DE102009056996B4

DE102009056996B4 - Stiffening structure for stiffening a fabric and aircraft

Info

Publication number: DE102009056996B4
Application number: DE102009056996.0A
Authority: DE
Inventors: Paul Jörn; Markus J. Weber; Jens Prowe; Wolfgang Machunze; Lars Meyer
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2029-12-05
Also published as: DE102009056996A1

Abstract

Versteifungsstruktur (2) zum Versteifen eines Flächengebildes (4) eines Flugzeugrumpfes mit einer Vielzahl von Steifen (6, 8), dadurch gekennzeichnet, dass die Steifen (6, 8) unterschiedliche Geometrien haben und durchlaufend ausgebildet sind, wobei die einen Steifen (8) eine zickzackartige Geometrie und die anderen Steifen (6) eine geradlinige Geometrie aufweisen, und die geradlinigen Steifen (6) in Umfangsrichtung des Flächengebildes (4) verlaufen, wobei die geradlinigen Steifen (6) als Spanten ausgebildet sind, wobei die zickzackartigen Steifen (8) in Umfangsrichtung als Stringer zwischen den Spanten (6) verlaufen, wobei in Anschlussbereichen (26) die zickzackartigen Steifen (8) mit jeweils in Umfangsrichtung abgewinkelten flächigen Stegbereich (34) an zueinander entgegengesetzten Stegflächen der geradlinigen Steifen (6) angreifen, wobei die Stegbereiche (34) entsprechend den geradlinigen Spanten (6) in Umfangsrichtung des Flächengebildes (4) verlaufen.Stiffening structure (2) for stiffening a sheet-like structure (4) of an aircraft fuselage with a plurality of stiffeners (6, 8), characterized in that the stiffeners (6, 8) have different geometries and are continuous, the one stiffener (8) a zigzag-like geometry and the other stiffeners (6) have a straight geometry, and the straight stiffeners (6) run in the circumferential direction of the sheet (4), the straight stiffeners (6) being designed as frames, the zigzag-like stiffeners (8) run in the circumferential direction as a stringer between the ribs (6), the zigzag-like stiffeners (8) each having a flat web area (34) angled in the circumferential direction engaging mutually opposite web surfaces of the straight stiffeners (6) in the connection areas (26), the web regions ( 34) run in the circumferential direction of the flat structure (4) in accordance with the straight frames (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Versteifungsstruktur für Flächengebilde, insbesondere für Hautfelder eines Flugzeugrumpfes, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Flugzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.The invention relates to a stiffening structure for flat structures, in particular for skin panels of an aircraft fuselage, according to the preamble of claim 1 and an aircraft according to the preamble of claim 11.

Herkömmlicherweise werden Flugzeugrümpfe über sich in Längsrichtung erstreckende Stringer und über in Umfangsrichtung verlaufende Spanten versteift. Die Stringer sind parallel voneinander beabstandet, wobei zur Erzielung einer ausreichenden Steifigkeit des Rumpfes ein gewisser Mindestabstand nicht überschritten werden darf. Entsprechend viele Stringer sind bei großen Verkehrsflugzeugen über den Umfang des Rumpfes notwendig.Aircraft fuselages are conventionally stiffened via stringers extending in the longitudinal direction and via frames extending in the circumferential direction. The stringers are spaced from one another in parallel, whereby a certain minimum distance must not be exceeded in order to achieve sufficient rigidity of the trunk. A corresponding number of stringers are necessary over the circumference of the fuselage in large commercial aircraft.

Darüber hinaus sind zum Beispiel, wie in der US 2007/0108347 gezeigt, gitterartige Versteifungsstrukturen bekannt, die eine Vielzahl von zur Flugzeuglängsachse schräg angestellte und sich in einer Ebene kreuzende Steifen aufweisen. Diese gitterartigen Lösungen zeichnen sich durch zahlreiche Maschen auf, wodurch die Steifigkeit, insbesondere die Torsionssteifigkeit, des Flugzeugrumpfes gegenüber dem vorbeschriebenen Stringer-Spanten-Design merklich erhöht ist. Nachteilig an den gitterartigen Versteifungsstrukturen ist jedoch deren aufwendige Herstellung insbesondere durch die entstehenden Kreuzungsbereiche der sich kreuzenden Steifen.In addition, for example, as in the US 2007/0108347 shown, lattice-like stiffening structures are known which have a plurality of stiffeners which are inclined to the longitudinal axis of the aircraft and intersect in a plane. These lattice-like solutions are characterized by numerous meshes, as a result of which the rigidity, in particular the torsional rigidity, of the aircraft fuselage is noticeably increased compared to the stringer frame design described above. The disadvantage of the lattice-like stiffening structures, however, is their complex production, in particular due to the resulting intersection areas of the intersecting stiffeners.

