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Die Erfindung betrifft einen Flugkörper mit einem Rumpf, umfassend eine Mehrzahl von Spanten, jeweils eine an einem Spant angeordnete Bodenträgereinrichtung, welche an gegenüberliegenden Seiten des Spants mit dem Spant verbunden ist, eine erste Strebeneinrichtung und eine zweite Strebeneinrichtung, welche jeweils mit der Bodenträgereinrichtung und dem Spant verbunden sind, quer zu der Bodenträgereinrichtung orientiert sind und einen dreieckförmigen Bereich zwischen der Bodenträgereinrichtung und dem Spant umschließen, wobei die erste Strebeneinrichtung und die zweite Strebeneinrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Spants mit dem Spant verbunden sind.
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Aus der
DE 10 2007 030 026 A1 ist ein Strukturbauteil für ein Luft- oder Raumfahrzeug mit einer Außenhaut bekannt, welches ein Spantelement zur Versteifung der Außenhaut umfasst, wobei das Spantelement entsprechend einer inneren Kontur der Außenhaut bogenförmig gekrümmt ist. Es ist ein Querträgerelement vorgesehen, welches zwei Bogenabschnitte des Spantelements quer miteinander verbindet und eine höhere Steifigkeit aufweist als das Spantelement.
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Aus der
DE 10 2006 019 123 A1 ist eine Bodenstruktur für einen Rumpf, insbesondere einen Flugzeugrumpf, bekannt, mit mehreren Querträgern, denen jeweils mindestens eine erste Strebe und mindestens eine zweite Strebe für eine Anbindung des jeweiligen Querträgers an dem Rumpf zugeordnet sind. Die mindestens eine erste Strebe ist parallel zu einem ersten Richtungsvektor und die mindestens eine zweite Strebe ist parallel zu einem zweiten Richtungsvektor ausgebildet. Projektionen des ersten Richtungsvektors und des zweiten Richtungsvektors auf die Rumpflängsrichtung eine Aufnahme einer in Rumpflängsrichtung auf die Bodenstruktur einwirkenden Kraft durch die ersten und zweiten Streben unterscheiden sich.
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Aus der
DE 101 45 276 B4 ist ein Flugzeug mit einem Rumpf bekannt, der eine druckbeaufschlagte und tragende Primärstruktur und einen Frachtraum umfasst, wobei der Frachtraum im unteren Bereich des Rumpfes zwischen einem Bugradschacht und einem Ausschnitt des Rumpfes sowie hinter dem Ausschnitt des Rumpfes angeordnet ist, wobei der Ausschnitt des Rumpfes einen Tragflügel abstützenden Mittelkasten und einen Fahrwerkschacht umfasst. Die Primärstruktur ist auf der Basis von Faserverbundbauteilen ausgebildet und weist einen ohne Ausnehmungen und Stufen über den Bugradschacht und den Ausschnitt des Rumpfes hinweg durchgehenden, druckbeaufschlagten Boden auf, der Teil einer Bodengruppe der Primärstruktur ist, wobei der seinerseits nicht druckbeaufschlagte Frachtraum als Schutzverkleidung und Opferstruktur unterhalb der Bodengruppe der Primärstruktur angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2006 025 388 B4 ist eine Leitungssystemanordnung in einem einen Rumpf aufweisenden Luft- oder Raumfahrzeug mit mindestens einem Aufnahmebereich für eine Aufnahme mindestens einer Komponente eines Leitungssystems bekannt.
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Die erste Strebeneinrichtung und die zweite Strebeneinrichtung werden auch als Vertikalenstreben bezeichnet. Die dreieckförmigen Bereiche werden auch als Bermuda-Dreieck bezeichnet. Sie liegen direkt unterhalb der Bodenträgereinrichtung und ihre Stabilität hat im Crashfall einen Einfluss auf eine Passagierzelle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugkörper der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem das Versagen von Spanten am Bermuda-Dreieck im Crashfall kontrolliert eingestellt ist.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Flugkörper erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Querstrebe mit dem Spant und der jeweiligen Strebeneinrichtung an dem jeweiligen dreieckförmigen Bereich verbunden ist, wobei die mindestens eine Querstrebe den jeweiligen dreieckförmigen Bereich in einen Versteifungsbereich oberhalb der mindestens einen Querstrebe, welcher der Bodenträgereinrichtung zugewandt ist, und in einen Energieabsorptionsbereich unterhalb der mindestens einen Querstrebe aufteilt, dass eine Gelenkausbildung im Bereich des Spants unterhalb einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe am Spant mindestens im Crashfall vorgesehen ist, dass eine Rumpfhaut an der Gelenkbildung beteiligt ist, und dass die jeweilige Strebeneinrichtung an dem Energieabsorptionsbereich eine Triggereinrichtung für den Schadensfall aufweist, welche eine Stauchung oder einen Bruch der Strebeneinrichtung an dem Energieabsorptionsbereich triggert.
