DE102005038851A1

DE102005038851A1 - Fachwerk-Mittelkasten für einen Flügel

Info

Publication number: DE102005038851A1
Application number: DE102005038851A
Authority: DE
Inventors: Christian MÄNZ
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01
Also published as: RU2414385C2; WO2007020094A1; EP1915292B1; CN101242991A; EP1915292A1; CA2614878A1; US20090294590A1; US8602356B2; EP1915292B8; JP5021646B2; BRPI0614420A2; JP2009504495A; WO2007020094A8; DE602006009947D1; RU2008109665A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mittelkasten für einen Flugzeugflügel mit einem Fachwerk und einer ersten Schale, wobei das Fachwerk derart mit der ersten Schale verbunden ist, dass eine Last, die auf die erste Schale wirkt, mittels des Fachwerks ableitbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Statik. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Mittelkasten für einen Flugzeugflügel, die Verwendung eines Fachwerks als Aussteifungsmittel für einen Mittelkasten eines Flugzeugflügels und ein Verfahren zur Kraftableitung in einem Mittelkasten eines Flugzeugflügels.

Bei Flugzeugen sind Flügel aus einem Nasenbereich, einem Mittelkasten, einem Endkasten und dem Ruderbereich aufgebaut. Der Nasenbereich passt den Flugzeugflügel an die Aerodynamik an und dient der Verringerung des Luftwiderstandes des Flugzeugflügels. Der Mittelkasten trägt die Flügelkonstruktion und nimmt die Belastungen, die durch Druckunterschiede oder Lastwechsel verursacht werden, auf. Der Endbereich beinhaltet die Hydraulik, die für die Bewegung der Ruder zuständig ist. Der Ruderbereich umfasst das Ruder als Steuerkomponente für eine Richtungsänderung.

Beispiele derartiger als Kastenträger ausgebildeter Flügel sind bei einem Flugzeug Tragflächen, Höhenruder und Seitenleitwerke. Bekannte Konstruktionen eines Mittelkastens umfassen Schalen, die durch Holme, Rippen und Stringer verstärkt sind. Mittels dieser Bauteile soll eine örtliche Aussteifung der Mittelkästen erreicht werden. Zur Aufnahme der auf die Mittelkästen einwirkenden hohen Kräfte müssen jedoch die Holme, Rippen bzw. Stringer massiv, d.h. hoch gewichtig dimensioniert werden.

Zur Aufnahme hoher Kräfte sind üblicherweise viele Großbauteile erforderlich. Dadurch entstehen zum einen Nachteile im Falle von Produktionsfehlern, da die Großbauteile mit hohem Aufwand repariert werden müssen.

Andererseits ist es jedoch insbesondere mit Rippen nicht möglich, eine eingeleitete Last, wie beispielsweise eine durch Druck- bzw. Zugkräfte entstehende Last, bei Flugmanövern eines Flugzeuges auf dem kürzesten Weg zum Rumpfanschluss zu führen.

Aus der Druckschrift DE 699 11 507 T2 ist eine Flügelstruktur aus Faserverbundstoff mit einer Mehrholmkonstruktion bekannt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen besseren Flugzeugflügel anzugeben.

Demgemäss wird ein Mittelkasten für einen Flugzeugflügel, eine Verwendung eines Fachwerks als Aussteifungsmittel für einen Mittelkasten eines Flugzeugflügels und ein Verfahren zur Kraftableitung in einem Mittelkasten für einen Flugzeugflügel mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen angegeben.

Unter einer Kraft soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl eine Zug- als auch eine Druckkraft zu verstehen sein.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Mittelkasten für einen Flugzeugflügel angegeben. Der Mittelkasten umfasst zumindest eine erste Schale und ein Fachwerk. Das Fachwerk ist mit der zumindest einen ersten Schale derart verbunden, dass eine Last, die auf die zumindest eine erste Schale wirkt, über das Fachwerk abgeleitet werden kann. In der Regel ist der Aufbau eines Mittelkastens symmetrisch.

Das Fachwerk kann eine Tragestruktur darstellen, die ganz oder teilweise von der zumindest einen ersten Schale umhüllt sein kann. In der Regel ist die erste Schale ein zusammenhängendes flächiges Element. Die erste Schale kann jedoch auch mehrere nicht zusammenhängende Teile umfassen, die flächenförmig ausgebildet sind. Die nicht zusammenhängenden Teile können dann nur Teile des Fachwerks bedecken.

