DE102012111128B4 - Flugkörper - Google Patents

Abstract

Um einen Flugkörper, umfassend eine tragende Struktur, welche eine Hauptspantstruktur umfasst, wobei die Hauptspantstruktur mehrere Hauptspanten umfasst, welche eine Außenhaut des Flugkörpers stützen, wobei die Hauptspanten einen an der Außenhaut angeordneten Befestigungsbereich, einen der Außenhaut abgewandten und einem Innenraum des Flugkörpers zugewandten Stabilisierungsbereich und einen Stegbereich zur Verbindung des Befestigungsbereichs mit dem Stabilisierungsbereich aufweisen, zu schaffen, welcher eine tragende Struktur mit einer hohen Energieabsorptionsfähigkeit und geringer Masse aufweist, wird vorgeschlagen, dass die tragende Struktur eine Zusatzspantstruktur zur Verstärkung oder zur Kombination mit der Hauptspantstruktur umfasst, welche einen oder mehrere Zusatzspanten umfasst, wobei die Zusatzspanten zumindest abschnittsweise längs der Hauptspanten verlaufen und jeweils einen Stabilisierungsbereich aufweisen, welcher von dem Stabilisierungsbereich des jeweiligen Hauptspants beabstandet angeordnet ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flugkörper, beispielsweise ein Flugzeug. Der Flugkörper umfasst eine tragende Struktur, insbesondere einen Flugzeugrumpf eines Flugzeugs.
• Eine tragende Struktur eines Flugkörpers, insbesondere ein Flugzeugrumpf eines Flugzeugs, umfasst vorzugsweise eine Spantstruktur, an welcher eine Außenhaut des Flugkörpers angeordnet ist. Die tragende Struktur umfasst insbesondere eine Hauptspantstruktur, welche mehrere Hauptspanten umfasst, die eine Außenhaut des Flugkörpers stützen, wobei die Hauptspanten einen an der Außenhaut angeordneten Befestigungsbereich, einen der Außenhaut abgewandten und einem Innenraum des Flugkörpers zugewandten Stabilisierungsbereich und einen Stegbereich zur Verbindung des Befestigungsbereichs mit dem Stabilisierungsbereich aufweisen.
• Die EP 2 589 532 A2 , die DE 676 459 A , die DE 10 2006 002 248 B4 , die DE 10 2008 002 117 A1 und die DE 10 2007 019 692 B4 offenbaren verschiedene Ausführungsformen von Flugzeugrümpfen mit Spantstrukturen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugkörper bereitzustellen, welcher eine tragende Struktur mit einer hohen Energieabsorptionsfähigkeit im Crashfall und geringer Masse aufweist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flugkörper gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Dadurch, dass der erfindungsgemäße Flugkörper eine Zusatzspantstruktur umfasst, kann die Hauptspantstruktur insbesondere zur Aufnahme der im normalen Betrieb des Flugkörpers, insbesondere dem normalen Flugbetrieb des Flugkörpers, auftretenden Kräfte ausgelegt werden. Ein abruptes Versagen der Hauptspantstruktur im Crashfall des Flugkörpers, bei welchem die Hauptspantstruktur nur eine unzureichende Energiemenge aufnehmen könnte, wird vorzugsweise mittels der Zusatzspantstruktur verhindert und/oder kompensiert. Insgesamt kann die tragende Struktur des Flugkörpers somit zur sicheren Aufnahme von Personen oder Gegenständen auch im Crashfall eine große Energiemenge absorbieren.
• Mindestens ein Zusatzspant ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise innerhalb eines Hauptspants angeordnet.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Stabilisierungsbereich eines Zusatzspants zwischen einem Stabilisierungsbereich eines Hauptspants und der Außenhaut des Flugkörpers angeordnet ist.
• Der Stabilisierungsbereich des Zusatzspants ist vorzugsweise von der Außenhaut und von dem Stabilisierungsbereich des Hauptspants beabstandet angeordnet.
• Günstig kann es sein, wenn ein Stabilisierungsbereich eines Zusatzspants zumindest abschnittsweise und zumindest näherungsweise parallel zu einem Stabilisierungsbereich des Hauptspants und/oder parallel zu der Außenhaut des Flugkörpers verläuft.
• Unter einem parallelen Verlauf ist dabei in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein im Wesentlichen konstanter Abstand, insbesondere ein konstanter Abstand zueinander und/oder zu einer Symmetrieachse des Flugkörpers, insbesondere der tragenden Struktur, zu verstehen.
• Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen einem Stabilisierungsbereich eines Zusatzspants einerseits und einem Stabilisierungsbereich eines Hauptspants und/oder der Außenhaut andererseits in Spantlängsrichtung (Umfangsrichtung) variiert.
• Es kann vorgesehen sein, dass ein Zusatzspant einen Stegbereich aufweist, welcher mit dem Stegbereich eines Hauptspants verbunden ist und/oder welcher an dem Stegbereich des Hauptspants festgelegt ist.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Stegbereich eines Zusatzspants mit einem Stegbereich eines Hauptspants vernietet, verklebt und/oder verschweißt ist.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Zusatzspantstruktur mehrere Zusatzspanten umfasst, welche jeweils einem gemeinsamen Hauptspant zugeordnet sind.
• Die Stegbereiche der Zusatzspanten sind vorzugsweise miteinander und/oder mit den Stegbereichen des Hauptspants verbunden, insbesondere vernietet, verklebt und/oder verschweißt.
• Vorzugsweise sind Befestigungsbereiche der Zusatzspanten mit der Außenhaut und/oder mit Befestigungsbereichen des jeweiligen Hauptspants verbunden, insbesondere vernietet, verklebt und/oder verschweißt.
• Günstig kann es sein, wenn ein Hauptspant und ein oder mehrere Zusatzspanten und vorzugsweise auch die Außenhaut insbesondere ausschließlich mittels der Befestigungsbereiche oder an den Befestigungsbereichen des Hauptspants und der Zusatzspanten miteinander und/oder mit der Außenhaut verbunden sind.
• Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Stabilisierungsbereich eines Zusatzspants an dem Stegbereich eines Hauptspants festgelegt ist.
• Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass der Zusatzspant nicht direkt mit der Außenhaut und/oder nicht direkt mit dem Stabilisierungsbereich des Hauptspants verbunden ist.
• Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Zusatzspant zumindest näherungsweise dieselbe Querschnittsform aufweist wie ein Hauptspant. Auf diese Weise können die Zusatzspanten und die Hauptspanten insbesondere ineinander geschachtelt angeordnet werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass ein Hauptspant und/oder ein Zusatzspant einen im Wesentlichen offenen Querschnitt aufweist.
• Unter einem im Wesentlichen offenen Querschnitt eines Hauptspants und/oder eines Zusatzspants ist dabei insbesondere ein Querschnitt zu verstehen, welcher im montierten und/oder unmontierten Zustand des Hauptspants bzw. des Zusatzspants keinerlei Einschlüsse oder Hohlräume umfasst.
• Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Hauptspant und/oder ein Zusatzspant einen im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt aufweist.
• Unter einem im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt des Hauptspants und/oder des Zusatzspants ist dabei insbesondere ein Querschnitt zu verstehen, welcher im montierten und/oder unmontierten Zustand des Hauptspants bzw. des Zusatzspants einen geschlossenen Innenraum, insbesondere einen geschlossenen Hohlraum, umfasst.
• Es kann vorgesehen sein, dass ein Querschnitt eines Hauptspants und/oder ein Querschnitt eines Zusatzspants zumindest näherungsweise Omega-förmig ist.
• Ein solcher Hauptspant und/oder Zusatzspant weist insbesondere zwei Flansche zur Festlegung der Außenhaut oder an der Außenhaut auf, welche den Befestigungsbereich bilden. Ferner weisen solche Hauptspanten und/oder Zusatzspanten einen zwischen den zwei Flanschen, welche den Befestigungsbereich bilden, angeordneten, von der Außenhaut beabstandeten weiteren Flansch auf, welcher den Stabilisierungsbereich bildet. Die zwei Flansche, welche den Befestigungsbereich bilden, und der Flansch, welcher den Stabilisierungsbereich bildet, sind dabei mittels zweier Stege miteinander verbunden.
• Der Hauptspant und/oder der Zusatzspant ist insbesondere ein Omega-Profil.
• Günstig kann es sein, wenn einem Hauptspant zwei oder mehr Zusatzspanten zugeordnet sind.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Zusatzspanten in einem durch den Hauptspant und die Außenhaut des Flugkörpers gebildeten Innenraum angeordnet sind.
• Der Stabilisierungsbereich der Hauptspanten und/oder der Stabilisierungsbereich der Zusatzspanten ist vorzugsweise im Wesentlichen flach ausgebildet.
• Vorzugsweise verläuft der Stabilisierungsbereich der Hauptspanten und/oder der Stabilisierungsbereich der Zusatzspanten zumindest näherungsweise parallel zur Außenhaut.
• Günstig kann es sein, wenn ein Innenraum eines Hauptspants, ein Innenraum eines Zusatzspants und/oder ein Zwischenraum zwischen einem Hauptspant und einem Zusatzspant zumindest teilweise mit einer Füllung, insbesondere einer stabilisierenden Füllung, versehen ist.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Zwischenraum zwischen einem Stabilisierungsbereich eines Hauptspants und einem Stabilisierungsbereich eines Zusatzspants mit einer Füllung, insbesondere einer stabilisierenden Füllung, versehen ist.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Zwischenraum zwischen zwei Zusatzspanten mit einer, insbesondere stabilisierenden, Füllung versehen ist.
• Das Material einer solchen Füllung ist vorzugsweise ein bei Raumtemperatur und Normaldruck im festen Aggregatzustand vorliegendes Material.
• Günstig kann es sein, wenn die Füllung eine Wabenstruktur aufweist.
• Die Wabenstruktur ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass die stabilste Richtung der Wabenstruktur im Wesentlichen senkrecht zur Außenhaut und/oder senkrecht zu einer Oberfläche eines Stabilisierungsbereichs ausgerichtet ist.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten und/oder die Zusatzspanten ein faserverstärktes Material umfassen oder aus einem faserverstärkten Material gebildet sind.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten und/oder die Zusatzspanten ein metallisches Material umfassen oder aus einem metallischen Material gebildet sind.
• Günstig kann es sein, wenn die Zusatzspanten aus einem von dem Material der Hauptspanten verschiedenen Material gebildet sind.
• So kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Hauptspanten oder die Zusatzspanten aus einem faserverstärkten Material gebildet sind und dass die Zusatzspanten bzw. die Hauptspanten aus einem metallischen Material gebildet sind. Auf diese Weise können einerseits die duktilen Eigenschaften eines metallischen Materials und andererseits die hohe Stabilität eines faserverstärkten Materials zur Ausbildung eines stabilen und leichten Flugkörpers genutzt werden.
• Grundsätzlich können einzelne oder mehrere, insbesondere sämtliche, Hauptspanten und/oder Zusatzspanten einzelne oder mehrere der beschriebenen Merkmale aufweisen.
• Vorzugsweise sind sämtliche Hauptspanten Spanten der Hauptspantstruktur.
• Ferner sind vorzugsweise sämtliche Zusatzspanten Spanten der Zusatzspantstruktur.
• Die tragende Struktur des Flugkörpers umfasst vorzugsweise ferner Stringer, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Spanten, insbesondere den Hauptspanten und/oder den Zusatzspanten, verlaufen.
• Der erfindungsgemäße Flugkörper ist insbesondere ein Flugzeug, ein Helikopter, ein Luftschiff oder Ähnliches.
• Der Hauptspant und mindestens ein dem Hauptspant zugeordneter Zusatzspant sind vorzugsweise gestaffelt und/oder geschachtelt angeordnet. Vorzugsweise sind der Hauptspant und der mindestens eine dem Hauptspant zugeordnete Zusatzspant so angeordnet, dass im Falle einer Krafteinleitung im Crashfall die Spanten zeitlich versetzt nacheinander versagen.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten und die Zusatzspanten so angeordnet sind, dass im Crashfall zuerst ein Stabilisierungsbereich eines Hauptspants und anschließend nachfolgend der Stabilisierungsbereich des dem Hauptspant zugeordneten Zusatzspants bzw. die Stabilisierungsbereiche der dem Hauptspant zugeordneten Zusatzspanten versagen, insbesondere reißen und/oder brechen.
• Ein Stabilisierungsbereich eines Hauptspants und/oder ein Stabilisierungsbereich eines Zusatzspants kann beispielsweise ein faserverstärktes Material umfassen, beispielsweise ein Gewebe und/oder ein Geflecht aufweisen, dessen Fasern oder Fäden einen Winkel von beispielsweise ungefähr 45° mit einer Längsrichtung des Hauptspants bzw. des Zusatzspants (insbesondere die Umfangsrichtung des Flugkörpers) einschließen.
• Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das faserverstärkte Material Fasern oder Fäden eines Gewebes oder Lagen umfasst, welche zueinander um jeweils 90° versetzt sind und mit der Längsrichtung des Hauptspants bzw. des Zusatzspants einen Winkel von ungefähr 45° einschließen.
• Günstig kann es sein, wenn Befestigungsstellen zur Befestigung der Außenhaut an den Hauptspanten und/oder an den Zusatzspanten gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
• Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Befestigungsstellen zur Befestigung der Außenhaut an den Hauptspanten und/oder an den Zusatzspanten ungleichmäßig verteilt sind, so dass stabilere Bereiche und einfacher verformbare Bereiche gebildet sind. Die einfacher verformbaren Bereiche dienen vorzugsweise zur gezielten Energieabsorption im Crashfall.
