DE102005038011A1

DE102005038011A1 - Bidirektionale Substratausführung für Flugzeugnotrutschen-Luftträger

Info

Publication number: DE102005038011A1
Application number: DE102005038011A
Authority: DE
Inventors: Mark A. Wakefield Hannigan; Charles A. Howland
Original assignee: Warwick Mills Inc
Current assignee: Warwick Mills Inc
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US20060029759A1

Abstract

Ein beschichtetes, bidirektionales Substratdesign für einen Flugzeugnotrutschenluftträger, wobei die longitudinale Festigkeit und die Gebindefestigkeit des Substrats und der darauf aufgebrachten Beschichtung auf die Anwendung optimiert sind. Weniger als 45% des gesamten Substratfasergehalts sind in der longitudinalen Richtung des Substrats und die longitudinale Festigkeit des Substrats beträgt etwa 50% der Gebindefestigkeit. Das Substrat ist aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid oder Flüssigkristallpolymerfasern und entweder aus Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln oder aus Polyether-Polyurethan-Beschichtungen und Klebemitteln aufgebaut. Die Kettgarne haben weniger als die Hälte des Deniers der Schussgarne und sind in Gruppen von zwei oder mehr Garnen gewebt, um die Rissbeständigkeit des Stoffes in der Kettrichtung zu verbessern.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die anhängige US-Anmeldung Nr. 60/599,932, die am 09.08.2004 angemeldet wurde. und nimmt deren Priorität in Anspruch.
Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf aufblasbare Flugzeugnotrutschen und insbesondere auf Stoffe, mit denen derartige Rutschen aufgebaut werden.
Stand der Technik
Die Bundesbestimmungen zur Luftfahrtsicherheit erfordern es, dass ein Flugzeug für den Fall, dass eine Notlandung erforderlich ist, Rettungsvorkehrungen für Passagiere zur Verfügung zu stellt. Die Gerätesysteme für diesen Zweck sind seit den späten sechziger Jahren etabliert gewesen. Das wichtigste Gerätesystem, das für diesen Zweck eingesetzt wird, ist eine aufblasbare Notrutsche.
Aufblasbare Notrutschen sind aus einer Anordnung aufblasbarer Luftträger aufgebaut. Die Luftträger sind aus beschichteten Nylonstoffen aufgebaut und haben ein typisches Stoffgewicht von 7,5 Unzen pro Quadratyard. Insgesamt weist der Stoff, der in dem Notrutschensystem eingesetzt wird, 65 Pfund (lbs) auf, was 30 % des Gesamtgewichts des Notrutschensystems entspricht. Geräte und Einrichtungen zum Ausfahren des Notrutschensystems umfassen die Balance des Systemgewichts.
Das Notrutschensystem ist in einer Ponton-Konfiguration aufgebaut, die parallele Luftträger mit einem Durchmesser von 25 Inch einsetzt, die etwa acht Fuß voneinander beabstandet sind. Die Hauptluftträger sind mit Querluftträgern von ähnlichem oder geringerem Durchmesser verbunden. An einer Oberseite des Luftträgeraufbaus ist ein Rutschenstoff, der als Rutschoberfläche für die Passagiere ausgeführt ist. Die Rutschoberfläche muss eine geringe Reibung haben, um die auf die Passagiere einwirkende Wärme zu verringern und sie muss auch angemessen leitfähig sein, um eine statische Aufladung zu vermeiden, die während des Rutschvorgangs aufgebaut wird.
Die Luftträger sind aus mehreren Stücken beschichteter Stoffe aufgebaut und durch verschiedenartige Verfahren, die thermoplastisches Heißsiegeln umfassen, miteinander verbunden. Das Heißsiegelverfahren nutzt eine Kombination von Temperatur, Druck und Haltezeit, um zwei oder mehr benachbarte Stücke des beschichteten Stoffes thermoplastisch zu verschweißen. Diese Technologie vermeidet die Komplexität und die Kosten des mechanischen Nähens, das früher eingesetzt worden ist.
Um die Wirtschaftlichkeit des Flugzeugs zu verbessern, gibt es ein ständiges Verlangen nach Gewichtsreduktion in den Komponenten, die bei der Herstellung des Flugzeugs eingesetzt werden. Gewichtsreduktionen von 20 % oder mehr sind notwendig, um die Betriebsziele der Fluggesellschaften des 21. Jahrhunderts zu erreichen. Für Notrutschensysteme ist eine Verringerung des Stoffgewichts von 20 % oder mehr notwendig, ohne die Leistungserfordernisse des Notrutschensystems zu beeinträchtigen.
Die Luftträgerstoffe, die überall in der Industrie eingesetzt werden, sind stark spezifiziert. Die Erfordernisse für diese Stoffe umfassen ein Lufthaltevermögen bei Aufblasdrücken von 3 bis 5 psi, eine Zugfestigkeit, um die Belastungen auf Grund des Aufblasdrucks auszuhalten, und einen Widerstand gegenüber einem Versagen auf Grund eines Risses, einer Einstichstelle, der Rissausbreitung, chemischen Fluiden, Hydrolyse, Schimmel, einer Flamme, Abnutzung und Alterung. Miteinander verbundene Gewebestücke werden zusätzlich im Hinblick auf Nahtablösung, Zugfestigkeit und Scherfestigkeit getestet.
Obwohl der Stoff die fundamentalen mechanischen Eigenschaften des Luftträgers zur Verfügung stellt, sind die Beschichtungssysteme über die Jahre der Blickpunkt der Entwicklung gewesen, um einen chemischen Widerstand und einen Wärmewiderstand des fertigen Produkts zu verbessern. Die Innovation in den Beschichtungssystemen hat sich bis zum gegenwärtigen Stand der Technik entwickelt, der ein Beschichtungssystem mit 3,5 oz/yd² Polyether – Polyurethan auf einem 4,0 oz/yd² Nylonstoff, der aus einer 200 Denier-Faser hergestellt ist, verwendet. Das Gesamtgewicht des beschichteten Stoffes beträgt heutzutage im Schnitt etwa 7,5 oz/yd². Der Basisgewebeaufbau wird wie folgt beschrieben:
Kette (engl.: warp): 210 Denier Nylon 6,6 bei 78 Enden/Inch
Schuss (engl.: fill): 210 Denier Nylon 6,6 bei 78 Enden/Inch
Dieser Standardansatz verteilt 53 % der Fasermasse auf die longitudinale Achse des Luftträgers und 47 % der Fasermasse auf die Gebinderichtung des Luftträgers. Das Verhältnis der Gebindefestigkeit (H) zu der longitudinalen Festigkeit (L) beträgt H/L = 0,9.
Die Luftfahrtindustrie ist eine in hohem Maße regulierte Industrie, in der von der Regierung erlassene Spezifikationen für Flugzeugbauteile das Bestreben haben, eine allmähliche Entwicklung und Verbesserungen zu unterdrücken und nur Quantensprünge zu erkennen, die es rechtfertigen werden, das behördliche Verfahren wieder zu besuchen. Der besondere Gegenstand der aufblasbaren Flugzeugnotrutschen ist in vielen Jahren nicht nachhaltig angegangen worden und bedarf klar einer ernsthaften Analyse, um die weiteren Ziele der Industrie zu erreichen. Eine frische Analyse und eine neue Ausführung sind hier offenbart, welche eine Reduzierung bei der Stoffmasse ermöglicht, obwohl man im Luftträger sowohl in der radialen Richtung als auch in der longitudinalen Richtung die erforderliche Festigkeit aufrechterhält.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, leichtere und günstigere Stoffe für die Herstellung der Flugzeugnotrutschenluftträger zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Stoff zur Verfügung zu stellen, der unterschiedliche Festigkeiten in der longitudinalen und in der Gebinderichtung besitzt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Stoff zur Verfügung zu stellen, der eine unterschiedliche Webdichte in der longitudinalen und in der Gebinderichtung besitzt.