Es sollen Flächen, die mit dem Fachwerk verbunden sind der ersten Schale zugeordnet werden. Beispielsweise kann eine erste Schale zwei sich gegenüberliegende Schalenhälften aufweisen, wobei die Schalenhälften durch das Fachwerk getrennt sein können.

Das Fachwerk kann Knotenpunkte aufweisen, an denen einzelne Stabelemente zusammengeschlossen sind. Stabelemente sind von Fachwerkkonstruktionen bekannt und sollen auch in diesem Sinne im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden werden.

Mittels des Fachwerks können Formen, wie beispielsweise die Form eines Flugzeugflügels modelliert werden. Dazu wird die Flügelform mit dem Fachwerk, wie mit einem Drahtgittermodell angenähert. Mit einem Fachwerk lässt sich nicht nur ein Mittelkasten sondern auch der gesamte Flugzeugflügel, einschließlich Nasenbereich und Endbereich, ausbilden.

In anderen Worten bedeutet das, dass die Umrissform des Flügels bzw. des Mittelkastens mittels Knotenelementen, die das Fachwerk begrenzen, nachgebildet wird. Das Drahtgittermodell kann dann mit Schalenelementen beispielsweise mit einer Haut bespannt werden, wobei die Schalen mit den Knotenelementen verbunden werden können. Dadurch kann die Form des Flugzeugflügels nachgebildet werden.

Die Schale kann eine flächige Struktur aufweisen, wodurch Kräfte, die von Strömungen hervorgerufen werden, von der Schale aufgenommen und an das Fachwerk weitergeleitet werden können.

Die Schale kann aus Metall, einem Faserverbundwerkstoff wie beispielsweise CFK, GFK oder einem anderen im Flugzeugbau üblichem Material gefertigt sein. Die Schale bildet eine Fläche, die die Funktion des jeweiligen Flügels übernehmen kann. Im Wesentlichen wird ein Flügel zur Trennung von Luftströmungen eingesetzt. Aufgrund der Flügelform kann die Art der Luftströmung um den Flugzeugflügel bestimmt werden. Die angeströmten Flächen können das Flugverhalten des Flugzeuges beeinflussen.

Tragflächen können eine gekrümmte Form aufweisen. Die Flächen der Schale trennen einen an dem Flügel vorbeiströmenden Luftstrom auf. Dabei kann die Schale einer Tragfläche eine Unterseite und eine Oberseite aufweisen.

Der beim Bewegen eines Flugzeuges von Luft überströmte Weg über die meist dem Erdboden abgewandte Oberseite der Tragfläche kann länger als der von Luft überströmte Weg über die meist dem Erdboden zugewandte Unterseite des Flügels sein. Aufgrund des längeren Weges, der an der Oberseite vorbeiströmenden Luft kann ein Sog an der Tragfläche in die Richtung der Schalenseite auf der Oberseite der Tragfläche entstehen. Auf der gegenüberliegenden Seite kann ein Druck entstehen. Durch den Unterschied zwischen Sog und Druck kann das Flugzeug beim Fliegen in der Luft gehalten werden kann. Allerdings können dabei Lasten auf die Tragfläche wirken.

Ähnlich verhält es sich bei einem Seitenleitwerk eines Flugzeuges. Ein Seitenleitwerk teilt die Luft in zwei parallele Luftströmungen, die beidseitig an dem Seitenleitwerk vorbeiströmen. Bei dem Vorbeiströmen legen beide Luftströmungen den gleichen Weg zurück. Es entstehen beim Geradeausflug im Wesentlichen keine Kräfte senkrecht zur Strömungsrichtung auf das Seitenleitwerk.

Am Ende des Seitenleitwerks kann ein Ruder angebracht sein. Das Ruder kann entweder auf die eine oder die andere Seite des Seitenleitwerks bewegt werden. Durch den Ausschlag des Ruders verkürzt sich der für die Luft zurückzulegende Weg auf der Seite in die das Ruder eingeschlagen ist. Dadurch entsteht ein Druck auf die entsprechende Schale. Auf der gegenüberliegenden Seite, auf der sich durch den Rudereinschlag der Weg für die strömende Luft verlängert, entsteht ein Sog. Die Druckunterschiede auf den gegenüberliegenden Seiten des Seitenleitwerks können für die entsprechende Flugbewegung des Flugzeuges sorgen. Dabei wirken Lasten in Form von Querkräften auf das Seitenleitwerk, insbesondere auf den Mittelkasten des Seitenleitwerks.