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Die mindestens eine Querstrebe stellt an dem jeweiligen dreieckförmigen Bereich eine versteifende Rahmenstruktur bereit. Unterhalb dieser versteifenden Rahmenstruktur liegt der Energieabsorptionsbereich. Dadurch wird im Crashfall das Aufbrechen des gesamten Bermuda-Dreiecks verhindert. Es wird der im Crashfall hochbelastete Bereich der Anbindung der Bodenträgereinrichtung an den Spant versteift. Das Risiko eines Spantversagens oberhalb der Bodenträgereinrichtung (an einer Passagierzelle) wird reduziert und damit wird auch die Gefahr einer massiven Einwirkung auf den Überlebensraum reduziert.
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Es lässt sich erreichen, dass bei einem typischen Crashfall ein Spant unterhalb der Querstrebe versagt. Der Spant kann dann auf die mindestens eine Querstrebe zu verschwenken und im Energieabsorptionsbereich kann Energie absorbiert werden.
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Durch die mindestens eine Querstrebe als zusätzliches strukturelles Element im Bermuda-Dreieck wird eine kontrollierte Crashkinematik für einen typischen Crashfall eingestellt unter optimiertem Schutz einer Passagierzelle.
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Weiterhin ist es durch das Vorsehen mindestens einer Querstrebe im Bermuda-Dreieck möglich, die freie Länge der jeweiligen Strebeneinrichtung zu reduzieren. Dadurch wird das Risiko eines Knickversagens der entsprechenden Strebeneinrichtung (vertikalen Strebe) reduziert.
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Es ist eine Gelenkausbildung im Bereich des Spants unterhalb einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe am Spant mindestens im Crashfall vorgesehen. Grundsätzlich ist es möglich, dass durch strukturelle Beeinflussung des Spants eine Gelenkausbildung im Crashfall unterhalb der mindestens einen Querstrebe erreichbar ist. Dazu wird in den Aufbau des Spants ein Gelenkausbildung-Triggermechanismus integriert. Bei der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich eine solche Gelenkausbildung auch automatisch ohne strukturelle Modifikation des Spants erreichen. Durch den Versteifungsbereich erfolgt das Versagen des Spants unterhalb der mindestens einen Querstrebe automatisch.
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Eine Rumpfhaut ist an der Gelenkbildung beteiligt. Über die Rumpfhaut und den Spant lässt sich ein Gelenk realisieren mit Einschwenkung des Spants in Richtung der mindestens einen Querstrebe, wobei Energie in dem Energieabsorptionsbereich absorbierbar ist.
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Die jeweilige Strebeneinrichtung weist an dem Energieabsorptionsbereich eine Triggereinrichtung für den Schadensfall auf, welche eine Stauchung oder einen Bruch der Strebeneinrichtung an dem Energieabsorptionsbereich triggert. Dies ermöglicht ein Einschwenken des Spants am Energieabsorptionsbereich in Richtung der mindestens einen Querstrebe zu. Die Triggereinrichtung ist beispielsweise durch eine Sollbruchstelle gebildet. Die Triggereinrichtung ist dabei unterhalb einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe mit der jeweiligen Strebeneinrichtung angeordnet. Die Triggereinrichtung lässt sich auf einfache Weise realisieren.
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Insbesondere sind die erste Strebeneinrichtung und/oder die zweite Strebeneinrichtung mindestens näherungsweise senkrecht zu der Bodenträgereinrichtung orientiert. Dadurch können optimiert Impulse aufgenommen werden. Beispielsweise kann die Abweichung von der senkrechten Ausrichtung bis zu 40° betragen.
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Es ergeben sich hochsymmetrische Verhältnisse, wenn die erste Strebeneinrichtung und die zweite Strebeneinrichtung mindestens näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch lassen sich die Bermuda-Dreiecke an gegenüberliegenden Seiten von jeweiligen Spanten gleich ausgestalten mit dem gleichen eingestellten Crashverhalten.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Versteifungsbereich eine oder mehrere Leitungen angeordnet sind. Der Versteifungsbereich weist eine versteifte Struktur auf. Dadurch sind Leitungen im Crashfall besser geschützt.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft, wenn die Spante aus einem faserverstärkten Material und beispielsweise aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Es lässt sich im Crashfall kontrolliertes Versagen des Bermuda-Dreiecks erreichen, wobei insbesondere ein Spantversagen automatisch unterhalb der mindestens einen Querstrebe erfolgt. Ein Flugkörper lässt sich dann in Leichtbauweise realisieren.
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Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Bodenträgereinrichtung und/oder die Strebeneinrichtung und/oder die Querstrebe aus einem faserverstärkten Material sind.
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Insbesondere ist an den Spanten eine Rumpfhaut angeordnet. Die Rumpfhaut deckt den Rumpf ab. Die Rumpfhaut kann auch genutzt werden, um beim Spantversagen ein Einschwenken zu ermöglichen. Die Rumpfhaut bildet ein strukturell integrierendes Element und mit dem versagenden Spant ein Gelenk. Über das Einschwenken lässt sich Energie in dem Energieabsorptionsbereich absorbieren und dadurch eine Passagierzelle schützen.
