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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur der Außenbeplankung
einer Flugzeugstruktur und eine Flugzeugstruktur mit reparierter
Außenbeplankung.
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Bei
Flugzeugen besteht immer wieder die Notwendigkeit von Reparaturen
von Schäden
einer dünnwandigen
Außenbeplankung
der Flugzeugstruktur. Dies kann die Außenbeplankung des Rumpfs, einer
Tragfläche
oder einer Steuer Fläche sein.
Aus optischen Gründen
bevorzugt der Flugzeughalter Reparaturen, die relativ zur Kontur
der Außenhaut
nicht erhaben sind. Es soll also eine glatte äußere Oberfläche der Außenbeplankung beibehalten werden.
Dazu wird üblicherweise
von innen ein Reparaturdoppler auf die Schadensstelle aufgenietet,
was bedeutet, dass die Senkungen der Niete in der Außenhaut
des Luftfahrzeugs zu setzen sind. 7 zeigt
in der Draufsicht bzw. im Querschnitt eine solche herkömmliche
Reparatur, die in der Fachwelt als "flush repair" bekannt ist. Man sieht eine Außenbeplankung 1,
welche durch Längssteifen
(Stringer) 2 und Quersteifen (Spanten) gestützt ist.
Ein zuvor in der Außenbeplankung 1 vorhandener
Schaden ist durch Einbringen eines Ausschnitts ausgearbeitet. Ein
Reparaturdoppler 8 (Nietdoppler) wird von innen auf die
Außenbeplankung 1 genietet,
wobei die Senkungen der Niete in der Außenhaut gesetzt werden. Nach
Anbringung des Reparaturdopplers 8 wird der Ausschnitt
mittels eines Füllstücks 10 geschlossen, welches
mit der äußeren Oberfläche der
Außenbeplankung 1 bündig ist,
so dass die glatte äußere Oberfläche der
Außenbeplankung
des Flugzeugs erhalten bleibt.
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Aus
strukturmechanischen Gründen
soll bei Verwendung eines Senknietes in der überwiegenden Anzahl der Fälle (abhängig vom
Material, in das gesenkt wird), ein zylindrischer Teil 14 mit
Höhe z
der Bohrung 11, in welche der Niet gesenkt wird (Senkung 13 mit
Höhe s),
vorhanden bleiben, wie in 8 gezeigt.
Hier ist die Reparatur einer Flugzeugaussenhaut 1, die
durch eine sogenannte GLARE-Struktur mit sandwichartig angeordneten
Schichten aus Aluminium und faserverstärktem Kunststoff hergestellt
ist, mit einem Reparaturdoppler 8 aus Alu minium dargestellt.
Der zylindrische Teil 14 der Bohrung 11 sichert
der Struktur eine ausreichende Anriß-Lebensdauer. Bei gegebener
Gestalt der Senkköpfe
der Niete 12 und somit einer zwangsläufig festgelegten Senktiefe
ergibt sich somit eine minimale akzeptable Blechdicke t. Praktisches
Beispiel: ein Niet vom Typ NAS1097 mit einem Durchmesser von 4,8
mm hat eine nominale Senktiefe von 1,17 mm. Wird aus Gründen der
Betriebsfestigkeit ein zylindrischer Teil 14 der Bohrung 11 mit
einer Höhe
z von 0,4 mm gefordert, ergibt sich für die minimale Wandstärke der Außenbeplankung 1 eine
Dicke t von 1,6 mm. Das Gewicht der Außenbeplankung und damit das
Gewicht eines nicht unerheblichen Teils der Flugzeugstruktur wird
also auch dadurch bestimmt, dass unterhalb einer bestimmten Dicke
der Außenbeplankung
keine "flush repair" mehr durchgeführt werden kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reparatur der Außenbeplankung
einer Flugzeugstruktur zu schaffen, mit welchem auch trotz geringer
Dicke der Außenbeplankung
eine "flush repair" durchgeführt werden
kann. Weiter soll durch die Erfindung auch eine Flugzeugstruktur
mit entsprechend reparierter Außenbeplankung
geschaffen werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Ansprüchen
2 bis 9 angegeben. Eine Flugzeugstruktur mit entsprechend reparierter
Außenbeplankung
ist Gegenstand des Anspruchs 10.