Das Fachwerk kann eine Kraft, die auf die Fläche der Schale wirkt, als Unterstützung für die Schale, abstützen. Somit steht der Kraft nicht alleine die Schale entgegen, sondern ein Großteil der Kraft kann von der Stützstruktur, d.h. dem Fachwerk, aufgenommen und abgeleitet werden. Die Ursache für eine Kraft kann eine Druck oder Zugbelastung auf die Schale, aber auch ein Moment, das auf die Schale einwirkt, sein. Bei Flugzeugflügeln können die oben erwähnten Druckunterschiede auf den sich gegenüberliegenden Flügelschalen Kräfte bzw. Momente hervorrufen.

Ein Fachwerk in einem Flugzeugflügel bzw. in einem Mittelkasten eines Flügels kann es erlauben, die Schalen einfach aufzubauen. Die Schalen müssen nicht mehr alleine selbsttragend die auf sie wirkenden Kräfte aufnehmen, sondern die Schalen werden bei der Kraftaufnahme und -weiterleitung von dem Fachwerk unterstützt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung eines Fachwerks als Aussteifungsmittel für einen Flugzeugflügel angegeben. Insbesondere wird die Verwendung eines Fachwerks als Aussteifungsmittel für einen Mittelkasten eines Flugzeugflügels angegeben.

Ein Fachwerk umfasst Trägerkomponenten, die aus unterschiedlichen Materialen gefertigt sein können und die unterschiedliche Formen aufweisen können. Die Querschnittsform und das Material der Trägerkomponenten können die Druck- bzw. Zugfestigkeit einzelner Trägerkomponenten beeinflussen. Die Kraftverteilung innerhalb des Fachwerks kann durch die Struktur des Fachwerks, d.h. das Zusammenwirken der Trägerkomponenten untereinander, beeinflusst werden. Das Fachwerk kann folglich bezüglich der Trägerkomponenten frei gestaltet sein.

Das bedeutet, dass das verwendete Material, beispielsweise CFK oder Metall, bzw. die eingesetzte Querschnittsform einzelner Trägerkomponenten, beispielsweise Rund- oder Rechteckquerschnitt, frei gewählt werden kann. Lediglich Anforderungen bezüglich Gewicht und Stabilität sind bei der Wahl zu berücksichtigen. Die stützende Funktion kann mittels der geometrischen Anordnung des Fachwerks gewährleistet werden.

Es kann leichter möglich sein den Aufwand für eine Verstärkung eines Flügels in das Fachwerk zu stecken als in die Schale. Im Gegensatz zu Schalen, die die gesamten Kräfte aufnehmen und weiterleiten müssen, kann die Schale eines Flugzeugflügels mit einem Fachwerk einfacher aufgebaut sein. Trageholme, Rippen oder Stringer zur Verstärkung einer Schale können für geringere Lasten dimensioniert werden oder gänzlich entfallen.

Ferner wird gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Kraftableitung in einem Mittelkasten eines Flugzeugflügels angegeben. Dabei wird zunächst ein Fachwerk mit einer ersten Schale verbunden, worauf mit der ersten Schale eine Last aufgenommen werden kann. Mittels des an der Schale angeschlossenen Fachwerks kann die aufgenommene Last abgeleitet werden.

Bei der Last kann es sich um eine beliebige Kraft, die auf einen Flügel wirkt handeln. Denkbar sind beispielsweise eine Gewichtskraft, eine Fliehkraft oder eine Querkraft, die beispielsweise von einem Wind oder einer Luftströmung hervorgerufen werden können.

Ein Flügel bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jede Art eines Flügels. Insbesondere handelt es sich um einen Flugzeugflügel, wobei der Begriff Flugzeugflügel breit auszulegen ist. Insbesondere sind unter einem Flugzeugflügel Tragflächen, Höhenleitwerke sowie Seitenleitwerke zu verstehen. Beispielhaft für einen Flugzeugflügel sei hier der Aufbau eines Seitenleitwerks angegeben. Ein Seitenleitwerk umfasst einen Nasenbereich, einen tragenden Mittelkasten, einen Endkasten sowie ein Ruder.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Mittelkasten mit einer zweiten Schale angegeben, wobei die zweite Schale von der ersten Schale beabstandet ist.