• Günstig kann es sein, wenn Befestigungsstellen zur Verbindung der Zusatzspanten mit den Hauptspanten gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
• Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Befestigungsstellen zur Verbindung der Zusatzspanten mit den Hauptspanten ungleichmäßig verteilt angeordnet sind, so dass stabilere Bereiche und einfacher verformbare Bereiche der tragenden Struktur gebildet sind. In den einfacher verformbaren Bereichen der Hauptspanten und/oder der Zusatzspanten erfolgt vorzugsweise eine gezielte Energieabsorption im Crashfall.
• Aus Sicherheits- bzw. Zulassungsgründen ist die Materialauswahl für die Hauptspanten eingeschränkt. Durch die Verwendung von Zusatzspanten, für welche diese Einschränkung nicht gilt, können Materialien zur Stabilisierung und/oder Energieabsorption herangezogen werden, welche für Primärstrukturen bislang nicht qualifiziert sind.
• Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Zusatzspant ein zähfaserverstärktes Material umfasst oder aus zähfaserverstärktem Material (Aramid, PP, PE und Ähnliche) gebildet ist.
• Ferner kann der erfindungsgemäße Flugkörper vorzugsweise einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
  Die Hauptspanten und/oder die Zusatzspanten umfassen vorzugsweise ein sprödes Material, beispielsweise ein kohlenstofffaserverstärktes Kunststoffmaterial (CFK).
• Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten und/oder die Zusatzspanten aus einem duktilen, plastischen Material, beispielsweise aus Aluminium, gebildet sind oder ein solches Material umfassen.
• Durch die erfindungsgemäße Zusatzspantstruktur kann insbesondere bei der Verwendung von spröden Werkstoffen für die Hauptspanten vorzugsweise verhindert werden, dass nach einem Versagen der Hauptspanten nur noch eine sehr geringe Energieabsorption mittels der tragenden Struktur möglich ist. Insbesondere kann durch die Zusatzspantstruktur ein schlagartiger Abfall der Energieaufnahmekapazität der Hauptspantstruktur kompensiert werden.
• Die Zusatzspanten sind vorzugsweise Spanten, welche im Wesentlichen den Hauptspanten entsprechen, jedoch insbesondere eine reduzierte Höhe aufweisen. Die Zusatzspanten erreichen somit bei einer Biegebelastung ihre Bruchdehnung bei einem höheren Biegewinkel. Der Biegewinkel, bei welchem die Bruchdehnung eintritt, steht insbesondere im geometrischen Verhältnis zur Höhe des jeweiligen Spants.
• Die Hauptspanten sind vorzugsweise statisch dimensionierte Spanten, welche insbesondere der Aufnahme der im Normalbetrieb des Flugkörpers auftretenden Kräfte dienen.
• Wenn die Hauptspanten im Crashfall versagen, übernehmen die Zusatzspanten vorzugsweise zunächst eine gewisse Tragfunktion auf reduziertem Lastniveau. Bei weiterer Zunahme der Belastung, insbesondere eines Biegewinkels, nähert sich die Dehnung im Zusatzspant mit der größten Höhe der Bruchdehnung. Nach Versagen des Zusatzspants mit der größten Höhe übernehmen vorzugsweise die weiteren Zusatzspanten mit reduzierter Höhe die Restlast.
• Vorzugsweise werden sukzessive nacheinander die Spanten mit abnehmender Höhe belastet, insbesondere bis zu hohen Dehnungen und bis zum jeweiligen Bruch.
• Durch die Verwendung einer Hauptspantstruktur und einer Zusatzspantstruktur werden vorzugsweise die statischen Anforderungen und die Crashanforderungen voneinander entkoppelt. Die Zusatzspantstruktur ist dann vorzugsweise eine Sekundärstruktur mit reduzierten Anforderungen hinsichtlich der Qualifizierung und Zertifizierung.
• Die Zusatzspanten weisen vorzugsweise ein Material und/oder eine Materialausrichtung auf, welches eine hohe Bruchdehnung ermöglicht.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zusatzspanten ein Material mit einer reduzierten Steifigkeit umfassen. Hierdurch kann die durch die Zusatzspantstruktur resultierende Zusatzsteifigkeit und somit der Einfluss der Zusatzspantstruktur auf die tragende Struktur reduziert werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten und die Zusatzspanten im Bereich der Stege und/oder im Befestigungsbereich miteinander und/oder mit der Außenhaut verbunden sind.
• Die Zusatzspanten erstrecken sich vorzugsweise in einem unteren Bereich der tragenden Struktur des Flugkörpers, beispielsweise in einer bezüglich der Schwerkraftrichtung im Stillstand des Flugkörpers unteren Hälfte, insbesondere einem unteren Drittel, der tragenden Struktur des Flugkörpers oder sind in der unteren Hälfte, insbesondere dem unteren Drittel, der tragenden Struktur des Flugkörpers angeordnet.
• Insbesondere sind die Zusatzspanten in einem Bereich zwischen vertikalen Streben zur Abstützung eines Fußbodens des Flugkörpers angeordnet.
• Die Zusatzspanten weisen vorzugsweise Endbereiche mit reduzierter Materialstärke, reduzierter Höhe und/oder verändertem Querschnitt auf, so dass ein Steifigkeitssprung der tragenden Struktur am Ende der Zusatzspanten vorzugsweise reduziert, insbesondere ganz vermieden, wird.
• Vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens ein Stabilisierungsbereich mit einer Verstärkungsstruktur, beispielsweise einer Längsfalte oder einem Bördel, versehen ist. Hierdurch kann die Steifigkeit und/oder Stabilität des jeweiligen Zusatzspants bzw. des jeweiligen Hauptspants erhöht werden.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten und/oder die Zusatzspanten Beulversteifungen aufweisen, insbesondere um Instabilitäten bei Druckbelastung zu vermeiden. Insbesondere können hierzu Hohlräume in den Spanten und/oder zwischen den Spanten mit einer Füllung versehen werden. Beispielsweise kann hierzu eine Füllung mit Wabenstrukturen und/oder einem Schaum vorgesehen sein.
• Als Beulversteifung kann ferner eine Verstärkungsstruktur des Stabilisierungsbereichs vorgesehen sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Flanschlaminat, welches den Stabilisierungsbereich bildet, beispielsweise in der Flanschmitte zu einer Längsfalte zusammengeführt ist und nach Infiltration bzw. Aushärtung einen beulversteifenden Steg bildet. Insbesondere im Falle von metallischen Spanten kann eine Umformung mit einem Bördel in einer Mitte des Stabilisierungsbereichs, insbesondere in der Flanschmitte, vorgesehen sein.
• Vorzugsweise überspannen die Zusatzspanten einen großen Einbaubereich, so dass große mögliche Versagensbereiche gebildet werden und keine gezielte Schadensinitiierung (Triggerung) erfolgen muss, um eine ausreichende Energiemenge absorbieren zu können.