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Durch
die Erfindung wird ein Verfahren zur Reparatur der Außenbeplankung
einer Flugzeugstruktur geschaffen, wobei die Außenbeplankung eine gegebene
Dicke und eine glatte äußere Oberfläche aufweist,
bei dem ein Schaden durch einen Ausschnitt ausgearbeitet, von innen
ein den Ausschnitt überdeckender
Reparaturdoppler an die Außenbeplankung
angenietet und der Ausschnitt bündig
mit der glatten äußeren Oberfläche gefüllt wird. Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass ein die gegebene Dicke der Außenbeplankung auf eine größere Dicke
ergänzender
Klebedoppler von innen auf die Außenbeplankung geklebt und der
Reparaturdoppler von innen auf die durch den Klebedoppler zur größeren Dicke
ergänzte
Außenbeplankung
aufgenietet wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Außenbeplankung eine glatte äußere Oberfläche und
eine in der Dickenrichtung (Richtung der Materialstärke) gestufte
innere Oberfläche,
die durch dickere Stegbereiche und von den dickeren Stegbereichen
umgebene, eine geringere Dicke aufweisende Hautfeldtaschen gebildet ist,
aufweist, und dass ein die geringere Dicke der Hautfeldtasche zur
größeren Dicke
der Stegbereiche ergänzender
Klebedoppler von innen in die Hautfeldtasche geklebt und der Reparaturdoppler
von innen auf die durch den Klebedoppler zur größeren Dicke der Stegbereiche
ergänzte
Außenbeplankung
aufgenietet wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird der Reparaturdoppler zumindest teilweise seitlich über den
Klebedoppler hinausreichend an die dickeren Stegbereiche angenietet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung werden mehrere benachbarte Hautfeldtaschen durch jeweilige
Klebedoppler in ihrer Dicke zur größeren Dicke der Stegbereiche
ergänzt
und der Reparaturdoppler wird die mehreren benachbarten Hautfeldtaschen überlappend
aufgenietet.
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Der
Klebedoppler kann mittels Warmklebung in die Hautfeldtasche geklebt
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird der Reparaturdoppler mittels mehrreihiger Nietung,
insbesondere mittels zweireihiger Nietung aufgenietet.
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Der
ausgearbeitete Ausschnitt kann von außen mittels eines kleinen,
nicht-lasttragenden
Blechs gefüllt
werden.
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Das
Aufnieten des Reparaturdopplers kann in Form einer standardisierten
genieteten Reparatur durchgeführt
werden.
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Weiterhin
wird durch die Erfindung eine Flugzeugstruktur mit reparierter Außenbeplankung
geschaffen, bei der die Außenbeplankung
in der vorstehend benannten Weise repariert ist.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigt:
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1 bis 4 eine
Draufsicht auf eine Flugzeugstruktur mit einer Außenbeplankung
von der Innenseite her gesehen, wobei die Außenbeplankung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung repariert wird, in verschiedenen Phasen der Reparatur;
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5 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 4, wobei die reparierte Stelle der Außenbeplankung
in der Draufsicht von innen (5a))
bzw. im Querschnitt (5b)) gezeigt
ist,
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6 eine
schematisierte Draufsicht auf die Außenbeplankung einer Flugzeugstruktur,
welche eine Reparatur der Außenbeplankung
gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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7 eine
Reparatur einer Außenbeplankung
der Struktur eines Flugzeugs von innen in der Draufsicht (7a)) bzw. in der Schnittansicht (7b)) gemäß dem Stand der Technik; und
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8 eine
vergrößerte Querschnittsansicht durch
eine Außenbeplankung
und einen an der Innenseite der Außenbeplankung angebrachten
Reparaturdoppler mit einer Bohrung, welcher eine Senkung zur Aufnahme
eines Niets zur Verbindung des Reparaturdopplers mit der Außenbeplankung
aufnehmen soll gemäß dem Stand
der Technik.
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Bei
den im folgenden anhand der 1 bis 6 beschriebenen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung wird zunächst
auf der Innenseite der Außenbeplankung 1 der
beschädigten
Struktur ein Klebedoppler (Fülldoppler) 7 aufgeklebt
und anschließend eine
standardmäßig genietete
Reparatur durchgeführt.