Die beanspruchte Erfindung offenbart einen Stoff, der für eine Verwendung in einem Flugzeugnotrutschenluftträger geeignet ist. Der Stoff hat mindestens eine Kettfaser (engl.: warp fiber) und mindestens eine Schussfaser (engl.: fill fiber), die mit den Kettfasern verwoben ist. Die Kettfasern und die Schussfasern stellen eine longitudinale Festigkeit in einer longitudinalen Richtung und eine Gebindefestigkeit in einer Gebinderichtung zur Verfügung. Die longitudinale Festigkeit ist kleiner als die Gebindefestigkeit.

Die beanspruchte Erfindung offenbart auch einen Stoff, der für eine Verwendung in einem Flugzeugnotrutschenluftträger geeignet ist. Der Stoff hat eine Mehrzahl von Kettfasern und eine Mehrzahl von Schussfasern, die mit den Kettfasern verwoben sind. Die Kettfasern und die Schussfasern stellen eine longitudinale Festigkeit in einer longitudinalen Richtung und eine Gebindefestigkeit in einer Gebinderichtung zur Verfügung. Die longitudinale Festigkeit beträgt im Wesentlichen die Hälfte der Gebindefestigkeit.

Die beanspruchte Erfindung offenbart darüber hinaus einen Stoff, der für eine Verwendung in einem Flugzeugnotrutschenluftträger geeignet ist. Der Stoff ist aus einer Mehrzahl von Fasern zusammengesetzt und in einer bidirektionalen Art und Weise aufgebaut, so dass weniger als 45 % eines gesamten Stofffasergehalts in einer longitudinalen Richtung des Stoffes ist.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten sofort anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung deutlich werden, in der ich durch Beschreibung der besten Ausführungsform, die von mir bei der Durchführung meiner Erfindung aufgefunden wurde, einfach nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben habe. Wie gezeigt werden wird, ist die Erfindung für andere und weitere Ausführungsformen geeignet und ihre besonderen Einzelheiten sind für Modifikationen in mancherlei offensichtlicher Hinsicht geeignet, ohne dass dabei vom Schutzbereich der Erfindung abgewichen wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1a und 1b zeigen einen Tortendiagrammvergleich der Kraft in der longitudinalen Richtung und in der Gebinderichtung.
2 ist eine Tabelle der Stoffgewichtseffizienz.
3 ist eine Tabelle, welche die Faserart und die Stoffkosten miteinander vergleicht.
4a, 4b, 4c sind schematische Darstellungen, die verschiedene Faserquerschnittsformen zeigen.
5 ist eine Tabelle, welche die Höhen- und Breitendimensionen über der Faserquerschnittsform zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung des gewebten Stoffquerschnitts.
7 ist eine Tabelle, welche die Dickenreduktion durch Fasersubstitution zeigt.
8 ist eine grafische Darstellung, die die durchschnittliche Faserverschiebung für Kett- und Schussgarne auf Basis von Denier und eines Stoffzielgewichts zeigen.
9 ist eine grafische Darstellung eines ausgewogenen Gewebebedeckungsfaktors.
10 ist eine Tabelle, die das optimale Denier über dem Fasergewicht für ausgewogene Stoffaufbauten zeigt.
11 ist eine grafische Darstellung, die einen 2:1 bidirektionalen Stoffbedeckungsfaktor über dem Stoffgewicht zeigt.
12 ist eine grafische Darstellung, die Kettwebfach-Bedeckungsfaktoren für 2:1 bidirektionale Stoffe zeigt.
13 ist eine grafische Darstellung, die das 2:1 Denierverhältnis für 2:1 bidirektionale Stoffe zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bidirektionale Ausführung
Der Luftträger ist ein runder Rohraufbau. Der aufgeblasene Luftträger hat bei einer herkömmlichen Flugzeugrutschenanwendung in beiden Geweberichtungen nicht die gleichen Spannungen. Insbesondere betragen die Festigkeitserfordernisse entlang der Länge des Rohrs etwa die Hälfte von denen über dem Durchmesser des Rohrs. Die Ursache dafür sind die relativ hohen Belastungen, die vom Luftdruck erzeugt werden, welcher den Luftträger aufbläst, sowie die Art, wie sie in die Luftträgerstoffbelastung überführt werden, um eine ausreichende strukturelle Festigkeit als Brücke zwischen dem Flugzeug und dem Boden unter dem Gewicht der Rutsche und der Passagiere, die sie verwenden, sicherzustellen.
Die Belastung auf einem Luftträgerstoff auf Grund des Aufblasens wird berechnet, indem man den Rohrdruck und den projizierten Bereich des Trägerquerschnitts in Richtung des Drucks verwendet. Entlang des Durchmessers eines Rohrs (Gebinderichtung) ist der projizierte Bereich das Produkt aus dem Durchmesser des Rohrs und der betrachteten Längeneinheit. Die Belastung auf dem Stoff wird zwischen der Oberseite und Unterseite des Luftträgers gleichverteilt sein, so dass die Gebindelast auf dem Stoff (pro Inch) wie folgt berechnet wird: FGebinde = P·D/2wobei F_Gebinde die Gebindefestigkeit, P der Druck und D der Gebindedurchmesser ist.
Ein typischer Luftträger besitzt einen Durchmesser von 25'' und arbeitet bei etwa 3,5 psi. Die Betriebslast auf dem Gewebe ist daher 3,5·25/2 = 44 lbs/Inch.
In der longitudinalen Richtung des Rohrs ist der projizierte Bereich, auf den der Druck einwirkt, der runde Bereich am Ende des Rohrs. Dieser Druck ist entlang des Umfangs des Rohrs verteilt. Daher ist das longitudinale Festigkeitserfordernis des Gewebes: Flong = P·(πD2/4)/(πD) Flong = P·D/4wobei F_long die longitudinale Festigkeit des Luftträgers ist.
Nehmen Sie bitte Bezug auf 1a und 1b, welche einen Tortendiagrammvergleich einer Kraft in der longitudinalen und in der Gebinderichtung zwischen einer Ausführungsform der Erfindung, 1a, und einem heutigen Luftträgerstoff, 1b, zeigen. Für ein 25'' Rohr unter 3,5 psi ist die Kraft in der longitudinalen Richtung die Hälfte von derjenigen in der Gebinderichtung oder 22 lbs/Inch. Dies entspricht einem Gebindekraftverhältnis oder einem erforderlichen Gebindefestigkeitsverhältnis von: H/L = 2.
Diese Analyse führt zu der Einsicht, dass die Stofferfordernisse für einen Luftträger keine ausgewogenen Stoffeigenschaften erfordern.
Rohrförmige Luftträger erfordern bidirektionale Eigenschaften oder Eigenschaften, die in der Kette anders sind als im Schuss. Die Ausführung des Stoffes in der Weise, dass die Kettfestigkeit die Hälfte der Schussfestigkeit ist, verringert den normalen Luftträgerstoffaufbau von beispielsweise 78 × 68 auf 34 × 68, wodurch man eine wertvolle Stoffgewichtsreduktion von etwa 30 % erhält.