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Insbesondere ist ein Spant mindestens am jeweiligen dreieckförmigen Bereich nach außen konvex gekrümmt. Es ergeben sich dadurch geometrische Verhältnisse, die bewirken, dass der Hebelarm einer Crash last oberhalb der mindestens einen Querstrebe nur gering zunimmt. Dadurch ist das Biegemoment an einem Spant an der mindestens einen Querstrebe nur wenig geringer als an einer Anbindung einer Bodenträgereinrichtung. Dadurch wiederum ist es möglich, ein Spantversagen vom Punkt der höchsten Momentenbelastung (an der Anbindung an die Bodenträgereinrichtung) auf eine Position unterhalb der mindestens einen Querstrebe zu verschieben.
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Aus diesem Grund ist es günstig, wenn ein Abstand in einer Richtung parallel zu der Bodenträgereinrichtung zwischen einer Verbindungsstelle der jeweiligen Strebeneinrichtung mit dem Spant und einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe an dem Spant größer ist als ein Abstand in dieser Richtung zwischen der Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe an dem Spant und einer Verbindungsstelle der Bodenträgereinrichtung mit dem Spant. Dadurch ergibt sich für eine Crashlast nur ein kleiner Hebelarm zwischen der Anbindung der Bodenträgereinrichtung und dem Spant und zwischen der Anbindung der mindestens einen Querstrebe an den Spant.
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Günstigerweise sind die erste Strebeneinrichtung mit der zugeordneten mindestens einen Querstrebe und die zweite Strebeneinrichtung mit der zugeordneten mindestens einen Querstrebe symmetrisch zu einer Mittelebene des Rumpfs angeordnet. Dadurch ergibt sich im Crashfall ohne Rollwinkel eine optimierte Kraftverteilung. Auch bei nicht vernachlässigbarem Rollwinkel entsteht kein unkontrolliertes Szenario im Crashfall, da höchstens kleine Bereiche der Bermuda-Dreiecke einbrechen.
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Günstig ist es, wenn die jeweiligen Strebeneinrichtungen an dem Energieabsorptionsbereich eine Energie absorbierende Struktur aufweisen und/oder in dem Energieabsorptionsbereich eine Energie absorbierende Struktur angeordnet ist. Dadurch kann Energie aufgenommen werden und von einer Passagierzelle abgehalten werden. Der Versteifungsbereich kann dabei gewissermaßen als Abstützungsbereich für die Energie absorbierende Struktur verwendet werden. Die Energie absorbierende Struktur kann beispielsweise durch eine kissenartige Struktur oder Wellholmstruktur oder Schneidenstruktur gebildet sein, welche entsprechend verformbar und/oder schädigbar ist.
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Es ist auch möglich, dass die Energie absorbierende Struktur der jeweiligen Strebeneinrichtung einen Stauchungsbereich der Strebeneinrichtung ist. Durch Stauchung der entsprechenden Strebeneinrichtung (vertikale Strebe) kann Energie absorbiert werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die mindestens eine Querstrebe zu der jeweiligen Strebeneinrichtung bezogen auf den Versteifungsbereich in einem spitzen Winkel. Dadurch lässt sich ein großer Anteil von Impulsen, welche auf die erste Strebeneinrichtung wirken, in die mindestens eine Querstrebe ableiten. Dadurch wiederum wird beispielsweise eine Sitzschiene, welche an der Bodenträgereinrichtung angeordnet ist, weniger belastet und damit werden Passagiere weniger belastet.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die mindestens eine Querstrebe der jeweiligen Strebeneinrichtung bezogen auf den Versteifungsbereich in einem Winkel größer 90° liegt. Dies kann vorteilhaft sein, um ein automatisches Spantversagen unterhalb der mindestens einen Querstrebe zu initiieren. Die Anordnung der Querstrebe hängt ab von der Auslegung des Rumpfs.
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Bei einer Ausführungsform ist mindestens eine Diagonalstrebe zwischen der Bodenträgereinrichtung und dem Spant vorgesehen, wobei die mindestens eine Diagonalstrebe am dreieckförmigen Bereich angeordnet ist. Dadurch wird der Versteifungsbereich zusätzlich versteift. Es entsteht ein Steifigkeitssprung, welcher vergrößert wird, wobei dieser Steifigkeitssprung zu einem kontrollierten, automatischen Versagen des Spants unterhalb der mindestens einen Querstrebe führt.
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Insbesondere ist dann die mindestens eine Diagonalstrebe im Bereich einer Verbindungsstelle der jeweiligen Strebeneinrichtung mit der Bodenträgereinrichtung mit der Bodenträgereinrichtung verbunden. Dadurch lässt sich der Steifigkeitssprung erhöhen.