• Der erfindungsgemäße Flugkörper bietet insbesondere ein Energieabsorptionskonzept für Spantbiege-Versagensmechanismen, dessen Funktionalität auch für eine reine CFK-Bauweise gegeben ist.
• Auch bei relativ hohen Biegewinkeln ist vorzugsweise eine hohe Energiemenge absorbierbar.
• Durch mehrere unterschiedliche Parameter, beispielsweise die Spanthöhen, die Materialstärke, die Materialwahl und/oder den Abstand der Befestigungsstellen (Anbindungspunkte) zwischen den Hauptspanten und den Zusatzspanten voneinander, ist vorzugsweise ein Restlastniveau im Nachbruchbereich, insbesondere nach Versagen des Hauptspants, einstellbar.
• Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
• In den Zeichnungen zeigen:
• 1 einen schematischen vertikalen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Flugkörpers, welcher eine tragende Struktur umfasst, die eine Hauptspantstruktur und eine Zusatzspantstruktur umfasst;
• 2 eine schematische Darstellung einer Biegung der tragenden Struktur, wobei Stabilisierungsbereiche der Spanten auf Zug belastet wurden;
• 3 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung einer Biegung der tragenden Struktur, wobei die Stabilisierungsbereiche der Spanten auf Druck belastet wurden;
• 4 eine schematische Darstellung eines Spants zur Illustration einer Biegebelastung, wobei der Spant im Ausgangszustand vorliegt;
• 5 eine der 4 entsprechende schematische Darstellung zweier Spanten mit unterschiedlichen Höhen zur Illustration der Auswirkung einer Biegebelastung mit Zuglasten im Stabilisierungsbereich;
• 6 einen schematischen Querschnitt durch einen Hauptspant der Hauptspantstruktur des Flugkörpers aus 1 längs der Linie 6-6 in 1, wobei keine Zusatzspantstruktur vorgesehen ist;
• 7 einen der 6 entsprechenden schematischen Querschnitt durch einen Hauptspant der Hauptspantstruktur des Flugkörpers aus 1 längs der Linie 7-7 in 1, wobei eine Zusatzspantstruktur mit zwei Zusatzspanten vorgesehen ist;
• 8 ein Diagramm zur Darstellung eines Momentenverlaufs in Abhängigkeit von einer Biegebelastung der Spanten, wobei bis zum Spantbruch bei Erreichen der Bruchdehnung eine lineare Momentenzunahme angenommen wird;
• 9 ein der 8 entsprechendes Diagramm, wobei vor Erreichen einer Bruchdehnung eine nichtlineare Momentenentwicklung der Zusatzspanten angenommen wird;
• 10 ein der 8 entsprechendes Diagramm, wobei für einen ersten Zusatzspant eine stark nichtlineare Momententwicklung angenommen wird;
• 11 eine der 7 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei die Zusatzspanten keine parallel zur Außenhaut verlaufenden Befestigungsbereiche aufweisen;
• 12 eine der 7 entsprechende schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei Zusatzspanten mit Stützbereichen vorgesehen sind;
• 13 eine der 11 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei die Zusatzspanten Stegbereiche mit Verstärkungsabschnitten umfassen;
• 14 eine der 11 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei Stegbereiche der Hauptspanten und der Zusatzspanten mittels Nietverbindungen miteinander verbunden sind;
• 15 eine der 11 entsprechende schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei Stegbereiche der Hauptspanten und der Zusatzspanten stoffschlüssig miteinander verbunden sind;
• 16 eine der 14 entsprechende schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei jeder Zusatzspant mittels Nietverbindungen direkt an den Stegbereichen des Hauptspants festgelegt ist;
• 17 eine der 16 entsprechende schematische Darstellung einer achten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei die Zusatzspanten jeweils direkt stoffschlüssig mit den Stegbereichen des Hauptspants verbunden sind;
• 18 eine der 7 entsprechende schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform eines Flugkörpers, wobei ein Zwischenraum zwischen den Zusatzspanten und ein Zwischenraum zwischen dem Hauptspant und den Zusatzspanten mit einer stabilisierenden Füllung versehen ist und wobei ein Zusatzspant mit einem Verstärkungsbereich versehen ist;
• 19 eine schematische Seitenansicht einer zehnten Ausführungsform eines Flugkörpers, bei welchem mittels Nietverbindungen stabilere Bereiche und einfacher verformbare Bereiche gebildet sind;
• 20 eine der 19 entsprechende schematische Darstellung einer elften Ausführungsform eines Flugkörpers, bei welcher gleichmäßig verteilt angeordnete Nietverbindungen zur Verbindung der Zusatzspanten mit dem Hauptspant vorgesehen sind;
• 21 eine der 19 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei der Hauptspant und die Zusatzspanten in einem Ausgangszustand vorliegen;
• 22 eine der 7 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei gemäß 21 die Zusatzspanten und der Hauptspant im Ausgangszustand vorliegen;
• 23 eine der 21 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei der Hauptspant im betrachteten Querschnitt teilweise versagt hat;
• 24 eine der 22 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei gemäß 23 der Hauptspant teilweise versagt hat;
• 25 eine der 21 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei der Hauptspant und ein erster Zusatzspant teilweise versagt haben;
• 26 eine der 22 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei gemäß 25 der Hauptspant und der erste Zusatzspant teilweise versagt haben;
• 27 eine der 21 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei sämtliche Spanten vollständig versagt haben; und
• 28 eine der 22 entsprechende schematische Darstellung der zehnten Ausführungsform des Flugkörpers, wobei gemäß 27 sämtliche Spanten vollständig versagt haben.
• Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
• Eine in den 1 bis 7 dargestellte erste Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Flugkörpers umfasst eine tragende Struktur 102, welche eine Hauptspantstruktur 104 umfasst.
• Die tragende Struktur 102 ist insbesondere eine tragende Struktur 102 eines Rumpfs 106 eines als Flugzeug 108 ausgebildeten Flugkörpers 100.
• Der Rumpf 106 ist insbesondere zumindest abschnittsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.
• Die tragende Struktur 102 umfasst eine Gerüststruktur 110, welche die Hauptspantstruktur 104 und eine (nicht dargestellte) Stringerstruktur umfasst.
• Die tragende Struktur 102, insbesondere die Gerüststruktur 110, ist im montierten Zustand des Flugkörpers 100 von einer Außenhaut 112 des Flugkörpers 100, insbesondere einer Rumpfhaut 114 des Rumpfs 106 des Flugzeugs 108, umgeben.
• Ein Rumpf-Innenraum 116 des Rumpfs 106 des Flugkörpers 100 umfasst beispielsweise einen Passagierraum 118 und einen Frachtraum 120.