Dieser neuartige Ansatz in der Substratausführung für Flugzeugluftträger gestattet eine Stoffgewichtsreduktion, indem man herkömmliche preiswerte Nylonfasern einsetzt. Obwohl es eine dreißigprozentige Verringerung in dem Gewicht des Grundstoffes gibt, haben wir das Stoffsystemgewicht nur um 16 % verringert, da es nur 53 % des gesamten Stoffsystemgewichts umfasst. Obwohl dies selbst bezeichnend und an sich wertvoll ist, muss das Ziel einer noch weiteren Reduktion im gesamten Verbundwerkstoffgewicht von einer Reduktion in der Beschichtungsmenge von mindestens etwa 10 % ausgehen.
Gewichtsleistung
Durch Anwendung der bidirektionalen Stoffausführungsstrategie auf Luftträgerverbundwerkstoffe verbessert sich die gesamte Systemgewichtsleistung drastisch.
Auf Grundlage eines minimalen FAA-Sicherheitsfaktors von 4,0 kann für einen Nylonstoff von 7,5 g pro Denier gezeigt werden, dass das optimale Gewichtsverhältnis etwa 32 Pfund Belastung pro Unze des Stoffs in der Belastungsrichtung beträgt. Auf Basis dieses Standards hat ein Stoff, der Nylon mit einer hohen Zugfestigkeit mit einem Gewichtsleistungsfaktor von 10,4 lbs/oz in einer Richtung einsetzt, eine Gewichtsleistung von 33 % in dieser Richtung.
Durch Ausführung des Luftträgerstoffs mit dem geeigneten Fasergehalt auf Basis der Aufblaskräfte, die auf den Stoff ausgeübt werden, kann die Gewichtsleistung drastisch verbessert werden. Indem man den bidirektionalen Stoffaufbau verwendet, kann eine 100d Nylonfaser geringerer Qualität eingesetzt werden, um auf Basis eines Sicherheitsfaktors von 4,0 bis 5,3 Gewichtseinsparungen im Bereich von 60 bis 80 % zu erhalten.
Extreme Verbesserungen können durch Verwendung von Flüssigkristallpolymerfasern mit hoher Zugfestigkeit, wie zum Beispiel Vectran, erreicht werden. Die Vectranverwendung und eine Gewichtsleistung, die größer als 70 ist, können erhalten werden, indem man einen Stoff < 1,0 oz/yd² verwendet. Details sind in der Tabelle unten gezeigt. Der Grad der Verbesserung kann wegen der höheren Faserkosten sehr kostspielig sein und kann nicht kommerziell gerechtfertigt werden, sofern nicht oder bis Änderungen in den relativen Kosten des Materials und/oder beim Treibstoff eintreten. Nichtsdestotrotz zeigt es die Leistungsfähigkeit und den Umfang der Erfindung, um eine Gewichtsreduktion zu erhalten, obwohl man die Leistungserfordernisse beibehält.
2 ist eine Tabelle der Stoffgewichtsleistung, welche eine bidirektionale Nylon-Ausführungsform und eine bidirektionale Vectran-Ausführungsform mit dem Basisnylonstoff, welcher heute gewöhnlich eingesetzt wird, vergleicht. Wie angedeutet, sind Gewichtseinsparungen bis zu 200 % erreichbar, wenn man ausgewählte Materialien einsetzt, die in einer bidirektionalen Weise angeordnet sind, die an das spezifische Luftträgererfordernis angepasst ist.
Gebindefestigkeitsmaße
Luftträgerstoffeigenschaften sind am kritischsten in der Gebinderichtung des Luftträgeraufbaus. Ein Maß für eine Leistungsfähigkeit des Stoffaufbaus basiert auf dem Betriebslastverhältnis zum Stoffgewicht. Für eine Gebindebelastungskapazität von 240 lbs hat ein Verbundstoff mit 7,5 oz eine Gebindebelastungseinstufung (HLR) wie folgt: HLR = 240/7,5 = 32 lbs/oz
Wenn man eine bidirektionale Stofftechnologie mit einem 6,0 oz Verbundstoff einsetzt, beträgt die HLR: HLR6 = 240/6,0 = 40 lbs/oz
Weitere Anpassungen sind mit Fasern, die ein größeres Elastizitätsmodul aufweisen, umfassend 5,0 oz, 4,0 oz und 3,0 oz Stoffe, möglich, so dass das Gebindebelastungsverhältnis wie folgt ansteigt: HLR5 = 240/5,0 = 48 HLR4 = 240/4,0 = 60 HLR3 = 240/3,0 = 80.
Faserkosten
Erfindungsgemäß kann eine Gewichtsreduktion von 20 % einfach durch die Ersetzung hochfester Fasern erreicht werden, die in aufblasbaren Verbundwerkstoffen, wie zum Beispiel Vectran, eingesetzt werden. Der Hauptnachteil bei diesem Ansatz ist der signifikante Einfluss auf die relativen Kosten der entsprechenden Materialien. Obwohl die Kosten dünner Denier-Nylonfasern heutzutage im Bereich von 4,0 – 6,0 Dollar/lb liegen, sind die Kosten dünner Denier-Vectranfasern im Bereich von 90 bis 185 Dollar/lb. Das Gewicht und die derzeitigen Kosten verschiedener Materialalternativen sind in der Tabelle von 3 gezeigt. Letzten Endes können andere ökonomische Faktoren, wie zum Beispiel ansteigende Treibstoffkosten oder längere Lebensdauern (mehr Flugstunden), über die die anfänglichen Kosten amortisiert werden können, die darüber hinaus verfügbaren Gewichtsreduktionen attraktiver oder überzeugender machen.
Verbundstoffmaterialdicke
In unserem Streben nach Gewichtsreduktion des beschichteten Stoffverbunds der Luftträgeranordnungen und -vorrichtungen können verschiedene Strategien eingesetzt werden, die ausschließlich die Reduzierung des Stoffgewichts, ausschließlich die Reduzierung des Beschichtungsgewichts oder sowohl die Reduzierung des Stoffgewichts als auch die Reduzierung des Beschichtungsgewichts in Anteilen, die für den gewünschten Zweck realisierbar sind, umfassen. Unabhängig von der Aufbaustrategie erfordert die Gewichtsreduktion der Luftträgeranordnung, dass die gesamte Verbundstoffmaterialdicke der Stoffkomponente um einen Betrag, der proportional zur Änderung des Gesamtgewichts und der mittleren Materialdichte ist, reduziert wird.
In der Theorie sollte der beschichtete Stoff als nahezu leerstellenfreie Anordnung hergestellt werden, um sicherzustellen, dass er für Luft impermeabel ist und eine Faseradhäsion für eine ausreichende Nahtfestigkeit zur Verfügung stellt. Leerstellen in der Gewebestruktur sind Spannungskonzentrationspunkte und sie werden Ausgangspunkt für größere Leerstellen sein, die Nadeleinstiche produzieren und/oder einen Faserschlupf produzieren, welche ein Nahtversagen hervorrufen. Ein leerstellenfreies Verbundmaterial kann nur dann hergestellt werden, wenn die reine Verbundmaterialdicke einen minimalen Dickenwert erreicht, der durch die Masse und Dichte der Faser und der eingesetzten Beschichtungsmaterialien festgelegt ist.
Auf Basis des herkömmlichen Luftträgerverbunds (4,0 oz/yd² Stoff, 3,5 oz/yd² aromatische Polyether-Polyurethan-Beschichtung) kann die optimale (leerstellenfreie) Verbunddicke auf Basis einer theoretischen, komprimierten Stoff- und Beschichtungsdicke berechnet werden.
Die komprimierte Stoffdicke (rein) basiert auf dem Stoff, der vollständig komprimiert worden ist, damit er zu dem spezifischen Gewicht der Faser passt. Dies ist kein völlig realistischer Wert, er ist aber nützlich in Kombination mit einer Beschichtungsgröße bei der Berechnung einer theoretischen, leerstellenfreien Verbunddicke.