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Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Diagonalstrebe im Bereich einer Verbindungsstelle der mindestens einen Querstrebe in dem Spant mit dem Spant verbunden ist.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Rumpfs eines Flugkörpers, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist mit unterschiedlichen Crashzonen;
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2 eine perspektivische Teilansicht des Rumpfs gemäß 1;
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3 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rumpfs (Darstellung des ”Bermuda-Dreiecks”);
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4 schematisch die Bewegungsformen bei dem Rumpf gemäß 3 beim Crashfall;
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5 die Verhältnisse im Crashfall bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rumpfs;
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6 die Verhältnisse im Crashfall bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rumpfs;
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7 die Hebelverhältnisse am Bermuda-Dreieck bei dem Rumpf gemäß 3;
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8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rumpfs in Teildarstellung (am Bermuda-Dreieck);
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9 den Kräfteverlauf im Crashfall bei dem Rumpf gemäß 3;
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10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rumpfs in Teildarstellung;
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11 schematisch die Struktur im Crashfall an den Bermuda-Dreiecken bei der erfindungsgemäßen Lösung in Teildarstellung;
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12 die Rumpfstruktur im Crashfall bei der erfindungsgemäßen Lösung; und
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13 im Vergleich zu 12 den möglichen Schadensverlauf im Crashfall ohne Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Flugkörpers umfasst einen Rumpf 10 (1, 2). An dem Rumpf 10 sind Flügel, Heckflosse und dergleichen angeordnet.
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Der Rumpf 10 umfasst eine Mehrzahl von Spanten 12, welche parallel beabstandet hintereinander angeordnet sind. Die Spanten 12 sind geschlossen ausgebildet. Sie sind zum Außenraum hin konvex gekrümmt.
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Die Spante 12 sind beispielsweise aus einem faserverstärkten Material und insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial (Faserverbundwerkstoff) hergestellt.
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Die Spante 12 sind durch eine Rumpfhaut 14 beplankt. Die Rumpfhaut 14 ist beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt. Entsprechende Elemente (”Planken”) der Rumpfhaut 14 sind an den Spanten 12 fixiert.
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Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Rumpf 10 einen ersten Innenraum 16 und einen zweiten Innenraum 18 auf. Die beiden Innenräume 16 und 18 sind durch einen Boden 20 getrennt. Der erste Innenraum 16 ist beispielsweise ein Passagierraum, in welchem in einer oder mehreren Reihen Sitze 21 angeordnet sind. Ferner sind in dem ersten Innenraum 16 oberhalb der Sitze 21 Ablagen 22 (”Hutablagen”) angeordnet.
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Der zweite Innenraum 18 ist beispielsweise mindestens teilweise ein Laderaum.
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Zwischen gegenüberliegenden Seiten 24a, 24b eines jeweiligen Spants 12 ist eine Bodenträgereinrichtung 26 angeordnet. Diese Bodenträgereinrichtung 26 umfasst pro Spant 12 einen oder mehrere Bodenträger 28, welche an der Seite 24a über eine erste Verbindungsstelle 30a mit dem Spant 12 verbunden sind und an der Seite 24b über eine zweite Verbindungsstelle 30b mit dem jeweiligen Spant 12 verbunden sind. Die Bodenträger 28 bilden Streben, welche den Boden 20 halten. Die Bodenträgereinrichtung 26, welche dem jeweiligen Spant 12 zugeordnet ist, ist an dem Spant 12 direkt oder indirekt (mit einem oder mehreren Zwischenelementen) fixiert.
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In einer normalen Stellung des Flugkörpers, d. h. beim Geradeausflug oder wenn der Flugkörper eben auf einem Untergrund aufsteht, ist die Bodenträgereinrichtung 26 horizontal orientiert.
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Die Bodenträgereinrichtung 26 stützt sich über eine erste Strebeneinrichtung 32 und eine zweite Strebeneinrichtung 34 an dem jeweiligen Spant 12 ab. Die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind dabei jeweils über eine erste Verbindungsstelle 36 mit der Bodenträgereinrichtung 26 verbunden und über eine zweite Verbindungsstelle 38 mit dem Spant verbunden.
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Die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind quer und insbesondere senkrecht zu der Bodenträgereinrichtung 26 orientiert. Ferner sind die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 mindestens näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet.
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Bei einer Geradeausflugrichtung des Flugkörpers sind die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 insbesondere vertikal ausgerichtet, d. h. parallel zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet.
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Die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind beispielsweise durch eine einzige Strebe gebildet oder durch ein Paket von nebeneinander angeordneten Streben gebildet.
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Die erste Strebeneinrichtung 32 ist der Seite 24a des Spants 12 zugeordnet. Die zweite Strebeneinrichtung 34 ist der Seite 24b des Spants 12 zugeordnet. Die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind beabstandet zueinander und dabei beabstandet zu einer Mittelebene 40 des Rumpfs 10. Die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 sind dabei insbesondere (spiegel) symmetrisch zu der Mittelebene 40 angeordnet. (Die Mittelebene 40 liegt parallel zur Schwerkraftrichtung bei einer Geradeausflugrichtung des Flugkörpers.)
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Die erste Strebeneinrichtung
32 und die zweite Strebeneinrichtung
34 liegen an gegenüberliegenden Seiten des Rumpfs
10. Die erste Strebeneinrichtung
32, der Spant
12 und die Bodenträgereinrichtung
26 schließen dabei einen dreieckförmigen Bereich
42a ein, welcher auch als Bermuda-Dreieck bezeichnet wird (siehe beispielsweise die
DE 10 2006 019 123 A1 ). Entsprechend schließen die zweite Strebeneinrichtung
34, der Spant
12 und die Bodenträgereinrichtung
26 einen dreieckförmigen Bereich
42b ein.