• Der Passagierraum 118 und der Frachtraum 120 sind mittels eines Passagierraumbodens 122 voneinander getrennt.
• Der Passagierraumboden 122 umfasst insbesondere mehrere im Wesentlichen horizontale Querträger 124.
• Die Querträger 124 können mittels Vertikalstreben 126 abgestützt sein.
• Die Begriffe „horizontal” und „vertikal” beziehen sich dabei auf die Orientierung des Flugkörpers 100, insbesondere des Flugzeugs 108, in einem Wartezustand auf dem Boden, beispielsweise während des Ein- oder Aussteigens von Passagieren.
• Ferner umfasst der Flugkörper 100 einen Frachtraumboden 128, welcher mehrere horizontal ausgerichtete Querträger 130 umfassen kann.
• Die Hauptspantstruktur 104 des Flugkörpers 100 umfasst eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Hauptspanten 132.
• Die Hauptspanten 132 sind im Wesentlichen ringförmig ausgebildet.
• Insbesondere sind die Hauptspanten 132 im Wesentlichen konzentrisch zueinander und bezüglich einer Flugkörper-Längsachse 134 des Flugkörpers 100 hintereinander angeordnet.
• Die Flugkörper-Längsachse 134 bildet vorzugsweise eine Symmetrieachse 136 des Flugkörpers 100, insbesondere eine Rotationsachse 138 der Hauptspanten 132.
• Wie 1 zu entnehmen ist, umfasst die tragende Struktur 102 des Flugkörpers 100 ferner eine Zusatzspantstruktur 140, mittels welcher die Hauptspantstruktur 104 zumindest abschnittsweise verstärkt und/oder kombiniert ist.
• Die Zusatzspantstruktur 140 umfasst mehrere Zusatzspanten 142, insbesondere einen oder mehrere Zusatzspanten 142 für jeden Hauptspant 132.
• Die Zusatzspantstruktur 140 erstreckt sich in einer Umfangsrichtung 144 der Hauptspanten 132 insbesondere von einem Anbindungsbereich 146 einer Vertikalstrebe 126 an dem Hauptspant 132 bis zu einem Anbindungsbereich 146 einer weiteren Vertikalstrebe 126 an demselben Hauptspant 132.
• Durch die Ringform der Hauptspanten 132 und die hieran angepasste Form der Zusatzspanten 142 sowie die Anbindung der Vertikalstreben 126 und der Querträger 130 des Frachtraumbodens 128 an die Hauptspanten 132 und/oder die Zusatzspanten 142 ergeben sich lokal unterschiedliche Verformungen der tragenden Struktur 102, wenn der Flugkörper 100 unerwünschterweise mit dem Rumpf 106 auf dem Boden aufschlägt.
• Wie insbesondere den 1 bis 3 zu entnehmen ist, ergeben sich hierdurch insbesondere öffnende Bereiche 148 (siehe 2), bei welchen ein (noch zu beschreibender) Stabilisierungsbereich der Spanten auf Zug beansprucht wird, und schließende Bereiche 150 (siehe 3), bei welchen die Stabilisierungsbereiche auf Druck beansprucht werden.
• Wie insbesondere den 4 und 5 zu entnehmen ist, welche eine Seitenansicht eines Hauptspants und eines Zusatzspants (gestrichelt dargestellt) bei Beanspruchung auf Zug darstellen, lässt sich ein Spant bei einer vorgegebenen Verformungslänge L beispielsweise auf eine Länge L' dehnen, wenn der Spant um einen Rotationspunkt (in 5 nicht dargestellt) gebogen wird.
• Wie insbesondere 5 zu entnehmen ist, hängt der Biegewinkel φ bzw. φ' insbesondere von der Höhe H₁ oder H₂ des Spants ab.
• In Abhängigkeit von dem Abstand der Stabilisierungsbereiche 156 zur Außenhaut 112 (entspricht der Höhe H₁ bzw. H₂ des jeweiligen Spantes), können bei gleicher Materialdehnung somit unterschiedliche Biegewinkel (Rotationswinkel) φ, φ' realisiert werden. Insbesondere können hierdurch gestaffelte Versagensmechanismen erzeugt werden.
• Die Darstellung in den 4 und 5 dient lediglich der Illustration. Vorzugsweise liegt ein Rotationspunkt in der Außenhaut 112 des Flugkörpers 100.
• Wie insbesondere den 6 und 7 zu entnehmen ist, weisen die Hauptspanten 132 und die Zusatzspanten 142 zumindest näherungsweise denselben Querschnitt auf.
• Insbesondere sind die Querschnitte der Hauptspanten 132 und der Zusatzspanten 142 bei der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform des Flugkörpers 100 im Wesentlichen Omega-förmig.
• 6 zeigt beispielsweise einen Querschnitt des Hauptspants 132 im Bereich des Passagierraums 118, in welchem kein Zusatzspant 142 angeordnet ist.
• 7 zeigt einen Querschnitt des Hauptspants 132 im Bereich des Frachtraums 120, insbesondere zwischen den Vertikalstreben 126, in welchem der Hauptspant 132 mittels zweier Zusatzspanten 142 kombiniert ist.
• Der Hauptspant 132 umfasst zwei Befestigungsbereiche 152, an welchen die Außenhaut 112 des Flugkörpers 100 festlegbar ist.
• Die Befestigungsbereiche 152 sind beispielsweise als Flansche 154 ausgebildet und verlaufen im Wesentlichen parallel zur Außenhaut 112.
• Unter „parallel” ist dabei insbesondere ein im Wesentlichen konstanter Abstand zweier Teile längs deren Verläufe zu verstehen.
• Insbesondere dann, wenn die Bauteile zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet sind, ist unter einem im Wesentlichen parallelen Verlauf oder einer im Wesentlichen parallelen Anordnung eine Anordnung derart zu verstehen, dass die im Wesentlichen parallelen Abschnitte zumindest näherungsweise dieselbe Rotationsachse 138 aufweisen.
• Zwischen den Befestigungsbereichen 152 des Hauptspants 132 und beabstandet von der Außenhaut 112 ist ein Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 vorgesehen, welcher im Wesentlichen parallel zu den Befestigungsbereichen 152 und parallel zur Außenhaut 112 verläuft.
• Der Stabilisierungsbereich 156 ist vorzugsweise ebenfalls als ein Flansch 158 ausgebildet.
• Der Stabilisierungsbereich 156 ist mittels Stegbereichen 160 des Hauptspants 132 mit den Befestigungsbereichen 152 verbunden.
• Die Befestigungsbereiche 152, die Stegbereiche 160 und der Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 bilden dabei zumindest näherungsweise ein Omega-Profil und weisen somit einen im Wesentlichen Omega-förmigen Querschnitt auf.
• Im montierten Zustand des Flugkörpers 100 schließen der Hauptspant 132 und die Außenhaut 112 einen Hauptspant-Innenraum 162 ein.