Indem man die zulässigen reinen Stoff- und Beschichtungsdicken miteinander kombiniert, wird die optimale Verbunddicke zu 0,0086'' abgeschätzt. Bei einer maximalen Belastungszugfestigkeit von 44 Pfund/Inch wird das maximale Gebindefestigkeitserfordernis des Luftträgers 5.100 psi. Indem man einen minimalen FAA- Sicherheitsfaktor von 4 einsetzt, werden die Verbundmaterialanforderungen 20.400 psi.
In der Praxis wird die tatsächliche Verbundmaterialdicke auf Grund verschiedener Verarbeitungsprobleme selten bis zur optimalen (minimalen) Dicke hergestellt. Auf Grundlage einer minimalen Verbunddicke von 0,0086'' hätte ein Verbund mit einer tatsächlichen Dicke von 0,012'' einen Leerstellengehalt von 28 %. Dies beeinflusst das Gewicht des Verbunds nicht, kann aber die mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften des Verbunds beeinflussen.
Als Ergebnis erfordert eine Reduktion im Beschichtungsgewicht um 20 % eine Verbunddickenreduktion von 0,0017'' für eine Verbundzieldicke von weniger als 0,0069'' für diese Anwendung.
Nachdem man eine bidirektionale Stoffausführung bestimmt hat, die auf Basis der Lastmuster für einen rohrförmigen Luftträger eingesetzt werden kann, ist ein Stoffgewicht von 2,80 oz/yd² (30 % Reduktion im Stoffgewicht) praktisch. Die entsprechende zehnprozentige Beschichtungsreduktion gestattet ein maximales Beschichtungsgewicht von 3,15 oz/yd². Auf Basis dieser einzelnen Zielgewichte wäre die minimale Verbunddicke 0,0068'', wie unten gezeigt:
Wenn man die optimalen Stoff- und Beschichtungsdicken miteinander kombiniert, erhält man eine minimal mögliche Verbunddicke von 0,0068''. Für eine Gebindefestigkeitseinstufung von 240 lbs/Inch wird ein Stoff mit 6 oz zu einer Gebindelasteinstufung von 40 lbs/oz des Stoffes führen. Bei einer Zugfestigkeit von 44 Pfund/Inch steigt das Gebindespannungserfordernis des Luftträgers auf 6.500 psi an. Wenn man einen minimalen FAA-Sicherheitsfaktor von 4 einsetzt, werden die Verbundanforderungen 26.000 psi.
Weitere Aufmerksamkeit muss den Änderungen in der Faser- und Beschichtungschemie entgegengebracht werden, um unterschiedliche Materialdichten als diejenigen, die oben gezeigt sind, zu berücksichtigen. Zum Beispiel hätte ein mit einem aromatischen Polyurethan beschichteter Polyesterstoff eine Zieldicke von 0,0063''. Das Ersetzen eines aliphatischen Polyurethans würde die Zieldicke auf weniger als 0,0058'' auf Basis des höheren spezifischen Gewichts des aliphatischen Polyurethans reduzieren.
Fasergeometrie und Verbunddicke
Um eine optimale Verbunddicke zu erreichen, sollte die tatsächliche Substratdicke eher in Richtung auf die Gesamtdicke als auf die erlaubte reine Dicke ausgeführt werden. Eine vollständige Komprimierung des Stoffes auf seine „reine" erlaubte Dicke wird die Stoffeigenschaften in ihrer Zugfestigkeit und im Abriss schwächen und dadurch ein suboptimales Substrat zur Verfügung stellen. Es ist festgestellt worden, dass die Zieldicke des Stoffes vor dem Beschichten 80 % bis 95 % der optimalen Gesamtdicke beträgt.
Obwohl in dem oben genannten Beispiel die reine Stoffdicke auf Basis der Masse und Dichte 0,0033'' beträgt, wäre die tatsächliche Stoffzieldicke 80 % bis 95 % der endgültigen beschichteten Zieldicke von 0,0068'' oder 0,0055'' bis 0,0065''.
Eine Vorhersage der tatsächlichen Stoffdicke kann auf Basis der Fasergröße, Dichte und Form gemacht werden. Die Fasergröße und Dichte sind diskutiert worden. Die Faserform nimmt üblicherweise eine von drei Formen an.
Unter Bezugnahme auf 4a bis 4c sind dort schematische Darstellungen gezeigt, die eine Auswahl von Faser- oder Garnquerschnittsmodellen zeigen, die für die Diskussion nützlich sind. Ein vom Hersteller verpacktes Garn hat typischerweise 0 bis 0,5 Garndrehungen pro Inch und ist allgemein rechteckig im Querschnitt, wie in 4b gezeigt. Für gewebte Stoffe, bei denen eine hohe Faserbedeckung in der Kette gibt, wird die Drehung angewandt, um die Abriebfestigkeit der Faser zu verbessern. Die Garndrehung verbessert ebenso die Festigkeit und den Abrisswiderstand in den Fasern. Ein gedrehtes Garn wird, wie in 4a gezeigt, im Querschnitt als kreisförmig modelliert. Eine dritte interessante Querschnittskonfiguration ist ein abgerundeter rechteckiger Querschnitt, wie in 4c gezeigt. Dieser Querschnitt kann zum Beispiel durch eine Garn-Luft-Verschränkung oder durch eine geringe Garndrehung oder eine Nachbearbeitung eines Stoffes, beispielsweise durch Kalandrieren, hergestellt werden.
Die Fasern mit rechteckigem Querschnitt (RCS), die stellvertretend für Flachfilament-Herstellergarne sind, sind am kostengünstigsten, können aber für eine Beschädigung durch Abrasion anfällig sein, da die Faserfilamente größeren Längen entlang der Oberfläche der Faser ausgesetzt sind. Herstellergarne werden häufig in der Schussrichtung von Stoffen eingesetzt. Kosteneffiziente Luftverschränkungsverfahren werden eingesetzt, um den Abrasionswiderstand der Faser mit leichten Modifikationen am Faserquerschnitt zu verbessern, um das Modell mit abgerundetem rechteckigem Querschnitt (RRCS) herzustellen. Eine Faser mit rundem Querschnitt (CCS) kann auch ein verdrehtes Stapelgarn umfassen. CCS-Fasern sind abrasionsbeständiger als RCS- und RRCS-Fasern, da jedes Faserfilament nur intermittierend bei einer gegebenen radialen Achse entlang der Garnoberfläche angeordnet ist. Ein abgerundeter rechteckiger Querschnitt (RRCS) wäre auch charakteristisch für eine Faser mit einer geringen Garndrehung oder für ein rundes gedrehtes Garn, das durch ein Kalandrierverfahren umgeformt ist.
Jede Formannahme für die Faser besitzt eine entsprechende Höhen- und Breitenbasis zur Bestimmung der Stoffdicke. Für die Höhe und Breite ist sie für jede Querschnittsform unten gezeigt.
Die Querschnittsfläche ist unabhängig von der Form wie folgt auf das Faser-Denier und die Dichte bezogen: Af = Q/ρ/7,39 × 10–6 wobei A_f die Querschnittsfläche, Q = Garn-Denier (g/9000 m), ρ = spezifisches Gewicht des Garns (g/cm³) sind.
Diese Beziehung zeigt, dass das Denier proportional zur Faserfläche ist. Daher haben kleinere Deniers ein kleineres Verbundvolumen. Die Querschnittsdimensionen für jede Querschnittsform variieren auf Basis der Formannahmen.
Runder Querschnitt:

