nasenfrachttor 8 beladen und entladen werden. Das Flugzeug 1 weist
auch keine weiteren Frachttore im Mittelbereich des Rumpfs auf,
die mit Ausschnitten aus der Konstruktion des Rumpfs 2 verbunden
wären.
Fenster 9 und Türen 10 in
dem Rumpf 2, die zu einem Fluggastraum 11 im oberen
Bereich des Rumpfs 2 führen,
liegen in Bezug auf eine Biegebeanspruchung des Rumpfs 2 auf
einer neutralen Achse bzw. im Endbereich des Rumpfs 10,
wo Biegebeanspruchungen nicht im nennenswerten Maße auftreten.
Durch diese konstruktiven Maßnahmen
ist das Flugzeug 1 gemäß 1 zur
Ausbildung des Rumpfs 2 auf der Basis von Kohlenstofffaserverbundbauteilen
besonders geeignet.
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2 zeigt
das Flugzeug 1 gemäß 1 in einer
Ansicht von vorne, während
es sich im Flug befindet. Darüberhinaus
sind zusätzlich
zu 1 Triebwerke 12 und ein Seitenleitwerk 13 des
Flugzeugs dargestellt. Aus der Ansicht gemäß 2 ist ersichtlich,
dass das Profil des Fahrwerks 4 mit der Verkleidung 6 sehr
schlank und damit wenig störend
ist. Im Gegenteil bilden die Verkleidungen 6 Seitenflossen 14 zur
Stabilisierung des Flugzeugs 1 im Flug aus.
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In 3,
die das Flugzeug 1 am Boden 17 zeigt, geben die
Verkleidungen 6 bei geöffneten Fahrwerkklappen 15 und 16 die
Räder 5 des
Fahrwerks 4 frei. Dabei bilden die inneren Fahrwerkklappen 16 Impactschutzplatten
für den
Rumpf 2 des Flugzeugs 1 gegenüber Fremdkörpern 40, die beispielsweise
von dem Fahrwerk 4 hochgeschleudert werden. Auch die Fahrwerkklappen 15 haben
die Funktion von Impactschutzplatten, und zwar für die Tragflügel 3.
Die hier auf dem Boden 17 aufstehenden Räder 5 des
Fahrwerks sind über
Aufhängungen 18 einzeln
an dem Rumpf 2 gelagert. Die Aufhängungen 18 weisen
einerseits Stoßdämpfer für das über den
Boden 17 rollende Flugzeug 1 auf, sie bilden insgesamt
aber auch Stoßfänger für den Crashfall
aus, wobei das Fahrwerk 4 als Opferstruktur vorgesehen ist.
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Der
Querschnitt durch den Rumpf 2 des Flugzeugs 1 gemäß 4 zeigt
neben den bisher beschriebenen Details die Aufteilung des Rumpfs 2 in den
Fluggastraum 11 und den Frachtraum 7 durch einen
Fußboden 19.
Unterhalb des Fußbodens 19 verlaufen
im Randbereich des Frachtraums 7 zwei Längsträger 20. Weiterhin
ist hier in dem Frachtraum 7 ein Container 21 dargestellt,
der in seiner Form auf den Querschnitt des Frachtraums 7 angepasst
ist und diesen weitgehend ausfüllt.
Der in 4 dargestellte Querschnitt ist über die
wesentliche Länge
des Rumpfs 2 des Flugzeugs 1 gemäß 1 konstant. Das
heißt,
der Frachtraum 7 kann durch Längsverschieben der Container 7 vollständig beladen
und entladen werden. Weiterhin können
dieselben Bauteile über
die Länge
des Rumpfs 2 hinweg wiederholt zur Anwendung kommen. An
weiteren Details ist 4 zu entnehmen, dass der insgesamt
druckbeaufschlagte Rumpf 2 zum einfachen Abfangen der Druckdifferenz
im wesentlichen kreisförmig
begrenzt ist, und dass die Aufhängungen 18 der
Räder 5 des Fahrwerks 4 an
die Längsträger 20 angesetzt
sind.
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Die 5 und 6 skizzieren
eine Möglichkeit
zur Konstruktion des Rumpfs 2 unter Verwendung möglichst
weniger unterschiedlicher Bauteile aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff
ohne Verzicht auf hohe konstruktive Steifigkeiten und Stabilitäten. Konkret
basiert der Rumpf aus einem Gitterwerk aus kreisförmig umlaufenden
Spanten 22 und in Längsrichtung
durchlaufenden Längsgurten 23.
In den Freiräumen 24 dieses
Gitterwerks sind Paneele 25 angeordnet. Die Paneele 25 sind
auf eine hohe Schubfestigkeit optimiert. Die Steifigkeit der Gesamtstruktur auch
gegenüber
Biegebeanspruchungen wird durch die formsteifen Spanten 22 und
die druck- und zugfesten Längsgurte 23 bereitgestellt.