• Die Hauptspantstruktur 104 der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform des Flugkörpers 100 ist somit eine geschlossene Hauptspantstruktur 104.
• Bei einer (nicht dargestellten) weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die geschlossene Struktur durch einen bereits für sich genommenen geschlossenen Hauptspant 132 gebildet ist. Ein solcher Hauptspant 132 kann beispielsweise als ein Rechteckprofil ausgebildet sein. Auch die Zusatzspanten 142 können beispielsweise als ein Rechteckprofil ausgebildet sein.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hauptspantstruktur 104 und/oder die Zusatzspantstruktur 140 eine offene Spantstruktur aufweisen.
• Wie 7 zu entnehmen ist, unterscheiden sich die Zusatzspanten 142 von dem Hauptspant 132 im Wesentlichen nur durch die unterschiedliche Höhe H.
• Der Hauptspant 132, ein erster Zusatzspant 142a und ein zweiter Zusatzspant 142b weisen Stabilisierungsbereiche 156 in unterschiedlichen Abständen (Höhen) H₁, H₂, H₃ von der Außenhaut 112 auf.
• Mittels der Befestigungsbereiche 152 des Hauptspants 132 und der Zusatzspanten 142a, 142b sind sämtliche dieser Spanten miteinander und mit der Außenhaut 112 verbunden.
• Beispielsweise kann hierzu eine Schweißverbindung, eine Nietverbindung und/oder eine Klebeverbindung vorgesehen sein.
• Die Stegbereiche 160 des Hauptspants 132, des ersten Zusatzspants 142a und/oder des zweiten Zusatzspants 142b sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und liegen vorzugsweise zumindest abschnittsweise aneinander an.
• Durch die schräge Ausgestaltung der Stegbereiche 160 und die unterschiedlichen Höhen H₁, H₂, H₃ der Stabilisierungsbereiche 156 weisen die Stabilisierungsbereiche 156 vorzugsweise voneinander verschiedene Breiten B auf.
• Der Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 weist eine Breite B₁ auf, welche vorzugsweise kleiner ist als eine Breite B₂ des Stabilisierungsbereichs 156 des ersten Zusatzspants 142a und/oder als eine Breite B₃ des Stabilisierungsbereichs 156 des zweiten Zusatzspants 142b.
• Die Breite B₂ des Stabilisierungsbereichs 156 des ersten Zusatzspants 142a ist vorzugsweise kleiner als die Breite B₃ des Stabilisierungsbereichs 156 des zweiten Zusatzspants 142b.
• Die Befestigungsbereiche 152 schließen mit den Stegbereichen 160 vorzugsweise einen Winkel von mindestens ungefähr 90°, beispielsweise ungefähr 120°, ein.
• Ferner beträgt ein Winkel zwischen dem Stabilisierungsbereich 156 und den Stegbereichen 160 vorzugsweise mindestens ungefähr 90°, beispielsweise ungefähr 120°.
• Wenn die tragende Struktur 102 des Flugkörpers 100 gemäß den 1 bis 7 so belastet wird, dass die Stabilisierungsbereiche 156 der Hauptspanten 132 und der Zusatzspanten 142 auf Zug beansprucht werden, so ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Höhen H₁, H₂, H₃ bei beispielsweise linearer Dehnung bis zum Bruchversagen die in 8 schematisch dargestellte Energieabsorptionskurve 164.
• Die Energieabsorptionskurve 164 ist in einem Diagramm dargestellt, welches den Momentenverlauf in Abhängigkeit von der Biegung der tragenden Struktur 102 (Rotation) darstellt.
• Die insgesamt absorbierte Energie entspricht der Fläche unter der Energieabsorptionskurve 164.
• Die Energieabsorptionskurve 164 setzt sich aus drei Abschnitten 164a, 164b und 164c zusammen.
• Der erste Abschnitt 164a ist dem Hauptspant 132 zuzuordnen.
• Aufgrund der Höhe H₁ des Hauptspants 132 erfolgt eine Belastung zunächst im Bereich des Hauptspants 132, wodurch der Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 gedehnt wird, bis er schließlich reißt und der Hauptspant 132 somit versagt.
• Dieses Verhalten des Hauptspants 132 gibt die Lastspitze (Peak) in Abschnitt 164a der Energieabsorptionskurve 164 wieder.
• Wenn der Hauptspant 132 gebrochen ist, wird weitere Energie mittels der Zusatzspanten 142a, 142b absorbiert.
• Der Abschnitt 164b der Energieabsorptionskurve 164 ist dabei dem ersten Zusatzspant 142a zugeordnet.
• Die Lastspitze in Abschnitt 164b der Energieabsorptionskurve 164 ergibt sich somit durch eine zunehmende Energieabsorption mittels des Stabilisierungsbereichs 156 des ersten Zusatzspants 142a, bis dieser reißt oder bricht.
• Weiterhin wird dann mittels des zweiten Zusatzspants 142b Energie aufgenommen, was durch den dritten Abschnitt 164c der Energieabsorptionskurve 164 dargestellt ist. Die Lastspitze des Abschnitts 164c der Energieabsorptionskurve 164 ist dabei auf die zunehmende Energieaufnahme mittels des Stabilisierungsbereichs 156 des zweiten Zusatzspants 142b zurückzuführen, bis der Stabilisierungsbereich 156 des zweiten Zusatzspants 142b versagt.
• Die in 8 dargestellte Energieabsorptionskurve 164 geht von einem linearen Momentenzuwachs bis zur Bruchdehnung aus.
• Bei einem nichtlinearen Dehnungsverhalten ergibt sich eine Abflachung der beschriebenen Lastverläufe (der Energieabsorptionskurve 164).
• Durch die Wahl unterschiedlicher Materialien kann so gezielt eine Energieabsorptionskurve 164 eingestellt werden.
• In 9 ist ein Diagramm mit einer Energieabsorptionskurve 164 dargestellt, bei welcher der erste Zusatzspant 142a und der zweite Zusatzspant 142b jeweils zunächst im linearen Bereich gedehnt werden und anschließend in einen nichtlinearen Dehnungsbereich übergehen.
• In 10 ist ein Diagramm mit einer Energieabsorptionskurve 164 dargestellt, bei welchem der erste Zusatzspant 142a bereits vor dem Versagen des Hauptspants 132 in den nichtlinearen Dehnungsbereich übergeht. Hierdurch kann zumindest näherungsweise ein im Wesentlichen plateauartiges Restlastniveau erzielt werden.
• Der Hauptspant 132 ist vorzugsweise statisch ausgelegt, so dass er im Normalbetrieb des Flugkörpers 100 auftretende Lasten aufnehmen und übertragen kann.
• Die Zusatzspanten 142 dienen vorzugsweise der Aufnahme von Energie im Crashfall.
• Die Festigkeitsanforderungen und die Energieabsorptionsanforderungen im Crashfall sind somit vorzugsweise entkoppelt.