Der Abstand zwischen erster und zweiter Schale kann beispielsweise mittels eines U-Profils hergestellt werden, an dem die erste und die zweite Schale befestigt sind. das U-Profil kann zwischen erster und zweiter Schale verlaufen und die Form der zweiten Schale kann der Form der ersten Schale entsprechen. Die zweite Schale kann von der ersten Schale umhüllt werden.

Allerdings kann die Form der zweiten Schale auch nur einem Teil der Form der ersten Schale entsprechen. Die zweite Schale kann auch mit Knotenpunkten des Fachwerks verbunden sein.

Mittels des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Schale können sich die beiden Schalen gegenseitig stützen und die Stabilität des Mittelkastens erhöhen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die erste Schale die Funktion einer Außenschale einnehmen. Die zweite Schale kann dann eine Innenschale sein.

Eine Außenschale kann Umwelteinflüssen wie Regen oder Wind direkt ausgesetzt sein. Die Innenschale kann von der Außenschale geschützt werden, in dem die Innenschale von der Außenschale umgeben ist. Die Innenschale kann folglich zur Versteifung verwendet werden.

Da die Druckbelastungen in Seitenflächen eines Seitenleitwerks oft nur lokal, beispielsweise im Wurzelbereich eines Flugzeugflügels, sehr groß sind, kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Innenschale nur bereichsweise anzuordnen, sodass sich diese nur teilweise gegenüber der Außenschale erstrecken. So wird es in aller Regel nicht erforderlich sein, im Bereich einer Flügelspitze, wo die Biegebelastung nur sehr gering ist, eine doppelschalige Seitenflächenkonstruktion vorzusehen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Fachwerk, das den Mittelkasten stützt, mit einem Bodenbereich verbunden sein. Dadurch kann die von dem Fachwerk aufgenommene Kraft an den Bodenbereich abgeleitet und das Seitenleitwerk am Rumpf eines Flugzeugs befestigt werden.

Eine Querkraft, die von den Seitenschalen aufgenommen und zumindest teilweise an das Fachwerk weitergeleitet wurde, kann in den Rumpfbereich eines Flugzeuges oder den Bodenbereich des Flugzeugrumpfes eingeleitet werden. In den Bereichen der Befestigung des Fachwerks an dem Rumpfbereich kann der Rumpfbereich vorteilhaft zur Aufnahme von Zug- und Druckkräften ausgelegt sein. Dadurch lassen sich große Kräfte übertragen. In Verbindung mit doppelwandigen Schalen können so stabile Flügel aufgebaut werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Übertragung der Last geradlinig auf den Bodenbereich, insbesondere den Rumpfbereich. Die Kräfte können in Form von Druck- oder Zugkräften in den Boden eingeleitet werden, wodurch Scherkräfte und Momente im Wesentlichen vermieden werden.

Ein Fachwerk weist Stabelemente und Knotenelemente auf. Die Stabelemente sind an den Knotenelementen miteinander verbunden. In diesem Zusammenhang bedeutet geradlinig, dass sich die Kräfte entlang der Stabelemente ausbreiten. Insbesondere findet keine Übertragung von Momenten statt. Der Bodenbereich kann somit primär für Druck und Zugkräfte dimensioniert werden, wodurch die Konstruktion des Flugzeuges vereinfacht werden kann. Eine Vereinfachung kann darin bestehen, dass nur ausgewählte Befestigungsbereiche des Rumpfbereichs verstärkt werden müssen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Fachwerk nur mit der zumindest einen ersten Schale verbunden sein. Das Fachwerk muss dabei keinen Bodenbereich berühren. Eine Last, die auf das Fachwerk wirkt, kann somit über das Fachwerk auf die zumindest eine erste Schale geleitet werden. Die zumindest eine erste Schale kann wiederum mit einem Bodenbereich eines Flugzeugrumpfes verbunden sein. Somit kann die Last von dem Fachwerk in die zumindest eine erste Schale eingeleitet und über die zumindest eine erste Schale in den Rumpfbereich des Flugzeuges geleitet werden.