Höhe = Breite = D D = (Q/ρ)/2136 (Inch)wobei:

Q

= Garn-Denier (g/9000m)

ρ

= spezifisches Gewicht des Garns

für eine verdrehte 210 Denier Nylon-Faser, D = 0,0064.

Rechteckiger Querschnitt

Höhe = h_f; Breite = w_f, bezogen auf das Seitenverhältnis Z: wf = Z·hf hf = √(Q/Z/ρ)/2720 wf = √(Z·Q/ρ)/2720für eine 210 Denier Nylon-Herstellerfaser mit einem Seitenverhältnis von 2:1, wobei die Faserhöhe und Faserbreite sind:

Abgerundeter rechteckiger Querschnitt:

Höhe = d_f; Breite = s_f

Die Höhe ist vom kreisförmigen Durchmesser D um einen Faktor (R) reduziert: df = D/R Sf = df + cf Cf = √(Q/ρ)·(R–1/R)/2720
Für eine gedrehte 210 Denier Nylonfaser, die kalandriert ist, um den Faserdurchmesser um einen Faktor 2 zu reduzieren, beträgt die Faserhöhe und die Faserbreite:
Beispiele für die Höhe und Breite runder, rechteckiger und abgerundeter rechteckiger Faserquerschnittsdimensionen sind in der Tabelle von 5 gezeigt.
Stoffdicke
In einem gewebten Stoff sind die Kettgarne üblicherweise in einem alternierenden Muster um die Schussgarne gewickelt. Als Ergebnis wird, wie in 6 gezeigt, welche eine schematische Darstellung eines gewebten Stoffquerschnitts ist, die Stoffdicke üblicherweise durch die Höhe zweier Kettgarne und eines Schussgarn bestimmt.
Diese Ansicht ist ein Querschnitt, der durch die Schussgarne 3 schneidet, um die Kettgarne 1 und 2 und ihre Kräuselung zu zeigen. Das gelbe Kettgarn 1 repräsentiert die erste Gruppe von Garnen, während das grüne Kettgarn 2 die zweite Gruppe von Garnen repräsentiert, wobei die Gruppe als diejenige Anzahl von Garnen definiert ist, die zusammengewoben sind. Für eine glatte Webart ist die Gruppengröße des Kettgarns 2 gleich eins; für einen 2 × 1-Korb ist die Gruppengröße des Kettgarns 2 gleich zwei, etc.
Diese Darstellung zeigt die Dicke des Stoffes, die durch zwei Wickelgarne (hier als Kettgarne gezeigt) und ein gewickeltes Garn (hier als Schussgarne gezeigt) bestimmt wird. Diese Ansicht könnte in ähnlicher Weise die Ansicht der Kettgarne, die von den Schussgarnen umwickelt sind, repräsentieren. Der springende Punkt dieser Darstellung ist, dass die Dicken der drei verschiedenen Garne oder Garnbündel die unbeschichtete Dicke des Stoffes bilden. Dieses führt dazu, dass die Auswahl des stärker gekräuselten Garns, üblicherweise des Kettgarns, bei der Bestimmung der Stoffdicke am kritischsten ist, da es das Bestreben hat, doppelt zu zählen.
Der gegenwärtige Stoff ist sowohl in der Kett- als auch in der Schussrichtung aus flachen 210d-Nylonfasern aufgebaut. Obwohl die Festigkeitserfordernisse des Stoffes so sind, dass die Kettfestigkeit reduziert werden kann, kann aus dieser Analyse eine Gewichtsreduktion ohne eine Änderung in der Stoffdicke nicht erhalten werden, welche umgekehrt eine Änderung mindestens einer der Fasern, vorzugsweise des Kettgarns, erfordert, da es doppelt gezählt wird, um die Stoffdicke zu bestimmen.
Um die Gewichtsreduktion zu erreichen, muss die Fasergröße ebenfalls verringert werden. Anhand der Tabelle in 7, welche eine Tabelle der Dickenreduktion durch Fasersubstitution ist, kann gezeigt werden, dass die Ersetzung eines flachen 210d-Kettgarns die nachfolgenden Dickenänderungen erreichen kann.
Wenn sowohl die Kett- als auch die Schussfasern durch dieselbe Faser ersetzt werden, kann die Dickenreduktion um 50 % erhöht werden. Ein Gesamtdickenreduktionsziel von 0,0018'' würde die Verwendung einer 100d Nylonfaser mit geringer Garndrehung ermöglichen, um eine Dickenreduktion im Grundstoff von 0,0015 bis 0,0025'' zu erreichen.
Die anfängliche Faserform kann geändert werden, um das Seitenverhältnis auf größer als 2 zu erhöhen, indem man Druck und Temperatur in einem Quetschprozess einsetzt, welcher eine Kalandriereinrichtung umfasst, darauf aber nicht beschränkt ist.
Obwohl die Verwendung kleinerer Deniergarne dabei hilft, die Gesamtdicke zu reduzieren, kann als ein Ergebnis die Stoffrissfestigkeit stark eingeschränkt sein. Um eine adäquate Rissfestigkeit beizubehalten, müssen die Garne in Garngruppen miteinander gepaart werden, die größer als das Verhältnis zwischen dem ursprünglichen Garndenier und dem neuen Garndenier sind. Wenn zum Beispiel ein Garn mit 210 Denier durch ein Garn mit 70 Denier ersetzt wird, müssen die Garne in Gruppen von 3 oder mehr angeordnet werden, um die grundlegenden Risscharakteristika des Stoffes beizubehalten. Ein Ausgleich für die Faserzähigkeit sollte auch in die Gruppenbestimmung eingeschlossen werden. Diese Änderungen in Webmustern werden sich auf die Faserbedeckung im Stoff auswirken und die endgültigen Verbund-Stoffeigenschaften beeinflussen.
Optimale Faserbedeckung für Luftträgerstoffe
Die Faserbedeckung ist ein Maß für die Webmusterdicke und die Webmusterstabilität in der Stoffebene. Die Faserbedeckung ist sowohl von der Faserform als auch vom Faserabstand (Garne pro Inch) sowie vom Webmuster (Fasergruppierung) abhängig.
Kett- und Schussfaserbedeckungsfaktoren werden, wie unten gezeigt, berechnet: FCFw = (Ww·Gw + Hf)·Pw/Gw FCFf = (WfGf + Hw)·Pf/Gf wobei:

FCF: = Stoffbedeckungsfaktor in Kett- oder Schussrichtung,
W: = Breite des Kett- oder Schussgarns,
H: = Höhe des Kett- oder Schussgarns,
G: = durchschnittliche Gruppengröße in Bedeckungsrichtung,
P: = Abstand oder Garne pro Inch in Kett- oder Schussrichtung

Der maximale theoretische Bedeckungsfaktor in der Kett- und Schussrichtung beträgt 100 %. Dieses trifft insbesondere in der Schussrichtung auf Grundlage des Prozesses der Garneinfügung zu. Da Schussgarne in den Stoff eingefügt werden, muss Platz sowohl für das Kett- als auch für das Schussgarn verfügbar sein.
Der Kett-Stoffbedeckungsfaktor ist etwas anders. Der Kett-Bedeckungsstoff, der oben beschrieben worden ist, setzt bei jedem Kreuzungspunkt ein Kettgarn und ein Schussgarn voraus. Die reale Prozessbeschränkung für eine Kettbedeckung basiert allerdings auf der Kettwebfachbedeckung. Die Kettwebfachbedeckung braucht nur die Größe und Verschiebung der Kettgarne zu berücksichtigen, da es nur die Kettgarne sind, die sich während der Strangbewegung des Webfachs bewegen. Der Bedeckungsfaktor des Kettwebfachs ist: SCFw = Ww·Pw wobei:

SCF: = Kettwebfachbedeckungsfaktor in der Kettrichtung.

