DE102010044048B4

DE102010044048B4 - Verbindungsanordnung, Luft- oder Raumfahrzeug, Verfahren zum Abwerfen von Last sowie Verfahren zum Landen

Info

Publication number: DE102010044048B4
Application number: DE102010044048.5A
Authority: DE
Inventors: Hermann Benthien; Andreas Poppe
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: WO2012066027A1; DE102010044048A1; US20130327882A1; US9248902B2

Abstract

Verbindungsanordnung (1), mit: einem Rumpfabschnitt (2); einem Flügelabschnitt (3), welcher an dem Rumpfabschnitt (2) in einem oberen Bereich (5) desselben angebracht ist; einem ersten Z-Koppelungselement (6), welches den Flügelabschnitt (3) mit den Rumpfabschnitt (2) in dessen Hochrichtung (Z) koppelt; und zwei XZ-Koppelungselementen (7), welche den Flügelabschnitt (3) mit dem Rumpfabschnitt (2) in dessen Hochrichtung (Z) und in dessen Längsrichtung (X) koppeln; wobei das erste Z-Koppelungselement (6) in der Hochrichtung (Z) längenverstellbar ausgebildet ist, um dadurch einen Anstellwinkel (α) des Flügelabschnitts (3) zu verstellen, wobei ein zweites Z-Koppelungselement (6) vorgesehen ist, welches zu dem ersten Z-Koppelungselement (6) gegenläufig längenverstellbar vorgesehen ist, die Vorrichtung weiter Y-Kopplungselemente aufweist, welche den Rumpfabschnitt (2) in dessen Querrichtung (Y) mit dem Flügelabschnitt (3) koppeln und die Z-Kopplungselemente (6), die XZ-Kopplungselemente (7) und die Y-Kopplungselemente derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Defekt eines der Kopplungselemente die anderen Kopplungselemente eine Lastfähigkeit gewährleisten, welche ausreicht, um einen sicheren Normalflugbetrieb zu ermöglichen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsanordnung, auf ein Luft- oder Raumfahrzeug, auf ein Verfahren zum Abwerfen von Last sowie auf ein Verfahren zum Landen.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2006 051 572 A1 eine Verbindungsanordnung.
In der US 2010/0 059 623 A1 ist eine Verbindungsanordnung beschrieben, welche einen Rumpfabschnitt sowie einen Flügelabschnitt, welcher an dem Rumpfabschnitt im oberen Bereich angebracht ist, aufweist. Weiter weist die Verbindungsanordnung der US 2010/0 059 623 A1 ein sechs Pendelstützen umfassendes Ver- bindungselement zum Verbinden des Flügelabschnitts mit dem Rumpfabschnitt auf.
Derartige Verbindungsanordnungen kommen insbesondere bei Transportflugzeugen, wie z. B. dem Airbus A400M, zum Einsatz. Solche Transportflugzeuge sind zumeist als Schulterdecker ausgebildet und werden unter anderem dazu eingesetzt, Lasten im Flug aus einem Frachtraum derselben abzuwerfen. Dazu weisen die Transportflugzeuge ein Schienensystem in ihrem Frachtraum auf, welches zu einer Öffnung im Rumpf führt und die Lasten zu der Öffnung hin verschieblich trägt. Außerdem ist ein Fallschirm vorgesehen, welcher zum Abwerfen der Lasten diese aus der Öffnung auf dem Schienensystem herauszieht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Ansatz zum Abwerfen von Lasten aus einem Luft- oder Raumfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und 9.