Statt mit der zumindest einen ersten Schale kann das Fachwerk mit jeder anderen Schale eines Flügels oder einer Stütze der Schale verbunden werden. Vorteilhaft können mit dieser Anordnung ein oder mehrere Verbindungselemente an dem Bodenbereich eingespart werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Fachwerk eine Rohrkonstruktion. Bei einer Rohrkonstruktion können als Stabelemente dünnwandige Rohre zum Einsatz kommen, die bei einer hohen Stabilität, insbesondere bei großem Rohrdurchmesser, ein geringes Gewicht aufweisen. Ein großer Rohrdurchmesser kann zu einem kleinen Schlankheitsgrad führen und dieser wiederum durch eine höhere zulässige Spannung zu einer besseren Materialausnutzung.

Vorzugsweise können die Rohre aus Faserverbundwerkstoffen oder Metall hergestellt werden. Die Verwendung eines leichten Materials mit einer hohen Zug- bzw. Druckfestigkeit kann zu einer weiteren Gewichtsreduktion genutzt werden.

Stabelemente eines Fachwerks für einen Flugzeugflügel können für typische Zug- bzw. Drucklasten in einer Größenordnung von 20 bis 30 Tonnen bzw. von 15 bis 50 Tonnen pro Stabelement ausgelegt sein. Solche Belastungen können bei Flugmanövern in den einzelnen Stabelementen auftreten.

Auch können entsprechende Kräfte durch Böen, die auf ein stehendes Flugzeug insbesondere auf das Seitenleitwerk eines stehenden Flugzeuges bzw. einen Flugzeugflügel wirken, hervorgerufen werden.