Aus dem Patent US 5,771,680 ist es bekannt, eine Versteifungsstruktur mit serpentinenartigen Steifen auszubilden, zwischen denen geradlinige Längssteifen angeordnet sind. Ein mit einer derartigen Versteifungsstruktur verstärkter zylinderförmiger Körper zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit in Längsrichtung aus. Jedoch ist er in Umfangsrichtung nur begrenzt belastbar. Darüber hinaus ist die Verbindung der serpentinenartigen Steifen mit den geradlinigen Steifen schwierig.From the patent U.S. 5,771,680 it is known to form a stiffening structure with serpentine-like stiffeners, between which straight longitudinal stiffeners are arranged. A cylindrical body reinforced with such a stiffening structure is characterized by high rigidity in the longitudinal direction. However, it can only be loaded to a limited extent in the circumferential direction. In addition, the connection of the serpentine stiffeners with the straight stiffeners is difficult.

US 2 149 844 A zeigt eine Schweißverbindung, umfassend ein rohrförmiges Element aus gehärtetem Metall, wobei das Element einen aufgeweiteten Abschnitt mit einer größeren Gesamtquerschnittsfläche aus Metall als der übrige Abschnitt desselben aufweist, und mindestens ein seitliches rohrförmiges Element mit ein vergrößertes Ende aufweist, das mit dem erstgenannten Element an dem genannten aufgeweiteten Abschnitt verschweißt ist. U.S. 2,149,844 A shows a welded joint comprising a tubular member made of hardened metal, the element having a flared portion with a larger total cross-sectional area of metal than the remainder of the same, and having at least one lateral tubular element with an enlarged end which is connected to the first-mentioned element at the called expanded section is welded.

DE 563 322 A offenbart einen Fachwerkträger für Flugzeuge, dessen Gurte aus je einem flachen und einem gewellten Teil bestehen, die miteinander durch Punktschweißung verbunden sind. Der flache Gurtteil ist zwischen dem gewellten Gurtteil und dem aus einem oder mehreren parallel zueinander angeordneten, zickzackförmig gebogenen U-förmigen Profilen gebildeten Steg angeordnet, der mit den flachen Innenteilen der Gurte an Stellen punktverschweißt ist, an denen die flachen und gewellten Teile des Gurtes miteinander einen Hohlstab bilden. DE 563 322 A discloses a truss for aircraft, the belts of which consist of a flat and a corrugated part, which are connected to one another by spot welding. The flat belt part is arranged between the corrugated belt part and the web formed from one or more parallel, zigzag curved U-shaped profiles, which is point-welded to the flat inner parts of the belts at points where the flat and corrugated parts of the belt together form a hollow rod.

DE 101 45 276 A1 offenbart ein Flugzeug, bei dem es sich insbesondere um ein großes Passagierflugzeug handelt. Es weist einen Rumpf auf, der eine druckbeaufschlagte und tragende Primärstruktur und einen in seinem unteren Bereich angeordneten Frachtraum umfasst. Die Primärstruktur weist einen ohne Ausnehmungen und Stufen durchgehenden, druckbeaufschlagten Boden auf, und der Frachtraum ist unterhalb des druckbeaufschlagten Bodens angeordnet und seinerseits nicht druckbeaufschlagt. DE 101 45 276 A1 discloses an aircraft, which is in particular a large passenger aircraft. It has a fuselage which comprises a pressurized and load-bearing primary structure and a cargo hold arranged in its lower region. The primary structure has a pressurized floor which is continuous without recesses and steps, and the cargo hold is arranged below the pressurized floor and in turn is not pressurized.

DE 44 17 896 A1 zeigt ein Rahmenelement, das zum Aufbau von Messeständen, Ladeneinrichtungen, Regalen etc. dient. Das Rahmenelement weist einen im Wesentlichen rechteckförmigen Rahmen mit mindestens einem in diesem Rahmen, etwa parallel zu einer Rahmenseite und in einem vorgegebenen Abstand von dieser vorgesehenen Aussteifungselement, welches zwei im Wesentlichen parallele, durch einen Abstand voneinander getrennte längliche Elemente aufweist DE 44 17 896 A1 shows a frame element that is used to set up exhibition stands, shop fittings, shelves, etc. The frame element has a substantially rectangular frame with at least one stiffening element provided in this frame, approximately parallel to a frame side and at a predetermined distance therefrom, which has two substantially parallel elongated elements separated from one another by a distance