• Günstig kann es sein, wenn der Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 einen hohen Anteil an 0°-Lagen eines faserverstärkten oder gewebeverstärkten Materials umfasst. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Steifigkeit gewährleistet werden.
• Die Stabilisierungsbereiche 156 der Zusatzspanten 142 weisen vorzugsweise einen hohen Anteil an ±45°-Lagen eines faserverstärkten oder gewebeverstärkten Materials auf. Hierdurch kann eine erhöhte Bruchdehnung der Zusatzspanten 142 bei gleichzeitig reduzierter Steifigkeit erzielt werden.
• Als Material für die Zusatzspanten kann insbesondere Faserverbundmaterial mit Fasern aus Aramid oder hochfestem Polyethylen, beispielsweise hochkristallines, hochverstrecktes, ultrahochmolekulares Polyethylen sowie Polypropylen, beispielsweise Polypropylen-Thermoplast, oder Vergleichbares, verwendet werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zusatzspanten 142 aus Metall gebildet sind oder metallische Anteile umfassen.
• Eine in 11 dargestellte zweite Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Zusatzspanten 142 keine Befestigungsbereiche 152 umfassen. Die Zusatzspanten 142 sind vorzugsweise mittels der Stegbereiche 160 der Zusatzspanten 142 mit den Stegbereichen 160 des Hauptspants 132 verbunden.
• Die in 11 dargestellte zweite Ausführungsform des Flugkörpers 100 ermöglicht insbesondere eine einfache Herstellung der Spanten und/oder des Flugkörpers 100. Ferner kann hierdurch eine zusätzliche Entkopplung der Zusatzspanten 142 von den Hauptspanten 132, insbesondere von der Verbindung der Hauptspanten 132 mit der Außenhaut 112 des Flugkörpers 100, ermöglicht werden.
• Im Übrigen stimmt die in 11 dargestellte zweite Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 12 dargestellte dritte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 11 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Zusatzspanten 142 jeweils zweiteilig ausgebildet sind, wobei jeweils ein dem Rumpfinnenraum 116 zugewandter innerer Teil 166 und ein der Außenhaut 112 zugewandter äußerer Teil 168 vorgesehen sind.
• Der äußere Teil 168 eines Zusatzspants 142 weist Stegbereiche 160 auf, welche sich im Wesentlichen von der Außenhaut 112 bis zum Stabilisierungsbereich 156 des Zusatzspants 142 erstrecken.
• Ferner umfasst der äußere Teil 168 des Zusatzspants 142 einen Stabilisierungsbereich 156.
• Der innere Teil 166 der Zusatzspanten 142 umfasst ebenfalls einen Stabilisierungsbereich 156 und ferner Stützbereiche 170, welche sich ausgehend von dem jeweiligen Stabilisierungsbereich 156 eines Zusatzspants 142 bis zu dem Stabilisierungsbereich 156 des nächsthöheren Spants, insbesondere des nächsthöheren Zusatzspants 142 oder des Hauptspants 132, erstrecken.
• Mittels der Stegbereiche 160 und der Stützbereiche 170 des ersten Zusatzspants 142a werden somit die Stegbereiche 160 des Hauptspants 132 über die jeweilige gesamte Länge zusätzlich gestützt.
• Ferner werden die Stegbereiche 160 des ersten Zusatzspants 142a über deren gesamte Länge mittels der Stegbereiche 160 und der Stützbereiche 170 des zweiten Zusatzspants 142b zusätzlich gestützt.
• Die inneren Teile 166 und die äußeren Teile 168 der Zusatzspanten 142 weisen zumindest näherungsweise jeweils einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf.
• Die Stegbereiche 160 und/oder die Stützbereiche 170 können beispielsweise mittels Nietverbindungen und/oder mittels Klebeverbindungen miteinander verbunden sein.
• Bei der in 12 dargestellten dritten Ausführungsform des Flugkörpers 100 können insbesondere die Stegbereiche 160 des Hauptspants 132 verstärkt werden, so dass ein Rissfortschritt entlang der Stegbereiche 160 nach einem Versagen des Stabilisierungsbereichs 156 des Hauptspants 132 verlangsamt werden kann.
• Im Übrigen stimmt die in 12 dargestellte dritte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 11 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 13 dargestellte vierte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 11 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass Enden 172 der Stegbereiche 160 der Zusatzspanten 142, welche der Außenhaut 112 des Flugkörpers 100 zugewandt angeordnet sind, verstärkt ausgebildet sind.
• Die Stegbereiche 160 der Zusatzspanten 142 weisen somit Verstärkungsabschnitte 174 auf.
• Hierdurch kann eine Steifigkeit und/oder eine Festigkeit der Zusatzspanten 142 erhöht werden.
• Insbesondere dann, wenn die Zusatzspanten 142 aus einem faserverstärkten Material gebildet sind, kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungsabschnitte 174 durch zusätzliche 0°-Lagen, d. h. Lagen, welche parallel zur Außenhaut 112 und längs der Umfangsrichtung 144 ausgerichtet sind, gebildet werden.
• Im Übrigen stimmt die in 13 dargestellte vierte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 11 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 14 dargestellte fünfte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 11 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Zusatzspanten 142 und der Hauptspant 132 mittels Nietverbindungen 176 an mehreren Befestigungsstellen 178, insbesondere an den Stegbereichen 160, miteinander verbunden sind.
• Im Übrigen stimmt die in 14 dargestellte fünfte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 11 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 15 dargestellte sechste Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 14 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Verbindung der Zusatzspanten 142 miteinander und mit den Hauptspant 132 eine stoffschlüssige Verbindung ist.
• Insbesondere kann dann, wenn der Hauptspant 132 und die Zusatzspanten 142 in Faserverbundbauweise gebildet sind, eine stoffschlüssige Verbindung durch Co-Curing oder Co-Bonding hergestellt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hauptspanten 142 und der Zusatzspant 132 durch zusätzliche dreidimensionale Verstärkungen, beispielsweise durch eine zusätzliche Vernähung, miteinander verbunden sind.
• Im Übrigen stimmt die in 15 dargestellte sechste Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 14 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 16 dargestellte siebte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 14 dargestellten fünften Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Stegbereiche 160 der Zusatzspanten 142 sich nicht bis zu der Außenhaut 112 erstrecken.
• Die Stegbereiche 160 des ersten Zusatzspants 142a erstrecken sich bis zu dem Stabilisierungsbereich 156 des zweiten Zusatzspants 142b.
• Sowohl die Stegbereiche 160 des ersten Zusatzspants 142a als auch die Stegbereiche 160 des zweiten Zusatzspants 142b liegen direkt an den Stegbereichen 160 des Hauptspants 132 an und sind mittels Nietverbindungen 176 mit den Stegbereichen 160 des Hauptspants 132 verbunden.