Demgemäß wird eine Verbindungsanordnung, mit:
einem Rumpfabschnitt; einem Flügelabschnitt, welcher an dem Rumpfabschnitt in einem oberen Bereich desselben angebracht ist; einem ersten Z-Koppelungselement, welches den Flügelabschnitt mit den Rumpfabschnitt in dessen Hochrichtung koppelt; und zwei XZ-Koppelungselementen, welche den Flügelabschnitt mit dem Rumpfabschnitt in dessen Hochrichtung und in dessen Längsrichtung koppeln; wobei das erste Z-Koppelungselement in der Hochrichtung längenverstellbar ausgebildet ist, um dadurch einen Anstellwinkel des Flügelabschnitts zu verstellen, wobei ein zweites Z-Koppelungselement vorgesehen ist, welches zu dem ersten Z-Koppelungselement gegenläufig längenverstellbar vorgesehen ist, die Vorrichtung weiter Y-Kopplungselemente aufweist, welche den Rumpfabschnitt in dessen Querrichtung mit dem Flügelabschnitt koppeln und die Z-Kopplungselemente, die XZ-Kopplungselemente und die Y-Kopplungselemente derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Defekt eines der Kopplungselemente die anderen Kopplungselemente eine Lastfähigkeit gewährleisten, welche ausreicht, um einen sicheren Normalflugbetrieb zu ermöglichen, bereitgestellt.
Weiterhin wird ein Luft- oder Raumfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung bereitgestellt.
Ferner wird ein Verfahren zum Abwerfen von Lasten mittels des erfindungsgemäßen Luft- oder Raumfahrzeugs bereitgestellt, wobei zum Abwerfen der Lasten aus einem Frachtraum des Luft- oder Raumfahrzeugs der Anstellwinkel des Flügelabschnitts verändert wird.
Noch weiterhin wird ein Verfahren zum Landen des erfindungsgemäßen Luft- oder Raumfahrzeugs bereitgestellt, wobei der Anstellwinkel des Flügelabschnitts derart verändert wird, dass der Rumpfabschnitt beim Landen im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Z-Koppelungselement einer an sich bekannten Verbindungsanordnung längenverstellbar vorzusehen, um dadurch den Anstellwinkel des Flügelabschnitts zu verstellen. Diese Verstellung des Anstellwinkels kann dann ganz allgemein dazu genutzt werden, den Auftrieb des Flügelabschnitts zu verändern. Insbesondere kann die Verstellung des Anstellwinkels dazu genutzt werden, den Rumpfabschnitt in eine schräge Fluglage zu bringen. In dem Rumpfabschnitt angeordnete Lasten rutschen dann automatisch unter Einwirkung der Schwerkraft aus dem Frachtraum durch eine Öffnung in dem Rumpf des Flugzeugs. Auf die Verwendung eines Fallschirms, wie einleitend beschrieben, kann somit verzichtet werden.
Weiterhin kann die Verstellung des Anstellwinkels dazu genutzt werden, den Rumpfabschnitt beim Landen im Wesentlichen horizontal auszurichten. Dadurch wird eine Dreipunktlandung möglich, das heißt, das Flugzeug landet gleichzeitig auf dessen Bugrad und Hauptfahrwerk.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist zur Höhenverstellung ein elektrischer und/oder hydraulischer Stellantrieb vorgesehen. Bevorzugt sind ein elektrischer und ein hydraulischer Stellantrieb vorgesehen, so dass in dem Fall, dass einer der beiden Stellantriebe ausfällt, der andere noch funktionsfähig ist. Auch hierdurch wird eine Redundanz geschaffen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung weist der Stellantrieb eine Gewindespindel und/oder einen Hydraulikzylinder auf. Bevorzugt ist die Gewindespindel und/oder der Hydraulikzylinder an ihrem einen Ende an dem Rumpfabschnitt und an ihrem anderen Ende an dem Flügelabschnitt gelenkig befestigt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung sind die beiden Z-Koppelungselemente derart angeordnet, dass sich deren Kraftwirkungslinien in oder oberhalb des Flügelabschnitts schneiden. Dadurch ergibt sich eine geeignete Kinematik, um eine Verstellung des Anstellwinkels des Flügelabschnitts zu bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist das erste Z-Koppelungselement in Längsrichtung