US 7 510 757 B2 offenbart eine zellulare Verbundstruktur, die ein Gitter mit Gruppen von sich winklig kreuzenden Rippen umfasst. Die Rippen jeder Gruppe sind im Wesentlichen in der gleichen Richtung zueinander und winklig zu den anderen Rippengruppen ausgerichtet. Eine zusätzliche Rippe definiert eine äußere Umfangswand der Verbundstruktur und kann in einem anderen Winkel als die anderen Rippen ausgerichtet sein. Eine zusammenhängende Rippenwand wird durch Segmente von Rippen gebildet, die durch Rippenkreuzungen definiert sind. Die zusammenhängende Rippenwand begrenzt einen Hohlraum. Ein mehrlagiges Blechkappenelement mit sich erstreckenden Wänden, die in die angrenzende Rippenwand eingreifen, wird innerhalb des Hohlraums positioniert. Die eingreifenden Wände erstrecken sich von einzelnen Blechumfangsabschnitten, die winklig zum Blech ausgerichtet sind. US 7 510 757 B2 discloses a composite cellular structure comprising a grid with groups of angularly intersecting ribs. The ribs of each group are oriented in substantially the same direction to one another and at an angle to the other groups of ribs. An additional rib defines an outer peripheral wall of the composite structure and may be oriented at a different angle than the other ribs. A coherent rib wall is formed by segments of ribs which are defined by rib intersections. The cohesive rib wall delimits a cavity. A multilayer sheet metal cap member with extending walls that engage the adjacent fin wall is positioned within the cavity. The engaging walls extend from individual sheet metal peripheral sections which are oriented at an angle to the sheet metal.

US 980 267 A zeigt einen Ballonrahmen, der einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und in Kombination eine Vielzahl von Trägern in Zickzackform umfasst, die so angeordnet sind, dass ihre Scheitelpunkte aneinander anliegen, und Mittel zum Verbinden der Träger zur Bildung einer starren Struktur zu bilden. US 980 267 A Figure 12 shows a balloon frame which is substantially circular in cross-section and which in combination comprises a plurality of beams in a zigzag shape arranged so that their apices abut and means for connecting the beams to form a rigid structure.

US 3 940 891 A zeigt schließlich eine hochfeste kegelstumpfförmige oder konische Struktur, die ein integriertes geflanschtes Verstärkungsgitter verwendet. Die Struktur umfasst eine Hautplatte mit einer konischen Form, mit einer Vielzahl von aufrecht stehenden integralen Rippen. Wenigstens einige der Rippen sind in gleichmäßig beabstandeten rechten und linken Spiralen angeordnet. Andere Rippen können sich entlang einer konischen Mantellinie erstrecken, die die Spiralrippen an Punkten schneidet, an denen sich rechte und linke Spiralrippen kreuzen. Jede Rippe umfasst einen schmalen Flansch an der Innenkante, der im Wesentlichen parallel zur Haut liegt. U.S. 3,940,891 A finally shows a high strength frusto-conical or conical structure that uses an integral flanged reinforcement mesh. The structure comprises a skin plate having a conical shape with a plurality of upright integral ribs. At least some of them Ribs are arranged in equally spaced right and left spirals. Other ribs may extend along a conical generatrix that intersects the spiral ribs at points where right and left spiral ribs intersect. Each rib includes a narrow flange on the inside edge that is substantially parallel to the skin.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Versteifungsstruktur, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und einfach zu fertigen ist und ein Flugzeug mit einem derartig versteiften Rumpf zu schaffen.The object of the present invention is to provide a stiffening structure which eliminates the aforementioned disadvantages and is easy to manufacture, and to create an aircraft with a fuselage stiffened in this way.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Versteifungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.This object is achieved by a stiffening structure with the features of claim 1 and by an aircraft with the features of claim 13.

Eine erfindungsgemäße Versteifungsstruktur zum Versteifen eines Flächengebildes eines Flugzeugrumpfes, hat eine Vielzahl von Steifen. Erfindungsgemäß haben die einen Steifen unterschiedliche Geometrien und sind durchlaufend ausgebildet, wobei die einen Steifen eine zickzackartige Geometrie und die anderen Steifen eine geradlinige Geometrie aufweisen, und die geradlinigen Steifen in Umfangsrichtung des Flächengebildes verlaufen, wobei die geradlinigen Steifen als Spanten ausgebildet sind, wobei die zickzackartigen Steifen in Umfangsrichtung als Stringer zwischen den Spanten verlaufen, wobei in Anschlussbereichen die zickzackartigen Steifen mit jeweils in Umfangsrichtung abgewinkelten flächigen Stegbereich an zueinander entgegengesetzten Stegflächen der geradlinigen Steifen angreifen, und wobei die Stegbereiche entsprechend den geradlinigen Spanten in Umfangsrichtung des Flächengebildes verlaufen.A stiffening structure according to the invention for stiffening a sheet-like structure of an aircraft fuselage has a large number of stiffeners. According to the invention, the one stiffeners have different geometries and are designed continuously, the one stiffener having a zigzag-like geometry and the other stiffeners have a straight geometry, and the straight stiffeners run in the circumferential direction of the surface structure, the straight stiffeners being designed as ribs, the zigzag-like ones Stiffeners run in the circumferential direction as stringers between the ribs, with the zigzag-like stiffeners engaging in connection areas with flat web areas angled in the circumferential direction on mutually opposite web surfaces of the straight stiffeners, and the web regions corresponding to the rectilinear ribs running in the circumferential direction of the sheet-like structure.