Viele Fortbildungen der Erfindung wurden Bezug nehmend auf die Stützstruktur beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für das Verfahren zur Kraftableitung in einem Mittelkasten eines Flugzeugflügels.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch einen Flügel mit einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen weiteren perspektivischen Querschnitt durch einen Flügel mit einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt den perspektivischen Querschnitt von 2 ohne Innenschale.
4 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Flügel mit einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt die perspektivische Seitenansicht von 4 ohne Innenschale.
6 zeigt einen weiteren perspektivischen Querschnitt durch einen Flügel mit einer Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Teilfrontansicht auf einen Schnitt durch ein Seitenleitwerk gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kraftableitung in einem Mittelkasten.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Flugzeugflügel, der ein Fachwerk 7 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Zu sehen ist insbesondere eine vom Betrachter aus gesehen hintere Seitenfläche 5 eines Mittelkastens eines Flugzeugflügels. Wie der Form und Orientierung der Seitenfläche 5 entnommen werden kann, handelt es sich hierbei um eine Seitenfläche 5 eines Mittelkastens für das Seitenleitwerk eines Flugzeugs.
Die Seitenfläche 5 umfasst eine vom Betrachter aus gesehene hintere Außenhaut 1 sowie eine vordere Innenhaut 2. Die Außenschale oder Außenhaut 1 und die Innenschale oder Innenhaut 2 sind voneinander durch einem Abstand s beabstandet. Zwischen der Außenschale 1 und der Innenschale 2 sind mehrere Abstandshalter, Rahmenbauteile oder U-Profile 3 angeordnet, deren jeweilige Stege eine Höhe von s aufweisen. Somit beabstanden die Abstandshalter 3 die Innenschale 2 und die Außenschale 1 voneinander, welche über hier nicht dargestellte Blindniete an den Abstandshaltern angenietet sind. Zwar kann sich die Befestigung unter Verwendung von Blindniete als besonders vorteilhaft erweisen, jedoch können die Außen- bzw. Innenschale 1, 2 auch anderweitig an den Abstandshaltern befestigt werden, beispielsweise mittels Klebeverbindungen.
Wie der 1 ferner entnommen werden kann, erstreckt sich die Innenschale 2 nicht über die volle Höhe der Außenschale 1. Vielmehr erstreckt sich die Innenschale 2 nur über eine Höhe h, in welcher die Momentenbeanspruchung in Folge Luftlast besonders groß ist, wie dies durch die Momentenpfeilsymbole M angedeutet ist. Die großen Momentenbeanspruchungen liegen insbesondere im Wurzelbereich nahe des Rumpfanschlusses 4 des Mittelkastens vor, sodass es ausreicht, die Innenhaut 2 nur in diesem Bereich anzuordnen, welcher je nach Flugzeugtyp und -größe 10% bis 50% der gesamten Flügellänge ausmachen kann.
In 1 sind die Stabelemente des Fachwerks 7 aus Rohreelementen 8 mit Anschlussstücken 9 zusammengesetzt. Zur weiteren Kraftableitung bzw. -aufnahme ist der 1 zu entnehmen, dass an den jeweiligen Abstandshaltern bzw. Rahmenprofilen 3 Knotenpunkte 10 bzw. Knotenelemente 10 angeordnet sind. Zusammen mit den Anschlussstücken 9 und den Rohrelementen 8 bilden sie eine Stützstruktur 7, die fachwerkartig aufgebaut ist. Mittels der Struktur 7 werden die Momente in Zug- und Druckkräfte entlang der Stäbe aufgeteilt und sowohl auf die, in der 1 nicht sichtbare, der Seitenfläche 5 gegenüber liegende Seitenfläche des Mittelkastens des Seitenleitwerks übertragen. Ähnlich wird auch ein Teil der Kräfte dem Anschlussbereich 4 insbesondere dem Flugzeugrumpf 6 in Form von Druck- bzw. Zugkräften zugeführt.
Vorteilhaft erfolgt eine Aufteilung der Momente bzw. der Kräfte auf das Seitenleitwerk nicht nur durch die Außenschale 1 bzw. die Strebenbauteile 3 sondern wird von der gesamten Stützstruktur 7 abgeführt. In vorteilhafter Art und Weise kann somit eine Seitenfläche 5 bzw. Rahmenbauteile 3 zur Versteifung eines Flügels bzw. Seitenleitwerks geringer dimensioniert werden.
Da im Wurzelbereich nahe des Rumpfanschlusses 4 des Mittelkastens die großen Momentenbeanspruchungen vorliegen, können in vorteilhafter Weise in einem unteren Bereich, d.h. in einem nahe des Flugzeugrumpfs 6 liegenden Bereich der Stützstruktur 7 besonders belastbar gefertigte Stabelemente 8 bzw. Anschlusselemente 9 eingesetzt werden. Sowohl Innen- 2 als auch Außenschale 1 können Kräfte über einen Beschlag oder Winkel im Bereich des Rumpfabschlusses 4 an den Rumpf 6 abführen.