des Rumpfabschnitts vor oder hinter den XZ-Koppelungselementen angeordnet und/oder das erste Z-Koppelungselement vor und das zweite Z-Koppelungselement hinter den XZ-Koppelungselementen angeordnet. Auch hierdurch ergibt sich eine kinematisch günstige Lösung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung weist der Rumpfabschnitt eine obere Ausnehmung auf, welche der Flügelabschnitt zumindest teilweise verdeckt und/oder in welche der Flügelabschnitt zumindest teilweise von oben eingreift, wobei jeweils zwei der XZ-Koppelungselemente und zumindest das erste Z-Koppelungselement in gegenüberliegenden, seitlichen Bereichen der Ausnehmung angeordnet sind. Der Rumpfabschnitt ist mit dem Flügelabschnitt somit zumindest mittels sechs Koppelungselementen gekoppelt. Diese können weiterhin durch Y-Koppelungselemente, welche den Flügelabschnitt mit dem Rumpfabschnitt in dessen Querrichtung koppeln, und/oder durch die zweiten Z-Koppelungselemente ergänzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht eine Verbindungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A schematisch in einer Seitenansicht die Verbindungsanordnung aus 1 mit einem positiven Anstellwinkel;
2B die Ansicht aus 2A mit einem Anstellwinkel gleich Null;
2C die Ansicht aus 2A mit einem negativen Anstellwinkel; und
3 in einer Seitenansicht ein Luft- oder Raumfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Verbindungsanordnung 1 eines Flugzeugs 20, siehe 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Verbindungsanordnung 1 weist einen Rumpfabschnitt 2 und einen Flügelabschnitt 3 auf. Der Rumpfabschnitt 2 ist oberseitig mit einer in etwa rechteckförmigen Ausnehmung 4 ausgebildet. Die Ausnehmung 4 kann als ein Durchbruch in dem Rumpfabschnitt 2 oder lediglich als ein vertiefter Bereich in diesem ausgebildet sein. Die Ausnehmung 4 wird seitlich von Bereichen 5 begrenzt. In 1 ist lediglich einer der Bereiche 5 zu sehen; der andere Bereich 5 ist verdeckt und daher mit einer gestrichelten Bezugszeichenlinie versehen.
Nachfolgende Erläuterungen beziehen sich lediglich auf den in 1 zu sehenden Bereich 5, gelten aber genauso für den in 1 verdeckten Bereich 5.
In dem Bereich 5 sind zwei Z-Koppelungselemente 6 sowie zwei XZ-Koppelungselemente 7 vorgesehen. Die zwei XZ-Koppelungselemente 7 sind in der Längsrichtung X des Rumpfabschnitts 2 zwischen den zwei Z-Koppelungselementen 6 angeordnet.
Die Z- und XZ-Koppelungselemente 6, 7 verbinden den Rumpfabschnitt 2 mit dem Flügelabschnitt 3. Der Flügelabschnitt 3 ist der besseren Übersichtlichkeit halber in 1 von dem Rumpfabschnitt 2 beabstandet dargestellt ist. In dem verbundenen Zustand des Rumpfabschnitts 2 mit dem Flügelabschnitt 3 sitzt der Flügelabschnitt 3 auf dem Rumpfabschnitt 2 auf und überdeckt die Ausnehmung 4 und greift in diese ein.
Die Z- und XZ-Koppelungselemente 6, 7 können jeweils einen Beschlag 11, eine Stange 12 und einen Beschlag 13 aufweisen. Der Beschlag 11 ist an dem Rumpfabschnitt 2 fest angebracht und mittels einer Augen-Bolzen-Verbindung mit einem Ende der Stange 12 schwenkbar verbunden. Der Beschlag 13 ist an dem Flügelabschnitt 3 fest angebracht und mit dem anderen Ende der Stange 12 mittels einer Augen-Bolzen-Verbindung schwenkbar verbunden.
Die Verbindungsanordnung 1 weist weiterhin Y-Koppelungselemente auf, welche den Rumpfabschnitt 2 in dessen Querrichtung Y mit dem Flügelabschnitt 3 koppeln. Diese sind jedoch in den Figuren nicht dargestellt. Die Z-Koppelungselemente, XZ-Koppelungselemente und Y-Koppelungselemente sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei einem Defekt eines der Koppelungselemente die anderen Koppelungselemente eine Lasttragfähigkeit gewährleisten, welche ausreicht, um einen sicheren Normalflugbetrieb zu ermöglichen.
Die 2A–2C zeigen jeweils schematisch eine Seitenansicht aus 1 für verschiedene Anstellwinkel α.