An dieser Lösung ist insbesondere vorteilhaft, dass die Vorteile der vorbeschriebenen bekannten Designkonzepte kombiniert und deren Nachteile eliminiert werden. So wird eine hochsteife Versteifungsstruktur sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung geschaffen, die fertigungstechnisch einfach herzustellen ist. Dabei kann die Versteifungsstruktur in Metall-, Faserverbund- oder in Hybridbauweise hergestellt werden. Die zickzackartige Struktur der Steifen erleichtert die Verbindung der Steifen untereinander, da benachbarte Steifen in flächigen Verbindungsbereichen zusammengeführt werden können, die je nach der Ausrichtung der zickzackartigen Steifen auf dem Hautfeld in Längsrichtung oder Umfangsrichtung verlaufen. Somit können die zickzackartigen Steifen bequem zwischen herkömmlichen Längs- oder Umfangssteifen angeordnet und mit diesen verbunden werden können. Darüber hinaus weisen die zickzackartigen Steifen durch ihre Geometrie zwischen den Verbindungsbereichen geradlinige Steifenabschnitte auf, die je nach der Ausrichtung der zickzackartigen Steifen in Längs- oder Umfangsrichtung angestellt sind.What is particularly advantageous about this solution is that the advantages of the known design concepts described above are combined and their disadvantages are eliminated. In this way, a highly rigid stiffening structure is created both in the longitudinal and in the circumferential direction, which is easy to manufacture in terms of manufacturing technology. The stiffening structure can be made of metal, fiber composite or hybrid construction. The zigzag-like structure of the stiffeners facilitates the connection of the stiffeners to one another, since neighboring stiffeners can be brought together in flat connection areas which, depending on the orientation of the zigzag-like stiffeners on the skin field, run in the longitudinal direction or circumferential direction. Thus, the zigzag strips can be conveniently arranged between conventional longitudinal or circumferential strips and connected to them. In addition, due to their geometry, the zigzag-like stiffeners have straight stiffener sections between the connecting areas which, depending on the orientation of the zigzag-like stiffeners, are positioned in the longitudinal or circumferential direction.

Bei einem Ausführungsbeispiel begrenzen die Steifen eine Vielzahl von geschlossenen Maschen. Hierdurch stützen sich die Steifen gegenseitig, was die Steifigkeit des Flächengebildes erhöht und die sonst üblichen Stützprofile der Spante, genannt Cleats, überflüssig macht. Vorzugsweise weisen die Maschen eine einheitliche Größe auf, was zum Beispiel dadurch erreichbar ist, dass die zickzackartigen Steifen an entgegengesetzten Flächen der geradlinigen Steifen angreifen oder aber, dass die zickzackartigen Steifen in einer Vielzahl von Verbindungsbereichen zusammengeführt und somit miteinander verbunden sind. Zur Verbindung der Steifen untereinander ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Steifen klingenartige Stege wie zum Beispiel L-, T- oder C-Profile aufweisen.In one embodiment, the stiffeners define a plurality of closed meshes. As a result, the stiffeners support each other, which increases the stiffness of the flat structure and makes the otherwise usual support profiles of the ribs, called cleats, superfluous. The meshes preferably have a uniform size, which can be achieved, for example, in that the zigzag-like strips engage opposite surfaces of the straight-line strips or that the zig-zag-like strips are brought together in a plurality of connection areas and are thus connected to one another. To connect the stiffeners to one another, it is particularly advantageous if the stiffeners have blade-like webs such as L, T or C profiles.