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Unterhalb der Bodenträgereinrichtung 26, welche den Boden 20 für den ersten Innenraum 16 hält, ist eine weitere (untere) Bodenträgereinrichtung 44 angeordnet, welche einen Boden 46 des zweiten Innenraums 18 hält. Dieser Boden 46 ist insbesondere ein Frachtraumboden. Die weitere Bodenträgereinrichtung 44 umfasst dabei insbesondere einen Bodenträger, welcher mit dem Spant 12 an gegenüberliegenden Seiten verbunden ist. Dieser Bodenträger wird auch als unterer Frachtbodenträger bezeichnet.
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Die weitere Bodenträgereinrichtung 44 kann an dem Spant 12 nach unten über weitere Streben 48 abgestützt sein.
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Es ist grundsätzlich möglich, dass die Bodenträgereinrichtung 26 und/oder die erste Strebeneinrichtung 32 und die zweite Strebeneinrichtung 34 aus einem faserverstärkten Material hergestellt sind.
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Die Streben 48 bilden eine Boden-Unterstruktur. Bei einem Crash des Rumpfs 10 wirken Kräfte von unten auf den Rumpf 10. Die Unterstruktur des Bodens 46 wird als Crashzone I bezeichnet. Bei einem typischen Crashfall wird diese Unterstruktur als erstes zerstört.
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Der Bereich zwischen der Crashzone I und den dreieckförmigen Bereichen 42a, 42b wird als Crashzone II bezeichnet. Diese Crashzone II liegt am jeweiligen Spant 12. Nach dem Zerstören der Unterstruktur der Crashzone I wird durch Schädigung bzw. durch Plastifizierung eines Spants 12 in der Crashzone II (zwischen der Anbindung der weiteren Bodenträgereinrichtung 44 an den Spant 12 und den Verbindungsstellen 38 der Strebeneinrichtungen 32 und 34 an den Spant 12) weitere Energie absorbiert. Die dreieckförmigen Bereiche 42a, 42b werden auch als Crashzone III bezeichnet. Diese Crashzone III ist die letzte Crashzone vor dem ersten Innenraum 16, welcher insbesondere ein Passagierbereich ist. Die Crashzone III liegt direkt unterhalb der Bodenträgereinrichtung 26 für den Boden 20 des ersten Innenraums 16.
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Im Crashfall tritt das grundsätzliche Problem auf, dass die Integrität der dreieckförmigen Bereiche 42a und 42b (Bermuda-Dreiecke) gefährdet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die dreieckförmigen Bereiche 42a, 42b modifiziert.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rumpfs, welcher in 3 in einer Teildarstellung gezeigt ist, sind gleiche Elemente wie bei dem Rumpf 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit der ersten Strebeneinrichtung 32 und der zweiten Strebeneinrichtung 34 (in 3 ist nur die zweite Strebeneinrichtung 34 gezeigt) ist jeweils (mindestens) eine Querstrebe 50 an einer ersten Verbindungsstelle 52 verbunden. Die erste Verbindungsstelle 52 liegt zwischen der ersten Verbindungsstelle 36 der Verbindung der zweiten Strebeneinrichtung 34 mit der Bodenträgereinrichtung 26 und der zweiten Verbindungsstelle 38 der zweiten Strebeneinrichtung 34 mit dem Spant 12.
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Die Querstrebe 50 ist ferner mit dem Spant 12 über eine zweite Verbindungsstelle 54 verbunden. Diese zweite Verbindungsstelle 54 liegt zwischen der Verbindungsstelle 30b der Bodenträgereinrichtung 26 mit dem Spant 12 und der zweiten Verbindungsstelle 38 der zweiten Strebeneinrichtung 34 mit dem Spant 12.
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Durch die Querstrebe 50 wird der dreieckförmige Bereiche 42b (das Bermuda-Dreieck) in eine erste Zone, den Versteifungsbereich 56, und eine zweite Zone, den Energieabsorptionsbereich 58, aufgeteilt. Der Versteifungsbereich 56 liegt oberhalb der Querstrebe 50 der Bodenträgereinrichtung 26 zugewandt. Der Versteifungsbereich 56 ist begrenzt durch die Bodenträgereinrichtung 26 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 30b, dem Spant 12 zwischen den Verbindungsstellen 30b und 54, der Querstrebe 50, und der zweiten Strebeneinrichtung 34 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 52.
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Der Energieabsorptionsbereich 58 liegt unterhalb der Querstrebe 50 und ist begrenzt durch die zweite Strebeneinrichtung 34 zwischen den Verbindungsstellen 52 und 38, den Spant 12 zwischen den Verbindungsstellen 38 und 54, und der Querstrebe 50.
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In dem Versteifungsbereich 56 können zwischen den oben genannten Elementen, welche den Versteifungsbereich 56 bilden, eine oder mehrere Leitungen 60 angeordnet sein. Bei den Leitungen 60 kann es sich beispielsweise um Klimaleitungen oder um Treibstoffleitungen handeln. Vorzugsweise sind dann die Leitung oder Leitungen 60 beabstandet zu der Querstrebe 50 angeordnet und beispielsweise direkt unterhalb der Bodenträgereinrichtung 26 angeordnet.