Wie anhand der 2A–2C zu erkennen, koppeln die Z-Koppelungselemente 6 den Flügelabschnitt 3 mit dem Rumpfabschnitt in der Hochrichtung Z des Rumpfabschnitts 2. Die XZ-Koppelungselemente 7 verbinden den Flügelabschnitt 3 mit dem Rumpfabschnitt 2 sowohl in der Hochrichtung Z als auch in der Längsrichtung X des Rumpfabschnitts 2 und erstrecken sich dazu schräg in der XZ-Ebene. Die XZ-Koppelungselemente 7 sind dabei derart angeordnet, dass sich deren Kraftwirkungslinien 14 (also die Richtung, in welcher die XZ-Koppelungselemente 7 eine Kraft aufnehmen können) in einem Schnittpunkt 15, welcher in dem Flügelabschnitt 3 liegt, schneiden.
Die Z-Koppelungselemente 6 sind beispielsweise als Gewindespindeln ausgebildet, welche sich mittels Betätigung durch einen Elektromotor oder durch einen Hydraulikmotor in ihrer Länge L verstellen. Anstelle der Spindeln könnten auch Hydraulikzylinder eingesetzt werden. Die Längenänderung der Z-Koppelungselemente 6 geschieht dabei gegenläufig zueinander, so dass sich die Länge L des einen Z-Koppelungselements 6 verlängert bzw. verkürzt, wenn sich die Länge L des anderen Z-Koppelungselements 6 verkürzt bzw. verlängert. Somit wird der Flügelabschnitt 3 um eine Schwenkachse, welche sich in der Querrichtung Y des Rumpfabschnitts 2 erstreckt (also in Spannweitenrichtung), verschwenkt, wodurch sich der Anstellwinkel α des Flügelabschnitts 3 verstellt.
So zeigt beispielsweise 2A einen positiven Anstellwinkel α, 2B einen Anstellwinkel α gleich Null und 2C einen negativen Anstellwinkel α. Mit dem „Anstellwinkel α” ist der Winkel zwischen der Richtung der anströmenden Luft und der Profilsehne des Flügelprofils 16 gemeint. Durch Verstellen des Anstellwinkels wird der Auftrieb, den das Flugzeug 20, erfährt, eingestellt.
Daneben lässt sich mittels Verstellens des Anstellwinkels α auch die Orientierung des Rumpfabschnitts 2 bezüglich einer Horizontalen bzw. der Schwerkraftwirkrichtung G, siehe 3, verstellen.
3 zeigt schematisch in einer Seitenansicht ein Flugzeug 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Flugzeug 20 weist die Verbindungsanordnung 1 aus den 1–2C auf. Außerdem weist das Flugzeug 20 ein Schienensystem 21 in seinem Inneren 24 auf, welches zu einer Be- und Entladeöffnung 22 in dem Rumpfabschnitt 2 führt. Auf dem Schienensystem 21 ist eine Last 23 positioniert, welche, wenn die Längsrichtung X des Rumpfabschnitts 2 einen Winkel β größer 90° mit der Wirkrichtung der Gewichtskraft G bildet, in Richtung der Öffnung 22 rutscht (oder rollt) und damit abgeworfen werden kann, wie für die Ladung 23' in 3 dargestellt.