Die geradlinigen Steifen stellen bevorzugterweise parallel zueinander verlaufende Spanten dar, wobei sich die zickzackartigen Steifen in Umfangsrichtung zwischen ihnen erstrecken oder im Wesentlichen in Längsrichtung des Flächengebildes verlaufen. Bei der letztgenannten Variante sind die zickzackartigen Steifen somit als Längsversteifungen bzw. Stringer ausgebildet. Dabei sind die Spanten vorzugsweise über die zickzackartigen Steifen bzw. Stringer geführt, was die Verwendung von herkömmlichen Spanten erlaubt. Zur Vermeidung von sogenannten ,Mouseholes”, in den Spanten können diese über Stützprofile, sogenannte Clips, an dem Flächengebilde befestigt sein. Zusätzlich können die Spanten im Überbrückungsbereich mittels einer Lasche, sogenannten Cleats, an den Stringern angebunden sein.The straight stiffeners preferably represent frames running parallel to one another, the zigzag stiffeners extending between them in the circumferential direction or running essentially in the longitudinal direction of the sheet-like structure. In the last-mentioned variant, the zigzag-like stiffeners are thus designed as longitudinal stiffeners or stringers. The frames are preferably guided over the zigzag-like stiffeners or stringers, which allows the use of conventional frames. To avoid so-called “mouseholes” in the frames, these can be attached to the flat structure via support profiles, so-called clips. In addition, the frames in the bridging area can be connected to the stringers by means of a strap, so-called cleats.

Die Spanten können unterschiedliche Höhen aufweisen, so dass zum Beispiel bei der Verwendung der Versteifungsstruktur in einem Flugzeugrumpf die Spanten individuell auf die zu ertragenden und anzubindenden Lasten eingestellt werden können.The ribs can have different heights, so that, for example, when using the stiffening structure in an aircraft fuselage, the ribs can be adjusted individually to the loads to be borne and connected.

Eine erfindungsgemäße Steife zum Versteifen eines Flächengebildes, insbesondere eines Hautfeldes eines Flugzeugrumpfes, hat eine zickzackartige Gestalt. Die zickzackartigen Steifen sind verhältnismäßig einfach als einzelne durchlaufende Körper herstellbar. Dabei ist die Herstellung aufgrund ihres durchlaufenden Charakters verhältnismäßig einfach, unabhängig von einer Faserverbundbauweise oder einer Metallbauweise. Im Fall einer Faserverbundbauweise können die Steifen aus durchgängigen textilen flächigen Halbzeugen wie Geweben oder Gelegen gebildet werden.A stiffener according to the invention for stiffening a flat structure, in particular a skin area of an aircraft fuselage, has a zigzag shape. The zigzag strips are relatively easy to manufacture as individual continuous bodies. Due to their continuous character, production is relatively simple, regardless of a fiber composite construction or a metal construction. In the case of a fiber composite construction, the stiffeners can be formed from continuous textile flat semi-finished products such as woven or non-woven fabrics.

Ein erfindungsgemäßes Flugzeug weist einen Rumpf auf, der über eine Versteifungsstruktur mit einer Vielzahl von Steifen mit unterschiedlichen Geometrien. Erfindungsgemäß haben die einen Steifen eine zickzackartige Geometrie und die anderen Steifen eine geradlinige Geometrie, wobei die geradlinigen Steifen in Umfangsrichtung des Flächengebildes verlaufen. Ein derartiges Flugzeug zeichnet sich durch einen hochsteifen Rumpf mit einem geringen Gewicht aus.An aircraft according to the invention has a fuselage that has a stiffening structure with a large number of stiffeners with different geometries. According to the invention, some have Stiffeners have a zigzag geometry and the other stiffeners have a rectilinear geometry, the rectilinear stiffeners running in the circumferential direction of the sheet-like structure. Such an aircraft is characterized by a highly rigid fuselage with a low weight.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous exemplary embodiments are the subject of further subclaims.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, und
2 eine perspektivische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

In the following, preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with the aid of schematic representations. Show it:

1 a perspective view of a first embodiment of the invention, and
2 a perspective view of a second embodiment of the invention.

In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern, wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige dieser konstruktiven Elemente mit einem Bezugszeichen versehen sind.In the figures, the same structural elements have the same reference numerals, with several of the same structural elements in a figure being provided with a reference number for the sake of clarity.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Versteifungsstruktur 2, die zur Versteifung an einem Hautfeld 4 eines Flugzeugrumpfes angebunden ist. Sie weist eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckende durchlaufende Spanten 6 und eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung zwischen den Spanten 6 erstreckende durchlaufende zickzackartige Steifen bzw. zickzackartige Stringer 8 auf. 1 shows a stiffening structure according to the invention 2 causing stiffening on a skin field 4th is attached to an aircraft fuselage. It has a multiplicity of continuous frames extending in the circumferential direction of the aircraft fuselage 6th and a plurality of circumferentially extending between the ribs 6th extending continuous zigzag-like stiffeners or zigzag-like stringers 8th on.