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Die zweite Strebeneinrichtung 34 (und entsprechend die erste Strebeneinrichtung 32) weist eine Triggereinrichtung 62 für den Schadensfall auf, wobei diese Triggereinrichtung 62 unterhalb der Querstrebe 50, d. h. zwischen den Verbindungsstellen 52 und 38 angeordnet ist. Die Triggereinrichtung 62 ermöglicht eine Stauchung oder einen Bruch in diesem Bereich der zweiten Strebeneinrichtung 34, um so eine Energieabsorption im Energieabsorptionsbereich 58 zu ermöglichen. Die Triggereinrichtung 62 ist an der zweiten Strebeneinrichtung 34 am Energieabsorptionsbereich 58 durch eine entsprechende Ausbildung der zweiten Strebeneinrichtung 34 realisiert, beispielsweise durch einen Stauchungsbereich oder eine Materialabschwächung.
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Dem Energieabsorptionsbereich 58 ist eine Energie absorbierende Struktur zugeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel (5) ist in dem Energieabsorptionsbereich 58 zwischen der Querstrebe 50, dem Spant 12 und der zweiten Strebeneinrichtung 34 eine Energie absorbierende Struktur 64 angeordnet, welche bei entsprechender Kraftbeaufschlagung Energie absorbieren kann. Diese Energie absorbierende Struktur 64 ist beispielsweise in der Art einer Wellholmstruktur ausgebildet, welche bei Kraftbeaufschlagung insbesondere über den Spant 12 (mit Abstützung an der Querstrebe 50) plastisch verformt wird und/oder geschädigt wird.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (6) ist eine Energie absorbierende Struktur 66 in die zweite Strebeneinrichtung 34 unterhalb der Querstrebe 50 integriert. Bei entsprechender Kraftbeaufschlagung nimmt diese Energie absorbierende Struktur 66 der zweiten Strebeneinrichtung 34 Energie auf. Beispielsweise ist die Energie absorbierende Struktur 66 als Stauchungsbereich 68 ausgebildet. Die zweite Strebeneinrichtung 34 lässt sich in dem Stauchungsbereich 68 stauchen. Dadurch wird durch Plastifizierung und/oder Schädigung Energie absorbiert.
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Das Vorsehen von Energie absorbierenden Strukturen in dem Energieabsorptionsbereich 58 zwischen der Querstrebe 50, dem Spant 12 und der zweiten Strebeneinrichtung 34 und das Vorsehen einer Energie absorbierenden Struktur 66 direkt durch Ausbildung an der zweiten Strebeneinrichtung 34 lässt sich auch kombinieren.
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Das Funktionieren der erfindungsgemäßen Lösung der Ausgestaltung des Bermuda-Dreiecks 42a bzw. 42b wird anhand der 3 bis 7 erläutert.
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Im Crashfall (Schadensfall) erfährt der Rumpf 10 von unten her einen Impuls. Dieser wirkt auf den Spant 12 und wird in die Strebeneinrichtung 32 und 34 eingeleitet. Die entsprechende eingeleitete Kraft ist in 4 schematisch mit dem Pfeil mit dem Bezugszeichen 70 angedeutet. Bei der Krafteinleitung in die zweite Strebeneinrichtung 34 (und entsprechend in die erste Strebeneinrichtung 32) erfolgt zunächst eine Schadensinitiierung an der entsprechenden Strebeneinrichtung 34. Der Schaden wird durch die Triggereinrichtung 62 initiiert. Es erfolgt ein Bruch oder eine Stauchung. Der Spant 12 erfährt im Crashfall eine Kraft. Es erfolgt die Ausbildung eines Gelenks 72 im Bereich des Spants 12 unterhalb der Querstrebe 50. Das Gelenk 72 kann dabei direkt an dem Spant 12 ausgebildet sein oder mittels der Rumpfhaut 14 ausgebildet sein. Die Gelenkausbildung liegt unterhalb des Versteifungsbereichs 56 aufgrund der versteifenden Wirkung der Querstrebe 50 (siehe unten). Selbst beim Versagen des Spants 12 erfolgt die (automatische) Ausbildung eines Gelenks 72, da die Rumpfhaut 14 das strukturell integrierende Element ist.
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Im weiteren Crashverlauf dreht sich der Spant 12 unterhalb des Gelenks 72 in Richtung der Querstrebe 50. Dies ist in 4 durch den Pfeil 74 angedeutet. Die Energie absorbierende Struktur 64 und/oder 66 (5, 6) nimmt dabei Energie auf und diese Energie wird zu einem erheblichen Anteil absorbiert.
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Die zweite Strebeneinrichtung 34 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 52, die Querstrebe 50, der Spant 12 zwischen den Verbindungsstellen 54 und 30b und die Bodenträgereinrichtung 26 zwischen den Verbindungsstellen 36 und 30b bilden an dem Bermuda-Dreieck 42b eine versteifende Rahmenstruktur, welche die Energieabsorption in dem Energieabsorptionsbereich 58 ermöglicht. Das Versagen des Spants 12 mit Ausbildung des Gelenks 72 unterhalb des Versteifungsbereichs 56 wird durch die geometrischen Verhältnisse an dem Bermuda-Dreieck 42b ermöglicht (7).