Die Reparatur wird im folgenden beispielhaft anhand einer typischen
metallischen Struktur dargestellt.
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1 zeigt
in der Draufsicht eine typische Rumpfschale eines Flugzeugs von
innen. Diese umfaßt
eine Außenbeplankung 1 mit
in Form von dickeren Bereichen ausgeführten Stegbereichen 4 unter lediglich
durch strichpunktierte Linien angedeutete Längssteifen (Stringer) 2 und
Quersteifen (Spanten) 3 und zwischen den Stegbereichen 4 zum
Zwecke der Gewichtsoptimierung ausgesparten dünneren Bereichen, sogenannten
Hautfeldtaschen 5. Diese Stufung in Richtung der Materialstärke oder
Dicke der Außenbeplankung 1 befindet
sich an der In nenseite derselben und kann hergestellt werden entweder,
indem die Hautfeldtaschen 5 in dickere Bleche eingefräst oder
indem die Stegbereiche 5 durch sogenannte Brillendoppler
auf dünnere
Grundbleche aufgeklebt werden. Das Ergebnis ist strukturmechanisch
im wesentlichen identisch.
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2 zeigt
den idealisierten Fall eines Schadens in der Mitte einer der Hautfeldtaschen 5,
der Schaden ist bereits ausgearbeitet, was durch einen rechteckigen
Ausschnitt 6 angedeutet ist. In die Hautfeldtasche 5,
welche den Ausschnitt 6 im Bereich des ursprünglichen
Schadens aufweist, wird zunächst
ein Klebedoppler (Fülldoppler) 7 eingeklebt,
der an der Innenseite der Außenbeplankung 1 eine
mit den dickeren Bereichen der Stege 4 bündige Ebene
ergibt.
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3 zeigt
den in die Hautfeldtasche 5 eingeklebten Klebe- oder Fülldoppler 7.
Das Einkleben kann erfolgen mittels eines standardmäßigen Warmklebeverfahrens
ohne Druckbeaufschlagung (z.B. mit der sogenannten Heathcom-Apparatur).
Die Oberfläche
ist entsprechend für
die Warmklebung vorzubereiten. Der Klebedoppler 7 kann
während
des Aushärtens
mit leichtem Druck in Position gehalten werden. Dies ist beispielsweise
möglich
mit Hilfe eines Luftkissens, welches zwischen den Klebedoppler 7 und
eine provisorisch angebrachte leichte Fachwerkkonstruktion in Position
gebracht und befüllt
wird, wobei das genannte Fachwerk in einer Ebene parallel zur Rumpfhaut
bzw. Außenbeplankung 1 vorgesehen und
vorübergehend
kerbfrei an beispielsweise den Quersteifen (Spanten) 3 befestigt
wird. Alternativ kann der Druck zur Positionierung des Klebedopplers 7 beispielsweise
auch mittels einer Membran erzeugt werden, welche den Klebedoppler 7 umfangsmäßig umgebend
abgedichtet und evakuiert wird. Nach Aushärtung des Klebedopplers 7 kann
dann eine standardisierte genietete Reparatur durchgeführt werden,
für welche
die Gesamtdicke aus Außenbeplankung 1 und
Klebedoppler 7 bzw. Stegbereich 4 maßgeblich
ist. Eine Kaltklebung kann eingesetzt werden, falls dieses Fügeverfahren
für Primärstrukturen
im Flugzeugbau qualifiziert wird.
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Eine
solche Reparatur ist in 4 gezeigt, welche einen Reparaturdoppler
(Nietdoppler) 8 darstellt, der, beispielhaft mit einer
zweireihigen Nietung 9, rund um den Ausschnitt 6 von
innen an die Außenbeplankung 1 angenietet
ist. Nicht gezeigt ist der Anschluß der wegen der Reparatur unterbrochenen Längssteifen
(Stringer) 2. Dieser Anschluß ist ebenfalls standardisiert
und betrifft den zu erbringenden Festigkeitsnachweis für die Reparatur
der Außenhaut
bzw. Außenbeplankung 1 nicht.