Auch die Stabelemente 8 können mit dem Flugzeugrumpf 6 zur Krafteinleitung verbunden sein.
Zu sehen ist, dass sich aufgrund der Verbindung der Stabelemente 8 Knotenpunkte 10 sowohl an der Seitenfläche 5 als auch auf einer der Seitenfläche 5 gegenüber liegenden Seite bilden. An diesen Stellen wäre die gegenüber liegende Seitenfläche angeordnet, die entsprechend der Seitenfläche 5 in entgegen gesetzter Richtung wirkende Kräfte aufnimmt. Die Stabelemente 8 bilden mit den Knotenelementen 10 eine Art Drahtgitter bzw. räumliches Fachwerk, das mit den Seitenflächen 5, insbesondere der Innen- 2 oder Außenschale 1 überzogen wird.
Eine unterschiedliche Druckbelastung auf die beiden Seitenflächen 5 kann beispielsweise daher rühren, dass mit dem Flugzeug von dem nur ein Teilbereich des Rumpfes 6 gezeichnet ist, Flugmanöver ausgeführt werden. Dafür würde das Seitenruder 11 sowohl in die Zeichenebene hinein als auch aus der Zeichenebene heraus bewegt. Die Bewegung des Seitenruders 11 wird mittels Ruderbeschlägen 12 gesteuert. Durch Veränderung der Position des Seitenruders 11 entstehen Druck- bzw. Sogkräfte in von einem Seitenleitwerk bekannter Art und Weise. Mittels der Stützstruktur 7 lassen sich derartige Kräfte verteilen und Mittelkästen von Flügeln stabil ausgestalten. Eine Stützstruktur 7 ermöglicht nicht nur eine stabile sondern auch eine leichte Gestaltung eines Flügels insbesondere eines Seitenleitwerks eines Flugzeugs.
Die Stützstruktur 7 kann einen kleinen Schlankheitsgrad aufweisen, wodurch sich eine Übertragung hoher Kräfte ermöglichen lässt. Außerdem kann zur Einpassung einer Stützstruktur in einen Mittelkasten ein entsprechender Toleranzausgleich über die in ein Anschlusselement eintauchende Tiefe eines Rohrelements erfolgen. Durch Einspanneffekte kann eine Reduzierung der wirksamen Knicklänge von Stabelementen erreicht werden. Außerdem kann eine Spannungskonzentration vermieden werden.
Beispiele für mögliche Rahmenelemente 3 sind bei dem Airbus A 380 die SLW-Mittelkastenrippen 1–7.
Die 2 zeigt einen weiteren perspektivischen Querschnitt durch einen Flügel mit einer Stützstruktur 7. Die gewählte Perspektive lässt erkennen, dass die Endpunkte der Rohre 8, die ebenfalls Anschlusselemente 9 aufweisen, eine Ebene gegenüber der Innen- 2 bzw. Außenschale 1 bilden. Mit entsprechenden Knotenelementen 10, lässt sich an diesen Knotenpunkten ebenfalls eine Seitenfläche 5 ggf. mit Innen- 2 und Außenschale 1 anbringen.
Die 3 zeigt den perspektivischen Querschnitt der 2 ohne Innenschale. Es ist zu erkennen, dass sich die U-Profile 3 auch über den in 2 von der Innenschale 2 verdeckten Bereich erstrecken.
Die 4 bis 6 zeigen weitere perspektivische Darstellungen eines Flügels, insbesondere eines Seitenleitwerks. Den entsprechenden Darstellungen lässt sich der Aufbau eines Seitenleitwerks und eines Ruders entnehmen. Zu sehen ist, wie das Seitenruder 11 mit den Ruderbeschlägen 12 an dem Seitenleitwerk gehalten wird. Durch das Seitenruder 11 entsteht ein zusätzliches Gewicht, das von der Stützstruktur 7, Innen- 2 bzw. Außenschale 1 und Beschlag 4 getragen werden muss.
7 zeigt eine schematisierte Teilfrontansicht auf einen Schnitt durch ein Seitenleitwerk eines Flugzeugs. Dem Seitenleitwerk wird eine Flächenstruktur durch zwei Seitenflächen 5 verliehen, die in die Zeichenebene hinein verlaufen. Die beiden Seitenflächen 5 bilden eine erste Schale um das Fachwerk 7. An den Seitenflächen 5 kann, bei einer Bewegung des Flugzeuges aus der Zeichenebene heraus, Luft vorbeiströmen. In der 7 sind zwei Seitenflächen 5, die eine Außenschale 1 bilden, gezeigt. Die Seitenflächen 5 sind an den Knotenpunkten 10 mit dem Fachwerk 7 verbunden. Dadurch bestimmen die Knotenpunkte 10 die Form des Seitenleitwerks. Das Fachwerk 7 wird mit den Seitenflächen 5 überzogen, sodass das Fachwerk 7 als Gerüst für die Seitenflächen 5 verwendet werden kann. Das Fachwerk 7 stützt die Seitenflächen 5.
In der 7 sind zwei einzelne Seitenflächen 5 gezeigt, die an den Seiten des Fachwerks 7 angeordnet sind. Die Außenschale 1 kann jedoch auch als ein zusammenhängendes Element ausgeführt sein, wobei der im Bild offen dargestellte obere Bereich des Seitenleitwerks geschlossen und auch von der Außenschale 1 bedeckt wird.