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Der Spant 12 ist nach außen konvex gekrümmt. In einer Richtung 76 parallel zu der Bodenträgereinrichtung 26 (senkrecht zur Mittelebene 40) liegt zwischen der Verbindungsstelle 38 und der Verbindungsstelle 54 ein Abstand X1 vor. In der gleichen Richtung ist der Abstand zwischen der Verbindungsstelle 54 und der Verbindungsstelle 30b X2. Aufgrund der Krümmung des Spants 12 am Bermuda-Dreieck 42b ist der Abstand X2 kleiner und insbesondere sehr viel kleiner als der Abstand X1. Dies bedeutet, dass der Hebelarm einer Crashlast oberhalb der Querstrebe 50, welcher bestimmt ist durch den Abstand X1 + X2, nur gering zunimmt. Dadurch ist das Biegemoment am Spant 12 an der Querstrebe 50, d. h. im Bereich der Verbindungsstelle 54, nur wenig geringer als an der Anbindung des Spants 12 an die Bodenträgereinrichtung 26, d. h. im Bereich der Verbindungsstelle 30b. Der Hebelarm für das Einschwenken des Spants 12 unterhalb der Querstrebe 50 (bestimmt durch X1) ist sehr viel größer, so dass sich für die Gelenkausbildung des Gelenks 72 eine Art von Sollbruchstelle im Crashfall einstellt. Diese Sollbruchstelle muss dabei nicht durch entsprechende Materialausbildung oder dergleichen des Spants 12 realisiert werden, sondern sie ergibt sich automatisch durch die geometrischen Verhältnisse. Es kann aber auch gezielt konstruktiv eine Sollgelenkstelle ausgebildet sein.
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Die Querstrebe 50 bildet an dem Versteifungsbereich 56 eine Versteifung aus, die grundsätzlich ausreicht, im Crashfall das Spantversagen unterhalb der Querstrebe 50 zu erreichen. Durch die (mindestens eine) Querstrebe 50 wird also im Crashfall das sich selbst bildende Spantversagen vom Punkt der höchsten Momentenbelastung im Bereich der Verbindungsstelle 30b auf einen Bereich unterhalb der Verbindungsstelle 54 verschoben mit dem Ergebnis der Ausbildung des Gelenks 72. Dies wiederum ermöglicht es, den Energieabsorptionsbereich 58 effektiv zu nutzen.
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Die Querstrebe 50 an dem dreieckförmigen Bereich 42b bzw. 42a bewirkt einen Steifigkeitssprung, welcher im Crashfall (Aufprallen des Rumpfs 10 auf eine Unterlage) einen definierten Bereich für das Versagen eines Spants 12 einstellt, nämlich unterhalb der Querstrebe 50.
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Das Bermuda-Dreieck kann bei der erfindungsgemäßen Lösung angepasst an die Auslegung der Struktur des Rumpfes 10 ausgestaltet werden.
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Bei einer Ausführungsform, welche in einer Teildarstellung in 8 schematisch gezeigt ist, ist (mindestens) eine Diagonalstrebe 78 vorgesehen, welche innerhalb des Versteifungsbereichs 56 angeordnet ist und zwischen der Verbindungsstelle 36 und der Verbindungsstelle 54 liegt. Diese Diagonalstrebe 78 sorgt für eine weitere Versteifung des Versteifungsbereichs 56. Durch die Diagonalstrebe 78 wird der Steifigkeitssprung weiter erhöht, welcher im Crashfall zu einem automatischen Versagen des Spants unterhalb der Querstrebe 50 mit Ausbildung des Gelenks 72 führt.
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Durch die Anordnung der Querstrebe 50 kann der Kräfteverlauf eingestellt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 9 (welches dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht) ist die Querstrebe 50 in einem spitzen Winkel α zu der zweiten Strebeneinrichtung 34 angeordnet, wobei dieser spitze Winkel α auf den Versteifungsbereich 56 bezogen ist. Durch die Wahl des Winkels α kann Einfluss genommen werden auf den Impulsverlauf an der zweiten Strebeneinrichtung 34. Je kleiner der Winkel α ist, wenn dieser spitz ist, desto größer ist der Anteil des Impulses, welcher in die Querstrebe 50 eingeleitet wird. Dies ist schematisch in 9 gezeigt: Über den unteren Teil der zweiten Strebeneinrichtung 34 wird in diese ein Impuls 80 eingeleitet. Dieser wird aufgeteilt in Impulse 80' und 80''. Je kleiner der Winkel α, desto größer ist der Anteil des Impulses 80''.
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Es ist dadurch möglich, durch Wahl eines kleinen Winkels α den Impuls 80' zu reduzieren, welcher über die zweite Strebeneinrichtung 34 an die Bodenträgereinrichtung 26 und dadurch beispielsweise an Sitzschienen 82 im ersten Innenraum 16 eingeleitet wird. Dadurch wiederum lassen sich Beschleunigungslasten für Passagiere verringern.
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Die gezielte Beeinflussung der Impulsaufteilung über die Anordnung der Querstrebe 50 über den Winkel α steht dabei in Relation zu dem maximalen Drehwinkel des unteren Teils des Spants 12 bei Einschwenken an dem Gelenk 72.