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5a) und b) zeigt nochmals in einem vergrößerten Ausschnitt
das Prinzip der Reparatur in der Draufsicht bzw. in einer Querschnittsansicht
längs der
Linie A-A in 5a). Der Ausschnitt 6 der
Außenbeplankung 1 wird
mit einem nicht-lasttragenden Blech entsprechender Größe gefüllt, welches
in der Querschnittsansicht von 5b nicht
eigens dargestellt ist. Auch dies ist ein standardmäßiger Vorgang.
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Befindet
sich ein zu reparierender Schaden nicht (idealerweise) zwischen
den Stegbereichen 4 innerhalb einer Hautfeldtasche 5,
so werden mehrere Klebedoppler 7 in mehrere Hautfeldtaschen 5 eingeklebt,
welche die Schadensstelle umgeben und dann darauf ein Reparaturdoppler 8 entsprechender
Größe aufgenietet,
wiederum von der Innenseite der Beplankung 1 her, wie es 6 zeigt.
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Die
Außenbeplankung 1 hat
idealerweise eine glatte äußere Oberfläche. Die
gegebene Dicke der Außenbeplankung 1 wird
durch den Klebedoppler 7 auf eine größere Dicke ergänzt und
allgemein der Reparaturdoppler 8 von innen auf die so durch den
Klebedoppler 7 zur größeren Dicke
ergänzte
Außenbeplankung 1 aufgenietet.
Weist die Außenbeplankung 1 eine
in der Dickenrichtung gestufte innere Oberfläche auf, die durch dickere
Stegbereiche 4 und von den dickeren Stegbereichen 4 umgebene,
eine geringere Dicke aufweisende Hautfeldtaschen 5 gebildet
ist, wird durch den Klebedoppler 7 die geringere Dicke
der Hautfeldtasche 5 zur größeren Dicke der Stegbereiche 4 ergänzt und
der Reparaturdoppler 8 von innen auf die durch den Klebedoppler 7 zur
größeren Dicke
der Stegbereiche 4 ergänzte
Außenbeplankung 1 aufgenietet.
Durch den oder die Klebedoppler 7 wird somit eine im wesentlichen
stetige innere Oberfläche
der Außenbeplankung 1 geschaffen, wobei
die Dicke der Außenbeplankung 1 im
wesentlichen der Dicke der Stegbereiche 4 entspricht. Der Reparaturdoppler 8 kann
also ganz oder teilweise seitlich über den Klebedoppler 7 hinausreichend
an die inneren Stegbereiche 4 angenietet werden.
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Im
Falle mehrerer betroffener benachbarter Hautfeldtaschen 5,
wie in 6 dargestellt, werden diese mehreren Hautfeldtaschen 5 durch
jeweilige Klebedoppler 7 in ihrer Dicke zur größeren Dicke
der Stegbereiche 4 ergänzt
und der Reparaturdoppler 8 die mehreren benachbarten Hautfeldtaschen 5 und/oder
die Stegbereiche 4 überlappend
aufnietet.
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Mit
Hilfe der von der Innenseite aufgeklebten Klebedoppler 7 wird
bei entsprechender Erhöhung der
Festigkeit eine Gesamtdicke von Haut und Doppler erreicht, die eine
standardisierte, konventionelle Reparatur mit einem genieteten,
die Last tragenden Reparaturdoppler 8 gestattet. Der Klebedoppler 7 trägt einen
Teil der Lasten in Richtung der Fläche der Außenbeplankung 1, da
er wie der genietete Reparaturdoppler 8 den an der Schadensstelle
vorhandenen Ausschnitt 6 überdeckt. Hinsichtlich der
Klebung des Klebedopplers von der Innenseite 7 bietet die
Reparatur den Vorteil, dass der Differenzdruck der Kabine gegenüber dem
Umgebungsdruck den auftretenden Schälspannungen entgegenwirkt.
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- 1
- Außenbeplankung
- 2
- Längssteife
(Stringer)
- 3
- Quersteife
(Spant)
- 4
- Stegbereich
- 5
- Hautfeldtasche
- 6
- Ausschnitt
- 7
- Klebedoppler
(Fülldoppler)
- 8
- Reparaturdoppler
(Nietdoppler)
- 9
- Nietung
- 10
- Füllstück
- 11
- Bohrung
- 12
- Niet
- 13
- Senkung
- 14
- zylindrischer
Teil