Die Spanten 6 sind in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet und haben jeweils ein T-förmiges Profil mit einem klingenartigen Steg 10 und einem Fußgurt 12 zur Anbindung an das Hautfeld 4. Sie können unterschiedliche Profile und Höhen h1, h2 aufweisen mit h1 < h2 oder zum Beispiel über ein an dem Steg 10 angebundenes Zusatzprofil 14 zusätzlich versteift sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Zusatzprofil 14 eine C-förmige Geometrie auf, jedoch sind auch andere Profilgeometrien vorstellbar.The frames 6th are essentially evenly spaced from one another in the longitudinal direction of the aircraft fuselage and each have a T-shaped profile with a blade-like web 10 and a foot strap 12th for connection to the skin field 4th . They can have different profiles and heights h1 , h2 have with h1 <h2 or, for example, via one on the web 10 connected additional profile 14th additionally be stiffened. In the embodiment shown, the additional profile 14th a C-shaped geometry, but other profile geometries are also conceivable.

Die Stringer 8 haben ein T-förmiges Profil mit einem klingenartigen Steg 16 und zwei Fußabschnitten 18, 20 zur Anbindung an dem Hautfeld 4. Sie sind abschnittsweise mit einem Stegabschnitt 22 der Spanten 6 verbunden, so dass eine Vielzahl von geschlossenen Maschen 24 zwischen den Spanten 6 und eine Vielzahl von Anschlussbereichen 26 gebildet ist. Die Maschen 24 sind etwa trapezförmig ausgebildet und weisen vorzugsweise eine einheitliche Größe oder eine in Umfangsrichtung konstante Änderung der Größe auf.The stringers 8th have a T-shaped profile with a blade-like ridge 16 and two foot sections 18th , 20th for connection to the skin field 4th . They are in sections with a web section 22nd the frames 6th connected so that a variety of closed meshes 24 between the frames 6th and a variety of connection areas 26th is formed. The meshes 24 are approximately trapezoidal and preferably have a uniform size or a constant change in size in the circumferential direction.

In den Anschlussbereichen 26 greifen die Stringer 8 mit jeweils in Umfangsrichtung abgewinkelten flächigen Stegbereich 34 an zueinander entgegengesetzten Stegflächen der Spanten 6 an. Die Stegbereiche 34 verlaufen entsprechend den Spanten 6 in Umfangsrichtung des Hautfeldes 4. Gemäß der zickzackartigen Ausbildung der Stringer 6 sind die sich zwischen den Spanten 6 erstreckenden bzw. die Stegbereiche 34 verbindenden Stringerabschnitte 35 geradlinig ausgebildet. Hierdurch ist quasi auch in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes eine quasi durchlaufende zickzackförmige Struktur gebildet und die Spanten 6 von beiden Seiten gleichmäßig belastet werden. Die Fußabschnitte 18, 20 der Stringer 8 sind in den Anschlussbereichen 26 abwechselnd unterbrochen und auf die Fußgurte 12 der Spanten 6 geführt, so dass zahlreiche Überlappungsbereiche 28, 30 gebildet sind.In the connection areas 26th grab the stringers 8th each with a flat web area angled in the circumferential direction 34 on opposing web surfaces of the frames 6th at. The bridge areas 34 run according to the frames 6th in the circumferential direction of the skin area 4th . According to the zigzag formation of the stringers 6th are located between the frames 6th extending or the web areas 34 connecting stringer sections 35 straightforward. As a result, a quasi continuous zigzag structure and the frames are formed in the longitudinal direction of the aircraft fuselage 6th be evenly loaded from both sides. The foot sections 18th , 20th the stringer 8th are in the connection areas 26th alternately interrupted and on the ankle straps 12th the frames 6th led so that numerous areas of overlap 28 , 30th are formed.

Zur Herstellung des versteiften Hautfeldes 4 bzw. Flugzeugrumpfes werden zuerst die Spanten 6 auf dem Hautfeld 4 angebunden. Anschließend werden die Stringer 8 zwischen den Spanten 6 positioniert und an dem Hautfeld 4 sowie an den Spanten 6 befestigt. Die Anbindung bzw. Befestigung kann beispielsweise über Nieten erfolgen, wobei in den Anschlussbereichen 26 jeweils die Stegbereiche 34 beider dort zusammengeführter Stringer 8 an den Stegflächen der Spanten 6 in einem Nietvorgang angebunden werden.To produce the stiffened skin area 4th or fuselage are the frames first 6th on the skin field 4th tied up. Then the stringers 8th between the frames 6th positioned and on the skin field 4th as well as on the frames 6th attached. The connection or fastening can take place, for example, by means of rivets, with in the connection areas 26th each of the bridge areas 34 both stringers merged there 8th on the web surfaces of the frames 6th be tied in one riveting process.