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Es ist auch möglich, wie in 10 schematisch gezeigt, dass eine Querstrebe 84 in einem Winkel α größer 90° zu der zweiten Strebeneinrichtung 34 angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform kann in Abhängigkeit von der Auslegung der Struktur des Rumpfs 10 vorteilhaft sein für die Initiierung des automatischen Spantversagens unterhalb der Querstrebe 84 (in einem Bereich 86 mit entsprechender Gelenkausbildung).
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In 11 ist schematisch der Rumpf 10 mit Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung in einer Teildarstellung im Crashfall gezeigt. Die Versteifungsbereiche 56 beidseitig am Spant 12 stabilisieren beim Crashfall den ersten Innenraum 16 (mit einer Passagierzelle) und reduzieren damit das Risiko des Versagens von Spanten 12 direkt unterhalb des ersten Innenraums 16. Die versteifende Rahmenstruktur des Versteifungsbereichs 56 beidseitig eines jeweiligen Spants 12 stabilisiert damit den ersten Innenraum 16.
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In 12 ist die Gesamtsituation bei der erfindungsgemäßen Lösung nochmals dargestellt. Im Crashfall erfolgt eine Versteifung an den dreieckförmigen Bereichen 42a, 42b durch die Versteifungsbereiche 56 und es erfolgt eine kontrollierte, gewissermaßen voreingestellte, Energieabsorption in den Energieabsorptionsbereichen 58.
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Im Vergleich dazu ist in 13 ein möglicher Schadensfall dargestellt ohne Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung mit mindestens einer Querstrebe 50 an den dreieckförmigen Bereichen 42a, 42b. Im Crashfall kann hier ein Spant beispielsweise auch im Bereich des ersten Innenraums 16 versagen, da die Bermuda-Dreiecke nicht versteift sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Losung ist die Gefährdung des ersten Innenraums 16 im Crashfall, wobei der erste Innenraum 16 insbesondere eine Passagierzelle ist, erheblich geringer als wenn keine Querstrebe 50 an dem jeweiligen Bermuda-Dreieck 42a, 42b vorgesehen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung mit mindestens einer Querstrebe 50 am Bermuda-Dreieck 42a, 42b lässt sich im Crashfall ein kontrolliertes Versagen von Spanten 12 einstellen. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich dabei auf vorteilhafte Weise für Strukturen in Faserverbundwerkstoff-Bauweise verwenden.
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Die mindestens eine Querstrebe 50 an den dreieckförmigen Bereichen 42a, 42b ist ein zusätzliches strukturelles Element, welches einen Versteifungsbereich 56 ausbildet. Eine Querstrebe 50 lässt sich so ausgestalten und einbauen, dass ein Optimum erreicht wird zwischen einem geforderten Crashweg im dreieckförmigen Bereich 42a, 42b und dem notwendigen Bauraum.
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Es lassen sich einfache Triggereinrichtungen 62 an den Strebeneinrichtungen 32 und 34 verwenden. Die Energie absorbierenden Strukturen 64 bzw. 66 lassen sich auf einfache Weise realisieren.
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Es wird eine kontrollierte Crashkinematik am Bermuda-Dreieck 42a, 42b eingestellt.
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Eine freie Knicklänge der Strebeneinrichtungen 32 und 34 lässt sich reduzieren.
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Durch die mindestens eine Querstrebe 50 ist die Crashkinematik derart eingestellt, dass ein Steifigkeitssprung an dem Versteifungsbereich 56 eintritt, welcher automatisch ein Spantversagen unterhalb der mindestens einen Querstrebe 50 unter Gelenkausbildung (Gelenk 72) verursacht.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird das Aufbrechen des gesamten dreieckförmigen Bereichs 42a, 42b verhindert. Auch bei einseitiger Schadensinitiierung, beispielsweise im Fall eines Crashs mit Rollwinkel, entsteht keine unkontrollierte Crashkinematik, da nur ein kleiner Bereich des dreieckförmigen Bereichs 42a bzw. 42b einbricht. Darüber hinaus kann durch eine Triggereinrichtung 62 ein zuverlässiges Funktionsprinzip auch unter Crashfällen außerhalb des Auslegungszustands erreicht werden, d. h. man erhält eine hohe Systemrobustheit.
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Passagiere in dem ersten Innenraum 16 werden besser geschützt, da der hochbelastete Bereich der Anbindung an die Bodenträgereinrichtung 26 versteift wird. Das Risiko eines Spantversagens am ersten Innenraum 16 wird reduziert. Dadurch wird die Gefahr einer massiven Einwirkung auf den Überlebensraum am ersten Innenraum 16 im Crashfall reduziert.
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Durch entsprechende Anordnung (und Ausbildung) einer Querstrebe 50 können Beschleunigungslasten auf Sitzschienen 82 im ersten Innenraum 16 gezielt reduziert werden. Dadurch ergeben sich im Crashfall reduzierte Crashlasten für Passagiere.
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Durch die mindestens eine Querstrebe 50 lässt sich die Länge der jeweiligen ersten Strebeneinrichtung 32 und 34 reduzieren und dadurch lässt sich das Knickversagen reduzieren.