Es ist ersichtlich, dass über
die wesentliche Längserstreckung
des Rumpfs 2 dieselben Spanten, Längsgurte und Paneele wiederholt
zum Einsatz kommen. Dies bringt Vorteile sowohl bei der ursprünglichen
Herstellung des Flugzeugs 1 als auch bei seiner Wartung,
bei der möglicherweise
einzelne der Bauteile 22, 23 und 25 beispielsweise
nach Impactüberbeanspruchng
ausgetauscht werden müssen.
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7 zeigt
den Übergangsbereich
zwischen zwei Paneelen 25 im Kreuzungspunkt zwischen einem
Spant 22 und einem Längsgurt 23.
Der Längsgurt 23 ist
in einen Unterlängsgurt 26 und
einen Oberlängsgurt 27 unterteilt,
zwischen denen Randbereiche 28 der angrenzenden Paneele 25 verlaufen. Verbindungselemente 29,
die in 7 nur durch gestrichelte Linien angedeutet sind,
verlaufen durch diesen Schichtaufbau und durch den Spant 22.
Weitere Verbindungselemente 29 dienen zur Befestigung der
Paneele 25 außerhalb
des Längsgurts 23 an
dem Spant 22. Um zu einer glatt geschlossenen Struktur zu
kommen, ist der Unterlängsgurt 26 in
einer Vertiefung 30 des Spants 22 angeordnet und
oberhalb des Oberlängsgurts 27 noch
ein Einsatzstück 31 angeordnet,
dessen Außenseite
mit der Außenseite
der Paneele 25 bündig
abschließt.
Der Aufbau der Paneele 25 selbst kann eine Oberschale 32 und
eine Unterschale 33 mit einem dazwischen liegenden Kern 34 umfassen.
Der Kern kann ein Schaumkern oder ein Wabenkern oder dergleichen
sein. Der Oberlängsgurt 27 kann
zur Erhöhung
ihrer Formsteifigkeit gegenüber
Biegebeanspruchungen auch mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet
werden, was hier aber nicht dargestellt ist.
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8 zeigt
die Anordnung gemäß 7 in einer
Explosionsdarstellung, dabei sind die Verbindungselemente 29 als
Niete 35 dargestellt.
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Die 9 und 10 zeigen
die Befestigung der Paneele 25 an dem Spant 22 außerhalb
des Längsgurts 23 in
einer zu den 7 und 8 senkrechten
Blickrichtung. Hier liegen die Randbereiche 28 der Paneele 25 direkt
auf dem Spant 22 auf und statt des Oberlängsgurts
ist ein Gegenstück 36 vorgesehen.
Der Spant 22 weist ein hutförmiges Querschnittsprofil auf,
um bei möglichst
geringem Gewicht eine möglichst
hohe Steifigkeit zu besitzen.
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11 skizziert
die Biegemomentbelastung M über
der Längserstreckung
des neuen Flugzeugs 1 gegenüber der Biegemomentbelastung
bei einem Flugzeug mit konventionellem Dreibeinfahrwerk mit einem
Bugrad. Die dem Flugzeug 1 zugeordnete Biegemomentkurve 37 verläuft deutlich
flacher und ohne Sprung als die Vergleichskurve 38 des
konventionellen Flugzeugs.
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12 skizziert
noch einmal die Befüllung des
Frachtraums 7 des am Boden 17 befindlichen Flugzeugs 1 über das
Nasenfrachttor 8, das hier in geöffneter Stellung wiedergegeben
ist. Durch den ununterbrochen freien Querschnitt des Frachtraums 7 können Container 21 von
vorne bis nach hinten in den Frachtraum 7 eingeschoben
werden. Die dabei möglicherweise
auftretenden Schwerpunktverlagerungen des Flugzeugs werden durch
das Fahrwerk 4 problemlos aufgefangen. Interessant bei
dem neuen Flugzeug 1 ist auch, dass sich der Frachtraum 7 relativ
niedrig über
dem Boden 17 befindet und damit über das Nasenfrachttor 8 leicht
zugänglich
ist.
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- 1
- Flugzeug
- 2
- Rumpf
- 3
- Tragflügel
- 4
- Fahrwerk
- 5
- Rad
- 6
- Verkleidung
- 7
- Frachtraum
- 8
- Nasenfrachttor
- 9
- Fenster
- 10
- Tür
- 11
- Fluggastraum
- 12
- Triebwerk
- 13
- Seitenleitwerk
- 14
- Seitenflosse
- 15
- Fahrwerkklappe
- 16
- Fahrwerkklappe
- 17
- Boden
- 18
- Aufhängung
- 19
- Fußboden
- 20
- Längsträger
- 21
- Container
- 22
- Spant
- 23
- Längsgurt
- 24
- Freiraum
- 25
- Paneel
- 26
- Unterlängsgurt
- 27
- Oberlängsgurt
- 28
- Randbereich
- 29
- Verbindungselement
- 30
- Ausnehmung
- 31
- Einsatzstück
- 32
- Oberschale
- 33
- Unterschale
- 34
- Kern
- 35
- Niet
- 36
- Gegenstück
- 37
- Biegemomentkurve
- 38
- Vergleichskurve
- 39
- tiefster
Punkt
- 40
- Fremdkörper