Weiterhin kann die gesamte Struktur auch als integrale Faserverbundstruktur, mit Ausnahme der zusätzlichen Profile 14, gefertigt werden. Hierbei werden die zuvor genannten Bauteile als textile Vorformlinge in einem Prozessschritt zusammengefügt, ggf. infiltriert und anschließend konsolidiert. Eventuelle zusätzliche Nietverbindungen in den Anschlussbereichen 26 werden im Anschluss an die Konsolidierung gesetzt. In diesem Fall ist eine einheitliche Höhe h1 aller Steifen in den Anschlussbereichen zur Vereinfachung der mechanischen Nachbearbeitung vorteilhaft, wobei zur nachträglichen Anbindung eines zusätzlichen Spantprofils 14 die Höhe der Spantstege 10 zwischen den Spantabschnitten der Anschlussbereiche 26 größer ausgeführt werden kann, um Ausnehmungen im zusätzlichen Profil 14 für den Anschlussbereich 26 zu vermeiden.Furthermore, the entire structure can also be used as an integral fiber composite structure, with the exception of the additional profiles 14th , are manufactured. Here, the aforementioned components are assembled as textile preforms in one process step, if necessary infiltrated and then consolidated. Any additional riveted connections in the connection areas 26th are set after the consolidation. In this case it is a uniform height h1 of all stiffeners in the connection areas to simplify the mechanical post-processing advantageous, whereby for the subsequent connection of an additional frame profile 14th the height of the bulkheads 10 between the frame sections of the connection areas 26th Can be made larger to cut holes in the additional profile 14th for the connection area 26th to avoid.

2 zeigt einen Ausschnitt einer Verstärkungsstruktur 2 an einem Hautfeld 4 eines Flugzeugrumpfes, bei dem durchlaufende zickzackartige Stringer 8 in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes von Spanten 6 überbrückt sind. 2 shows a section of a reinforcement structure 2 on a skin field 4th of an aircraft fuselage with continuous zigzag stringers 8th in the longitudinal direction of the fuselage of frames 6th are bridged.

Die Stringer 8 haben ein T-förmiges Profil mit einem klingenartigen Steg 16 und einem durchlaufenden Fußgurt 32 zur Anbindung an das Hautfeld 4. Die Stege 16 und die Fußgurte 32 der Stringer 8 sind in regelmäßigen Abständen in einem etwa Y-förmigen Verbindungsbereich 36 zusammengeführt. Diese sind derart ausgeführt, dass die Stringer 8 eine Vielzahl von in Längsrichtung des Hautfeldes 4 verlaufenden geradlinigen Körperabschnitten 37 aufweisen. Entsprechend dem zickzackartigen Verlauf der Stringer 8 sind die die Verbindungsbereiche 36 verbindenden bzw. sich von diesen weg erstreckenden geradlinigen Stringerabschnitte 35 schräg zur Längsachse des Hautfeldes 4 angestellt.The stringers 8th have a T-shaped profile with a blade-like ridge 16 and a continuous foot strap 32 for connection to the skin field 4th . The bridges 16 and the foot straps 32 the stringer 8th are at regular intervals in an approximately Y-shaped connection area 36 merged. These are designed in such a way that the stringers 8th a multitude of lengthways of the skin field 4th running straight body sections 37 exhibit. Corresponding to the zigzag course of the stringers 8th are the connecting areas 36 straight stringer sections connecting or extending away from these 35 oblique to the longitudinal axis of the skin area 4th employed.

Die Spanten 6 sind in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet und weisen eine C-Form mit einem konstanten Querschnitt auf, die aus einen klingenartigen Steg 10, einem einseitig angeordneten Obergurt 38 und einem nicht in der Abbildung ersichtlichen einseitig angeordneten Untergurt 39 besteht. Sie sind über eine Vielzahl von T-förmigen Stützprofilen 40, genannt Clips, mit dem Hautfeld 4 verbunden, wodurch Maschen 24 mit einer etwa dreieckförmigen Gestalt entstehen. Die Stützprofile 40 sind derart zu den Verbindungsbereichen 36 der Stringer 8 angeordnet, dass die Spanten 6 über die Verbindungsbereiche 36 geführt sind und somit die Stringer 6 überbrücken. Die Stützprofile 40 stützen sich jeweils mit ihrem Fußgurt 42 an dem Hautfeld 4 ab und nehmen über ihren klingenartigen Steg 44 abschnittsweise den Steg 16 des jeweiligen Spantes 6 auf.The frames 6th are essentially evenly spaced from one another in the longitudinal direction of the aircraft fuselage and have a C-shape with a constant cross section, which consist of a blade-like web 10 , an upper belt arranged on one side 38 and a lower chord 39, which is not shown in the figure, is arranged on one side. They are about a variety of T-shaped support profiles 40 , called clips, with the skin field 4th connected, creating meshes 24 arise with an approximately triangular shape. The support profiles 40 are such to the connection areas 36 the stringer 8th arranged that the formers 6th about the connection areas 36 are performed and thus the stringers 6th bridge. The support profiles 40 support each other with their foot strap 42 on the skin field 4th and take it over its blade-like bridge 44 in sections the bridge 16 of the respective frame 6th on.