Für eine Kett-Stoffbedeckung CF_w von weniger als 100 % gibt es einen ausreichenden Raum zwischen den Kettgarnen für die Schussgarne, damit sie dazwischen passen und sich um die Kettgarne wickeln, um dadurch im Schussgarn eine Kräuselung herzustellen. Da der Kettstoffbedeckungsfaktor sich 100 % annähert und 100 % überschreitet, gibt es nicht genug Raum zwischen den Kettgarnen, um in die Schussgarne zu passen, so dass sich dadurch die Schussgarne nicht vollständig um die Kettgarne wickeln. Dies schafft ein gering füllendes Kräuselgewebe. Hohe Ladestoffe, wie in den früheren Patenten von Howland beschrieben, bei denen die Kettanzahl signifikant größer als die Schussanzahl ist, können auf Grund dieses Effekts geschaffen werden. Herkömmliche Luftträgerstoffe nutzen diesen Konstruktionsansatz bis zu einem geringen Grad, obwohl der Kettstoff-Bedeckungsfaktor 100 % nicht überschreitet. Bidirektionale Stoffe sind das komplette Gegenteil dieser Ausführung, wo die Kettbedeckung signifikant reduziert ist, um Aufbauten mit höherer Festigkeit in der Schussrichtung zu ermöglichen.
Von Faserformeinzelheiten oben ist der Bedeckungsfaktor für den Standardluftträgerstoff (78 × 68 ebener Webartaufbau mit gedrehtem 210d Nylon): FCFw = (0.0064·1 + 0.0064)·78/1 = 99,8 % SCFw = (0.0064·78) = 49,9 % FCFf = (0.0064·1 + 0.0064)·68/1 = 87,0 %
Von den oben genannten Faserformeinzelheiten ist der Bedeckungsfaktor für den Standardluftträgerstoff (78 × 68 ebener Webartaufbau mit flachem 210d Nylon): FCFw = (0.008·1 + 0.004)·78/1 = 93,4 % SCFw = (0.008·78) = 62,4 % FCFf = (0.008·1 + 0.004)·68/1 = 81,6 %
Indem man das 78-210d-Kettgarn durch ein 88-100d-Nylongarn in Gruppen von 3 ersetzt, ändern sich die Bedeckungsfaktoren in: FCFw = (0.0055·3 + 0.004·88/3 = 60,1 % SCFw = (0.0055·88) = 48,4 % FCFf = (0.008·1 + 0.0027)·68 = 72,8 %
Indem man das 78-210d-Kettgarn durch 105-gedrehte 70d-Polyestergarne in Gruppen von 3 ersetzt, ändern sich die Bedeckungsfaktoren in: FCFw = (0.0033·3 + 0.004)·105/3 = 48,7 % SCFw = 0.0033·105 = 34,7 % FCFf = (0.008·1 + 0.0033)·68 = 76,8 %
Die geringeren Bedeckungsfaktoren ermöglichen flexiblere Verbundwerkstoffe, welche die Packungseffektivität der Luftträger vor dem Einsatz verbessern.
Beschreibung des Stoffgewichts
Das Stoffgewicht W wird für ein gegebenes Kett- und Schussdenier und eine Kett- und Schussverschiebung (ysi) wie folgt abgeschätzt: W (oz/yd2) = (dw·pw + df·pf)/7760 W = (210·78 + 210·68)/7760 = 3,95 oz/yd2.
8 ist eine Darstellung der durchschnittlichen Faserverschiebung (Garne pro Inch) für Kett- und Schussgarne auf Basis von Denier und einem Stoffzielgewicht, welche die oben genannte Formel einsetzt.
Auf Basis dieser Verschiebungswerte hätte ein ausgewogener, ebener Webartstoff, der dasselbe Denier in Kette und Schuss einsetzt, Stoffbedeckungsfaktoren, wie in 9 gezeigt.
Verwendet man diese Verschiebungswerte über Denier, kann der Stoffbedeckungsfaktor, wie in 9 gezeigt, berechnet werden. Die Bedeckungsfaktoren müssen kleiner als 100 % sein, um ein praktikabler Aufbau in der Schussrichtung zu sein. In 9 ist gezeigt, dass die Herstellung eines ausgewogenen 4,0 oz-Stoffs eine Fasergröße einer 175 Denierfaser oder größer erfordert. Fasern mit einer geringeren als dieser Deniergröße erfordern höhere Bedeckungsfaktoren als sie für ausgewogene Stoffe in der Schussrichtung praktisch sind.
Das optimale Denier und die optimale Verschiebung für einen 100 % Bedeckungsfaktor auf Basis des Stoffgewichts können aus derselben Beziehung berechnet werden und sind in 10 dargestellt, welche eine Tabelle des optimalen Deniers über dem Stoffgewicht für ausgewogene Stoffkonstruktionen zeigt.
Für bidirektionale Stoffe basiert der begrenzende Bedeckungsfaktor in der Schussrichtung auf dem höheren Anteil des Schussgarns gegenüber dem Kettgarn. Indem man ein gleiches Faserdenier in Kette und Schuss in einem 2:1 bidirektionalen Stoff einsetzt, ändern sich die Bedeckungsfaktoren, wie in 11 gezeigt.
Indem man einen 2:1 bidirektionalen Aufbau einsetzt, kann eine Stoffausführung mit 4,0 oz mit einem 210d-Nylongewebe nicht hergestellt werden, da sie einen Gewebebedeckungsfaktor > 140 % in einem ebenen Webartaufbau erfordert. Das maximale Stoffgewicht bei Verwendung einer 210 Denier-Nylonfaser in einem ebenen Webartaufbau in einem 2:1 bidirektionalen Stoff ist etwas kleiner als 3,0 oz/yd². Die optimale Fasergröße für einen ebenen Webartstoff mit 2,5 oz/yd² beträgt bei maximaler Bedeckung etwa 170 Denier.
Im Gegensatz zu dem ausgewogenen Stoff ist der Kettbedeckungsfaktor in einem bidirektionalen Stoff die Hälfte des Schussbedeckungsfaktors. Obwohl die Schussbedeckungsfaktoren ansteigen, nehmen die Kettbedeckungsfaktoren signifikant ab, welche ein Stoffstabilitätsproblem schaffen können, das die Luftträgerleistungsfähigkeit unter Last beeinträchtigt.
Um den Kettbedeckungsfaktor zu erhöhen, können kleinere Kettgarne in größerer Menge eingesetzt werden, um die Webartstabilität zu verbessern. Gleichzeitig gestatten es kleinere Kettgarne, dass die Schussbedeckungsfaktoren verringert werden können, welche praktischere Aufbauten, die größere Deniers nutzen, ermöglichen. Die Verwendung eines Kettgarndeniers, das eine Hälfte des Schussgarndeniers beträgt, hat einen Einfluss auf das Kettwebfach und die Schussgewebebedeckungsfaktoren, wie in 12 und 13 gezeigt.
Die Reduzierung des Kettdeniers auf etwa die Hälfte des Schussdeniers ermöglicht es, dass die Kettverschiebung vergrößert werden kann, um die Kettwebfachbedeckung von 24 % auf 34 % zu erhöhen. Diese Ausgestaltung verringert ebenfalls den Stoffbedeckungsfaktor in der Schussrichtung von 94 % voll auf 79 % voll, was die gleiche Leitungsfähigkeit mit einem flexibleren Aufbau liefert. Alternativ können Luftträger mit höherer Festigkeit geschaffen werden, da größere Füllschüsse eingefügt werden können. Ein Anstieg in der Luftträgergewebefestigkeit von 18 %ist mit einer 210d-Faser erreichbar, die es ermöglicht, dass Luftträgeraufbauten für einen höheren Druck und/oder einen größeren Durchmesser hergestellt werden können.
Eine Ausführungsform unter den zahlreichen nützlichen Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ist ein beschichteter Stoff für einen Flugzeugnotrutschen-Luftträger, der 20 % leichter als die gegenwärtig erhältlichen beschichteten Stoffe ist, die momentan eingesetzt werden, wie hier an anderer Stelle beschrieben. Er kann einen bidirektionalen Aufbau mit longitudinalen und lateralen Komponenten einsetzen, die so ausgeführt sind, dass sie einen proportionalen Halt zur Verfügung stellen, der den berechneten axialen und Gebindelasten des Luftträgers entspricht, und der aus Kett- und Schussfasern und/oder Faserbündeln mit unterschiedlichem Denier und/oder Endenanzahlen bestehen können.
Unter den zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung ist ein Luftträgerstoff für eine Flugzeugnotrutsche oder eine andere aufblasbare, lasttragende trägerartige Anordnung und Anwendung, der einen bidirektionalen Aufbau, wie zum Beispiel eine bidirektionale Webart einsetzt, so dass weniger als 45 % des gesamten Stofffasergehalts in einer longitudinalen Richtung des Stoffes ist. Zum Beispiel können ungefähr 33 % des gesamten Fasergehalts in der longitudinalen Richtung des Stoffes sein. Die Luftträgeranordnung ist mit der longitudinalen Richtung des Stoffes, die in Längsrichtung des Trägers verläuft, aufgebaut, um damit den größeren verbleibenden Prozentsatz des Fasergehalts in die laterale Richtung des Stoffes zu legen, welche die Gebinderichtung des Luftträgers sein wird.
Der Stoff kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein. Oder er kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyether-Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein.
Eine weitere Ausführungsform ist ein Luftträgerstoff für eine Flugzeugnotrutsche oder eine andere Luftträgeranwendung, der in einer bidirektionalen Weise, wie zum Beispiel mit einer bidirektionalen Webart, aufgebaut ist, so dass die longitudinale Festigkeit des Gewebes etwa die Hälfte oder weniger als 60 % der Gebindefestigkeit des Stoffes beträgt. Ein derartiger Stoff kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyurethan-Beschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein. Oder er kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyether-Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein.
Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Luftträgerstoff mit einem durchschnittlichen Gewichtsleistungsverhältnis größer als oder gleich 60 % auf Basis eines Sicherheitsfaktors von 4, der einen Nylonfaser- und Basisaufbau, wie hier an anderer Stelle beschrieben, einsetzt, um das Verhältnis zu berechnen. Diese Ausführungsform kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein; oder sie kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyether-Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein. Andere Ausführungsformen können durchschnittliche Gewichtseffizienzen haben, die sich auf Basis einer Faser- und Verschiebungsauswahl 100 % annähern, um FAA-Sicherheitsfaktorerfordernisse zu erreichen. Weitere Ausführungsformen können durchschnittliche Gewichtsfaktoren auf Basis einer Verwendung einer Faser mit großem Elastizitätsmodul, wie zum Beispiel Vectran, besitzen, die 200 % überschreiten.
Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Luftträgerstoff mit Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnissen größer oder gleich 35 Gebindepfund pro Unze des Stoffes und weniger als 20 axiale Pfund pro Unze des Stoffs. Diese Ausführungsform kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyurethanbeschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein; oder sie kann aus Nylon, Polyester, Aramid, Para-Aramid und/oder Flüssigkristall-Polymerfasern und Polyether-Polyurethan-Beschichtungen und Klebemitteln aufgebaut sein. Diese oder andere Ausführungsformen können ein Festigkeits-zu-Gewichtsverhältnis größer gleich 40 Gebindepfund pro Unze des Stoffes und weniger als 25 axiale Pfund pro Unze des Stoffes haben, oder ein Festigkeits-zu-Gewichtsverhältnis größer als oder gleich 50 Gebindepfund pro Unze des Stoffes und weniger als 30 Axialpfund pro Unze des Stoffes, oder sogar ein Festigkeits-zu-Gewichtsverhältnis größer als oder gleich 60 Gebindepfund pro Unze und weniger als 35 axiale Pfund pro Unze des Stoffes.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Luftträgerstoff, der so aufgebaut ist, dass die Kettgarne weniger als eine Hälfte des Deniers der Schussgarne besitzen. Die Kettgarne können weniger als eine Hälfte des Deniers der Schussgarne besitzen und in Gruppen von zwei oder mehr Garnen gewebt sein, um die Rissfestigkeit des Stoffes in der Kettrichtung zu verbessern.
Noch eine weitere Ausführungsform ist ein Luftträgerverbundstoff, der mit weniger als 20 % Leerstellengehalt, wie durch das oben beschriebene optimale Verbunddickenverfahren bestimmt, aufgebaut wurde. Dies würde Ausführungsformen mit weniger als 10 % Leerstellengehalt und sogar mit weniger als 5 % umfassen, wie durch das optimale Verbunddickenverfahren bestimmt.
Noch weitere Ausführungsformen umfassen einen Luftträgerstoff, der so aufgebaut ist, dass der Kettbedeckungsfaktor weniger als 80 % oder weniger als 70 % oder weniger als 60 % oder sogar weniger als 50 % beträgt.
Obwohl sich die oben beschriebenen Ausführungsformen insbesondere auf Flugzeugnotrutschenluftträger und die speziellen, dort anwendbaren Erfordernisse beziehen, sind die hier beschriebenen und beanspruchten Prinzipien auf jede Luftträgeranwendung anwendbar. Eine Luftträgeranordnung ist ein flexibler, aufblasbarer Airbag oder Fluidbehälter mit länglichen Ausmaßen, wobei dessen Länge spürbar größer als dessen Breite oder Durchmesser ist, wobei der Cord die Dimension des Querschnitts ist, der auf die Belastung ausgerichtet ist. Der Luftträger kann mit demselben oder mit einem andersartigen Fluid als mit demjenigen Fluidmedium, in dem es untergebracht ist, aufgeblasen werden. Im Gebrauch wird er auf einen dreidimensionalen, formbeständigen relativ hohen Druck in Bezug auf das Medium, in dem er eingesetzt wird, aufgeblasen. Er wird so positioniert, dass er mindestens zwei Haltepunkte beim Halt einer Last überbrückt. Diese Haltepunkte können vertikal oder horizontal oder bei jedem dazwischen liegenden Winkel voneinander beabstandet sein. Die Last kann konzentriert oder entlang des Trägers verteilt sein. Die aufgeblasene Anordnung funktioniert im weitesten mechanischen Sinne mehr als ein Träger, der einer Biegebeanspruchung zwischen seinen Haltepunkten ausgesetzt ist, als ein bloßer Pfosten, Ball oder Kissen, der/das nur rein kompressiven Lasten ausgesetzt ist.
Eine aufgeblasene Luftträgeranordnung kann aus einer einzelnen, trägerartigen Komponente oder aus einer länglichen Anordnung zum Halten einer Last zwischen zwei Haltepunkten bestehen, oder sie kann eine komplexe untereinander verbundene Anordnung von Luftträgerkomponenten oder eine Kombination eines Luftträgers und starrer Komponenten, wie zum Beispiel einer spinnennetzartigen, gitterartigen, radialen oder leiterartigen Anordnung sein, bei der die Luftträgerkomponenten separat oder gemeinsam unter Druck gesetzt werden, wobei die Anordnung an zwei oder mehreren Haltepunkten gehalten wird, wobei die Haltepunkte selbst Punkte auf anderen Luftträgern sein können, obwohl sie den fixierten Haltepunkten durch ihre Komponentenverbindungen eine verteilte Lastunterstützung zur Verfügung stellen.
In manchen Luftträgeranordnungen können manche Luftträgerkomponenten einzeln oder zusätzlich zur Trägerfunktion als laterales oder vertikales Kompressions- oder Zugteil funktionieren, um damit eine Zentrierung und eine zusätzliche oder Überlastgewichtshaltekapazität zur Verfügung zu stellen. Feste oder inelastische Komponenten, wie zum Beispiel andere Kompressions-, Spannungs-, Bänder-, Blätter-, Lattungsteile oder trägerartige Teile können mit Luftträgerkomponenten innerhalb einer Luftträgeranordnung oder an Trägerpunkten für eine gewünschte Gesamtantwort der Luftträgeranordnung auf Lastbedingungen verbunden oder zusammengeschlossen werden. All diese einfachen und komplexen Luftträgeranordnungen sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung. Diese und andere Abwandlungen und darauf bezogenen Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung werden Fachleuten von der zur Verfügung gestellten Beschreibung sofort deutlich werden, bei der der Begriff „bidirektionaler Stoff" einen Stoff meint, der bewusst so aufgebaut wurde, um ein komplexes Lasterfordernis zu erreichen, wobei das Festigkeitserfordernis in einer Richtung unterschiedlich von demjenigen in der Querrichtung ist.
Zum Beispiel gibt es innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung einen aufblasbaren Luftträger, der zwischen mindestens zwei Haltepunkten aufhängbar ist, wobei der Luftträger aus einer rohrförmigen Stoffhülle besteht, die aus einem bidirektionalen Stoff hergestellt ist, der aus einer Quermaschinenstoffkomponente besteht, die aus Schussfasern hergestellt ist, die so groß und so aufgebaut sind, um dem Luftträger mindestens die erforderliche Gebindefestigkeit zur Verfügung zu stellen; und aus einer Maschinenrichtungsstoffkomponente, die aus Kettfasern besteht, die so groß und so aufgebaut sind, um dem Luftträger zumindest die geforderte longitudinale Festigkeit, aber weniger als die geforderte Gebindefestigkeit zur Verfügung zu stellen, mit einer Beschichtung, die auf den Stoff aufgebracht ist, um die Permeabilität zu verringern.
Die Stoffhülle kann einen Durchmesser von etwa 25 Inch besitzen und der bidirektionale Stoff kann ein Gewicht haben, das nicht größer als 6 oz/yd² ist. Die longitudinale Festigkeit kann weniger als 60 % der Gebindefestigkeit betragen. Der bidirektionale Stoff kann ein gewebter Stoff sein, wo die Webdichte der Kettfasern weniger als 60 % der Webdichte der Schussfasern beträgt. Das Denier der Kettfasern kann weniger als 60 % des Deniers der Schussfasern betragen. Die Kettfasern können in Gruppen von 2 oder mehr Garnen gewebt sein. Der Stoff kann mit weniger als 20 % Leerstellengehalt, wie durch das optimale Verbunddickenverfahren bestimmt, aufgebaut sein. Die Maschinenrichtungs-Stoffkomponente kann aus weniger als 41 % des gesamten Stofffasergehalts bestehen und der Luftträger kann ein Teil eines Flugzeugnotrutschensystems sein.
Die Ziele und Vorteile der Erfindung können darüber hinaus durch die Mittel und Kombinationen, die insbesondere in den anliegenden Ansprüchen ausgeführt sind, realisiert und erreicht werden. Folglich sollen die Zeichnungen und die Beschreibung ihrer Natur nach als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden.