Zwischen den beiden Flächen 5 wird im Wesentlichen ein Hohlraum ausgebildet, der das Fachwerk 7 beinhaltet. Daher lässt sich ein leichtes Seitenleitwerk aufbauen. Kräfte, die auf die Seitenflächen 5 in die Richtung des Hohlraums wirken, werden über das Fachwerk 7 im Inneren des Seitenleitwerks geradlinig in den Rumpf 6 des Flugzeugs geleitet. Zur Krafteinleitung der mittels des Fachwerks 7 von den Seitenflächen 5 abgeführten Kräfte in den Rumpf des Flugzeuges sind die Seitenflächen 5 und/oder das Fachwerk 7 mit dem Rumpf 6 des Flugzeuges verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise mittels in der 7 nicht gezeigter Bolzenverbindungen hergestellt werden. Das Fachwerk 7 ist mit dem Bodenbereich 6 oder nur mit der Seitenfläche 5 verbunden. Im ersten Fall wird eine Kraft über das Fachwerk 7 direkt in den Bodenbereich 6 des Flugzeugrumpfes eingeleitet, während im zweiten Fall eine Kraft vom Fachwerk 7 in die Seitenfläche 5 und über die Seitenfläche 5 in den Bodenbereich 6 oder Rumpf 6 eingeleitet wird.
8 erläutert ein Verfahren zur Kraftableitung in einem Mittelkasten eines Flugzeugflügels. Das Verfahren umfasst die Schritte S0–S6. Bei der Durchführung des Verfahrens wird nach Verlassen des Ruhezustands S0 im Schritt S1 ein Fachwerk mit einer ersten Schale verbunden. Dabei umhüllt die Schale im Wesentlichen das Fachwerk. Zusätzlich kann innerhalb der erste Schale eine zweite Schale in einem Abstand von der ersten Schale vorgesehen werden. Das Anbringen einer Innenschale ist in Schritt S2 dargestellt.
Die Form der zweiten Schale kann im Wesentlichen der Form der ersten Schale entsprechen.
Das Fachwerk wird in dem Schritt S3 mit dem Rumpfbereich eines Flugzeuges derart verbunden, sodass eine Last, die auf die erste Schale wirkt, mittels des Fachwerks in den Rumpfbereich des Flugzeuges geleitet werden kann. Das Aufnehmen einer Last von der ersten Schale ist in Schritt S4 dargestellt. Eine Last auf die zweite Schale kann von einer Last auf die erste Schale hervorgerufen werden, wenn beispielsweise die erste und zweite Schale miteinander verbunden sind.
Bevor das Verfahren in Schritt S6 beendet wird, wird die von den Schalen aufgenommene und über das Fachwerk verteilte Last im Schritt S5 geradlinig in den Rumpfbereich eingeleitet. In dem Rumpfbereich können Träger, die für die Aufnahme von Druck- bzw. Zuglasten ausgebildet sind, die Kräfte aufnehmen und ableiten.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Mittelkasten für einen Flugzeugflügel, umfassend: zumindest eine erste Schale (1); ein Fachwerk (7); wobei das Fachwerk (7) mit der zumindest einen ersten Schale (1) derart verbunden ist, dass eine Last, die auf die erste Schale (1) wirkt, über das Fachwerk (7) abgeleitet wird.
Mittelkasten nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Schale (2); wobei die zweite Schale (2) von der ersten Schale (1) beabstandet ist.
Mittelkasten nach Anspruch 2, wobei die zumindest eine erste Schale (1) eine Außenschale (1) ist.
Mittelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: einen Bodenbereich (6); wobei das Fachwerk (7) mit dem Bodenbereich (6) verbunden ist.
Mittelkasten nach Anspruch 4, wobei die Last über das Fachwerk (7) geradlinig auf den Bodenbereich (6) ableitbar ist.
Mittelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: einen Bodenbereich (6); wobei die zumindest eine erste Schale (1) mit dem Bodenbereich (6) verbunden ist; wobei die Last über das Fachwerk (7) und die zumindest eine erste Schale (1) in den Bodenbereich (6) abgeleitet wird.
Mittelkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fachwerk (7) eine Rohrkonstruktion ist.
Verwendung eines Fachwerks als Aussteifungsmittel für einen Mittelkasten eines Flugzeugflügels.
Verfahren zur Kraftableitung in einem Mittelkasten eines Flugzeugflügels, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verbinden eines Fachwerks mit zumindest einer ersten Schale; Aufnehmen einer Last von der zumindest einen ersten Schale; Ableiten der Last mittels des Fachwerks.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Vorsehen einer zweiten Schale in einem Abstand von der zumindest einen ersten Schale.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine erste Schale als Außenschale fungiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend: Verbinden eines Bodenbereichs mit dem Fachwerk.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend den Schritt: geradliniges Ableiten der Last auf den Bodenbereich über das Fachwerk.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend: Verbinden der zumindest einen ersten Schale mit einem Bodenbereich; Ableiten der Last mittels des Fachwerks und mittels der zumindest einen ersten Schale in den Bodenbereich.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei als Fachwerk eine Rohrkonstruktion verwendet wird.