Zur Herstellung des versteiften Hautfeldes 4 bzw. Flugzeugrumpfes werden erst die Stringer 8 an das Hautfeld 4 angebunden und dann die Spanten 8 bzw. deren Stützprofile 40. Die Befestigung bzw. Anbindung kann beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder Vernieten erfolgen. Es ist jedoch bei der Verwendung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen auch vorstellbar, zumindest die Stringer 8 und vorteilhafterweise auch die Stützprofile 40 mit dem Hautfeld 4 integral in zum Beispiel einem einzigen Harzinjektionsprozess herzustellen.To produce the stiffened skin area 4th or the fuselage are the stringers 8th to the skin field 4th tied up and then the frames 8th or their support profiles 40 . The attachment or connection can take place, for example, by gluing, welding or riveting. However, it is also conceivable when using fiber-reinforced composite materials, at least the stringers 8th and advantageously also the support profiles 40 with the skin field 4th integrally manufactured in, for example, a single resin injection process.

Offenbart ist eine Versteifungsstruktur 2 zum Versteifen eines Schalenelements eines Luft- und Raumfahrzeugs mit zickzackartigen Steifen 8 und in Umfangsrichtung geradlinigen Steifen 6, eine durchlaufende zickzackartige Steife 8, sowie ein derart versteifter Flugzeugrumpf.A stiffening structure is disclosed 2 for stiffening a shell element of an aircraft and spacecraft with zigzag-like stiffeners 8th and in the circumferential direction rectilinear stiffeners 6th , a continuous zigzag stiffener 8th , as well as such a stiffened aircraft fuselage.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22: VersteifungsstrukturStiffening structure
44th: HautfeldSkin field
66th: SpantFrame
88th: StringerStringer
1010: Stegweb
1212th: FußgurtFoot strap
1414th: ZusatzprofilAdditional profile
1616: Stegweb
1818th: FußabschnittFoot section
2020th: FußabschnittFoot section
2222nd: StegabschnittWeb section
2424: Maschemesh
2626th: AnschlussbereichConnection area
2828: ÜberlappungsbereichOverlap area
3030th: ÜberlappungsbereichOverlap area
3232: FußgurtFoot strap
3434: StegbereichBridge area
3535: StringerabschnittStringer section
3636: VerbindungsbereichConnection area
3737: KörperabschnittBody section
3838: ObergurtTop chord
4040: StützprofilSupport profile
4242: FußgurtFoot strap
4444: Stegweb
h1, h2h1, h2: Höhe SpantenHeight of frames

Claims

Stiffening structure (2) for stiffening a sheet-like structure (4) of an aircraft fuselage with a plurality of stiffeners (6, 8), characterized in that the stiffeners (6, 8) have different geometries and are continuous, the one stiffener (8) a zigzag-like geometry and the other stiffeners (6) have a straight geometry, and the straight stiffeners (6) run in the circumferential direction of the sheet (4), the straight stiffeners (6) being designed as frames, the zigzag-like stiffeners (8) run in the circumferential direction as a stringer between the ribs (6), the zigzag-like stiffeners (8) each having a flat web area (34) angled in the circumferential direction engaging mutually opposite web surfaces of the straight stiffeners (6) in the connection areas (26), the web regions ( 34) run in the circumferential direction of the sheet-like structure (4) in accordance with the straight frames (6).

Stiffening structure according to Claim 1 wherein a plurality of closed meshes (24) is formed between the strips (6, 8).

Stiffening structure according to Claim 1 or 2 , wherein the zigzag strips (8) are arranged symmetrically to the frames (6).

Reinforcing structure according to one of the preceding claims, wherein the zigzag-like strips (8) run essentially in the longitudinal direction of the sheet-like structure (4).

Stiffening structure according to Claim 4 , wherein adjacent zigzag-like strips (8) are brought together in a plurality of connection areas (36).

Stiffening structure according to Claim 4 or 5 , wherein the frames (6) are guided over the zigzag strips (8).

Stiffening structure according to Claim 6 , wherein the frames (6) in the connecting areas (36) are guided over the zigzag-like strips (8).

Stiffening structure according to Claim 6 or 7th , wherein the frames (6) are connected to the flat structure (4) via support profiles (40).

Reinforcing structure according to one of the preceding claims, wherein the frames (6) have different heights (h1, h2).

Stiffening structure according to one of the preceding claims, wherein the zigzag-like stiffeners (8) and ribs (6) have blade-like webs (10, 16).

Airplane having a fuselage which is stiffened by a stiffening structure according to one of the preceding claims.