Claims

Aufblasbarer Luftträger der zwischen mindestens zwei Haltepunkten aufhängbar ist, wobei der Luftträger eine rohrförmige Stoffhülle aufweist, die aus einem bidirektionalen Stoff hergestellt ist, der umfasst: – eine Quermaschinenstoffkomponente, die Schussfasern aufweist, die so groß und so aufgebaut ist, um dem Luftträger mindestens die geforderte Gebindefestigkeit zur Verfügung zu stellen; und – eine Maschinenrichtungs-Stoffkomponente, die Kettfasern aufweist, die so groß und so aufgebaut ist, um dem Luftträger mindestens die geforderte longitudinale Festigkeit, aber weniger als die geforderte Gebindefestigkeit zur Verfügung zu stellen; und – eine Beschichtung, die auf dem Stoff aufgebracht ist, um die Permeabilität zu verringern.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem die Stoffhülle einen Durchmesser von etwa 25 Inch aufweist und bei dem der nicht-permeable, bidirektionale Stoff ein Gewicht von nicht mehr als 6 oz/yd² aufweist.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem die longitudinale Festigkeit weniger als 60 % der Gebindefestigkeit beträgt.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem der bidirektionale Stoff ein gewebter Stoff ist, bei dem die Webdichte der Kettfasern weniger als 60 % der Webdichte der Schussfasern beträgt.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem das Material der Fasern aus der Gruppe der Materialien, die Nylon, Polyester, Vectran, Aramid, Para-Aramid und Flüssigkristallpolymer umfassen, ausgewählt ist.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung ein Polyurethan-Material umfasst.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem das Denier der Kettfasern weniger als 60 % des Deniers der Schussfasern beträgt.
Luftträger nach Anspruch 7, bei dem die Kettfasern in Gruppen von zwei oder mehr Garnen gewebt sind.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem der Stoff mit weniger als 20 % Leerstellengehalt aufgebaut ist, wie durch das optimale Verbunddickenverfahren bestimmt.
Luftträger nach Anspruch 1, bei dem die Maschinenrichtungs-Stoffkomponente weniger als 45 % des gesamten Stofffasergehalts umfasst.
Luftträger nach Anspruch 1, ausgeführt als Teil eines Flugzeugnotrutschensystems.
Luftträger, der aus einem nicht-permeablen, bidirektionalen Stoff aufgebaut ist, wobei der Stoff umfasst: – der Luftträger besitzt einen nominalen Durchmesser von 25 Inch; – Schussfasern, die so groß und so ausgeführt, um mindestens die geforderte Gebindefestigkeit des Luftträgers zur Verfügung zu stellen; und – Kettfasern, die so groß und so ausgeführt sind, dass sie mindestens die geforderte longitudinale Festigkeit, aber weniger als die erforderliche Gebindefestigkeit des Luftträgers zur Verfügung stellen, und – eine Beschichtung, die auf dem Stoff aufgebracht ist, wobei die Beschichtung ein beschichtetes Gewicht von nicht mehr als 6 oz/yd² besitzt.
Luftträger nach Anspruch 12, bei dem die longitudinale Festigkeit weniger als 60 % der Gebindefestigkeit besitzt, wobei das Material der Fasern aus der Gruppe der Materialien, die Nylon, Polyester, Vectran, Aramid, Para-Aramid und Flüssigkristallpolymer umfassen, ausgewählt ist und wobei die Beschichtung ein Polyurethanmaterial umfasst.
Luftträger nach Anspruch 13, ausgeführt als Teil eines Flugzeugnotrutschen-Systems.
Verfahren zur Herstellung eines Luftträgers unter Verwendung eines nicht-permeablen, bidirektionalen Stoffs, bei dem das longitudinale Festigkeitserfordernis des Luftträgers kleiner als sein Gebindefestigkeitserfordernis ist, umfassend: – Auswählen einer Stoffkonfiguration von Kett- und Schusskomponenten für den bidirektionalen Stoff, wobei die Schusskomponentenfestigkeit mindestens gleich dem Gebindefestigkeitserfordernis ist und die Kettkomponentenfestigkeit mindestens gleich dem longitudinalen Festigkeitserfordernis, aber kleiner als das Gebindefestigkeitserfordernis ist, wobei die Kett- und Schusskomponenten jeweils Fasern eines ausgewählten Materials der jeweiligen Fasergröße, Konfiguration und Endenanzahl umfassen; – Weben der Kett- und Schussfasern gemäß der Stoffkonfiguration in einen unbeschichteten, bidirektionalen Stoff; – Beschichten des unbeschichteten bidirektionalen Stoffs mit einem Polyurethanmaterial, um es nicht-permeabel zu machen; und – Anordnen des bidirektionalen Stoffs in eine aufblasbare Hülle von länglichen Proportionen, die widerstandsfähig gemacht ist, um sich durch den Druck des Aufblasens zu biegen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der unbeschichtete Stoff weniger als 3 oz/yd² wiegt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der unbeschichtete Stoff eine Dicke innerhalb eines Bereichs, der sich von 0,0055 bis 0,0065 Inch erstreckt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der nicht-permeable, bidirektionale Stoff eine Gesamtdicke nach der Beschichtung von nicht mehr als 0,0069 Inch und weniger als 20 % Leerstellengehalt, wie durch das optimale Verbunddickenverfahren bestimmt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der nicht-permeable, bidirektionale Stoff ein Gesamtgewicht nach der Beschichtung von nicht mehr als 6 oz/yd² besitzt.
Verfahren nach Anspruch 15, darüber hinaus umfassend den Einbau des Luftträgers in eine Flugzeugnotrutsche.