Genauso kann, was jedoch in den Figuren nicht weiter dargestellt ist, der Anstellwinkel α beim Landeanflug des Flugzeugs 20 derart angepasst werden, dass die Längsrichtung X des Rumpfabschnitts 2 bzw. des Flugzeugs 20 im Wesentlichen parallel zur Landebahn ist, so dass das Flugzeug 20 mit seinem Bugfahrwerk und seinem Hauptfahrwerk gleichzeitig aufsetzen kann.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass „ein” vorliegend keine Vielzahl ausschließt. Weiterhin gelten die für die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen entsprechend für das erfindungsgemäße Luft- oder Raumfahrzeug, das Verfahren zum Abwerfen von Lasten sowie das Verfahren zum Landen, und umgekehrt.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungsanordnung
2: Rumpfabschnitt
3: Flügelabschnitt
4: Ausnehmung
5: Bereich
6: Z-Koppelungselement
7: XZ-Koppelungselement
11: Beschlag
12: Stange
13: Beschlag
14: Kraftwirkungslinie
15: Schnittpunkt
16: Flügelprofil
20: Flugzeug, Luft- oder Raumfahrzeug
21: Schienensystem
22: Be- und Entladeöffnung
23: Last
23': Ladung
24: Flugzeuginneres, Frachtraum
G: Schwerkraftrichtung, Gewichtskraft
L: Länge
X: Längsrichtung
Y: Querrichtung
Z: Hochrichtung
α: Anstellwinkel
β: Winkel

Claims

Verbindungsanordnung (1), mit: einem Rumpfabschnitt (2); einem Flügelabschnitt (3), welcher an dem Rumpfabschnitt (2) in einem oberen Bereich (5) desselben angebracht ist; einem ersten Z-Koppelungselement (6), welches den Flügelabschnitt (3) mit den Rumpfabschnitt (2) in dessen Hochrichtung (Z) koppelt; und zwei XZ-Koppelungselementen (7), welche den Flügelabschnitt (3) mit dem Rumpfabschnitt (2) in dessen Hochrichtung (Z) und in dessen Längsrichtung (X) koppeln; wobei das erste Z-Koppelungselement (6) in der Hochrichtung (Z) längenverstellbar ausgebildet ist, um dadurch einen Anstellwinkel (α) des Flügelabschnitts (3) zu verstellen, wobei ein zweites Z-Koppelungselement (6) vorgesehen ist, welches zu dem ersten Z-Koppelungselement (6) gegenläufig längenverstellbar vorgesehen ist, die Vorrichtung weiter Y-Kopplungselemente aufweist, welche den Rumpfabschnitt (2) in dessen Querrichtung (Y) mit dem Flügelabschnitt (3) koppeln und die Z-Kopplungselemente (6), die XZ-Kopplungselemente (7) und die Y-Kopplungselemente derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Defekt eines der Kopplungselemente die anderen Kopplungselemente eine Lastfähigkeit gewährleisten, welche ausreicht, um einen sicheren Normalflugbetrieb zu ermöglichen.
Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Höhenverstellung ein elektrischer und/oder hydraulischer Stellantrieb vorgesehen ist.
Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb eine Gewindespindel und/oder einen Hydraulikzylinder aufweist.
Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden XZ-Koppelungselemente (7) derart angeordnet sind, dass sich deren Kraftwirkungslinien (14) in oder oberhalb des Flügelabschnitts (3) schneiden.
Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Z-Koppelungselement (6) in Längsrichtung (X) des Rumpfabschnitts (2) vor oder hinter den XZ-Koppelungselementen (7) angeordnet ist und/oder das erste Z-Koppelungselement (6) vor und das zweite Z-Koppelungselement (6) hinter den XZ-Koppelungselementen (7) angeordnet sind.
Verbindungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rumpfabschnitt (2) eine obere Ausnehmung (4) aufweist, welche der Flügelabschnitt (3) zumindest teilweise verdeckt und/oder in welche der Flügelabschnitt (3) zumindest teilweise von oben eingreift, wobei jeweils zwei der XZ-Koppelungselemente (7) und zumindest das erste Z-Koppelungselement (6) in gegenüberliegenden, seitlichen Bereichen (5) der Ausnehmung (4) angeordnet sind.
Luft- oder Raumfahrzeug (20), mit einer Verbindungsanordnung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Abwerfen von Lasten (23, 23') mittels eines Luft- oder Raumfahrzeugs (20) nach Anspruch 7, wobei zum Abwerfen von Lasten (23, 23') aus einem Frachtraum (24) des Luft- oder Raumfahrzeugs (20) der Anstellwinkel (α) des Flügelabschnitts (3) verändert wird.
Verfahren zum Landen eines Luft- oder Raumfahrzeugs (20) nach Anspruch 7, wobei der Anstellwinkel (α) des Flügelabschnitts (3) derart verändert wird, dass der Rumpfabschnitt (2) beim Landen im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.