• Im Übrigen stimmt die in 16 dargestellte siebte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 14 dargestellten fünften Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 17 dargestellte achte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 16 dargestellten siebten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Stegbereiche 160 der Zusatzspanten 142 nicht mittels Nietverbindungen 176, sondern gemäß der in 15 dargestellten sechsten Ausführungsform des Flugkörpers 100 stoffschlüssig mit den Stegbereichen 160 des Hauptspants 132 verbunden sind.
• Die Stegbereiche 160 der Zusatzspanten 142 sind dabei nicht direkt miteinander verbunden.
• Im Übrigen stimmt die in 17 dargestellte achte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 16 dargestellten siebten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 18 dargestellte neunte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Hauptspant-Innenraum 162 zumindest teilweise mit einer stabilisierenden Füllung 180 versehen ist.
• Insbesondere ist ein Zwischenraum 182 zwischen einem Stabilisierungsbereich 156 eines Zusatzspants 142 und dem Stabilisierungsbereich 156 eines weiteren Zusatzspants 142 oder dem Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 mit der stabilisierenden Füllung 180 versehen.
• Die stabilisierende Füllung 180 kann beispielsweise ein schaumartiges oder wabenförmiges Material sein.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die stabilisierende Füllung 180 eine Wabenstruktur 184, insbesondere eine Honigwabenstruktur, aufweist.
• Die höchste Stabilität der Wabenstruktur 184 weist die Wabenstruktur 184 vorzugsweise in einer senkrecht zur Außenhaut 112, zur Rotationsachse 138 und/oder zu den Stabilisierungsbereichen 156 verlaufenden Richtung auf.
• Alternativ oder ergänzend zu einer solchen stabilisierenden Füllung 180 kann vorgesehen sein, dass ein Zusatzspant 142 mit einem Verstärkungsbereich 186 versehen ist.
• Der Zusatzspant 142 weist einen solchen Verstärkungsbereich 186 vorzugsweise an dem Stabilisierungsbereich 156 auf.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Verstärkungsbereich 186 bezogen auf den Querschnitt des Zusatzspants 142 mittig an dem Stabilisierungsbereich 156 angeordnet ist. Der Verstärkungsbereich 186 kann beispielsweise durch ein Flanschlaminat oder eine Längsfalte, beispielsweise einen Bördel, gebildet sein.
• Mittels des Verstärkungsbereichs 186 kann insbesondere eine Beulversteifung erzielt werden.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere Zusatzspanten 142 und/oder der Hauptspant 132 einen solchen Verstärkungsbereich 186 aufweisen.
• Im Übrigen stimmt die in 18 dargestellte neunte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Bei einer in 19 dargestellten zehnten Ausführungsform eines Flugkörpers 100 ist vorgesehen, dass die Zusatzspanten 142 an mehreren Befestigungsstellen 178, beispielsweise mittels Nietverbindungen 176, miteinander und/oder mit dem Hauptspant 132 verbunden sind.
• Die Befestigungsstellen 178 sind nicht gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung 144 verteilt angeordnet, sondern konzentrieren sich auf verschiedene Bereiche des Hauptspants 132 und der Zusatzspanten 142.
• Hierdurch sind stabilere Bereiche 188, welche mehrere Befestigungsstellen 178 aufweisen, und einfacher verformbare Bereiche 190, an welchen keine Befestigungsstellen 178 vorgesehen sind, gebildet.
• Die Ausgestaltung der tragenden Struktur 102 mit stabileren Bereichen 188 und einfacher verformbaren Bereichen 190 kann den Vorteil bieten, dass die Stabilisierungsbereiche 156 der Zusatzspanten 142 und des Hauptspants 132 über einen größeren Bereich gedehnt werden können. Hierdurch kann eine größere Energieaufnahme bis zum Versagen der Stabilisierungsbereiche 156, d. h. bis zum Reißen derselben, ermöglicht werden. Insbesondere kann hierdurch über einen größeren Abschnitt der Zusatzspante 142 hinweg eine Gleichmaßdehnung erreicht werden.
• Im Übrigen stimmt die in 19 dargestellte zehnte Ausführungsform des Flugkörpers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
• Eine in 20 dargestellte elfte Ausführungsform eines Flugkörpers 100 unterscheidet sich von der in 19 dargestellten zehnten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Befestigungsstellen 178 gleichmäßig über die Zusatzspanten 142 verteilt angeordnet sind.
• Somit sind die Zusatzspanten 142 und der Hauptspant 132 bei der in 20 dargestellten elften Ausführungsform des Flugkörpers 100 über die gesamte Länge der Zusatzspanten 142 zwar stabiler ausgebildet. Insbesondere kann hierdurch einer Beulenbildung im Crashfall vorgebeugt werden.
• Allerdings kann sich eine mögliche Materialdehnung hierdurch auf einen kleineren Bereich reduzieren, so dass die Stabilisierungsbereiche 156 im Vergleich zur Ausführungsform in 19 möglicherweise früher versagen, das heißt reißen.
• Anhand der 21 bis 28 wird nachfolgend auf die grundlegende Funktion der Hauptspantstruktur 104 und der Zusatzspantstruktur 140 eingegangen. Die Zeichnungen zeigen dabei zwar lediglich die erste bzw. zehnte Ausführungsform des Flugkörpers 100, jedoch stimmen auch die weiteren Ausführungsformen hinsichtlich ihrer Funktion mit der nachfolgend beschriebenen Funktionsweise im Wesentlichen überein.
• In den 21 und 22 sind der Hauptspant 132 und die Zusatzspanten 142 in einem unverformten Ausgangszustand dargestellt, welcher dem Zustand des Flugkörpers 100 im Normalbetrieb desselben entspricht.
• Im Betrieb des Flugkörpers 100 nimmt dabei insbesondere der Hauptspant 132 die auftretenden Lasten auf.
• Im Crashfall des Flugkörpers 100, wenn die auf den Hauptspant 132 wirkenden Kräfte zu groß werden, erfolgt zunächst vor allem mittels des Stabilisierungsbereichs 156 des Hauptspants 132 eine Energieabsorption, bis der Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 versagt. Insbesondere dann, wenn der Hauptspant 132 aus einem Faserverbundmaterial gebildet ist, geht dieses Versagen mit einer sehr starken Reduktion der Energieabsorptionsfähigkeit einher.
• Zur zusätzlichen Energieabsorption in diesem Versagensfall sind die Zusatzspanten 142 vorgesehen.
• Wie insbesondere den 23 und 24 zu entnehmen ist, ist bei gebrochenem Hauptspant 132 der erste Zusatzspant 142a derjenige Spant, welcher zumindest zwischenzeitlich die Stabilität der tragenden Struktur 102 gewährleistet und in die tragende Struktur 102 eingeleitete Energie absorbieren kann.
• Die Energieabsorption mittels des ersten Zusatzspants 142a erfolgt dabei insbesondere durch Dehnung des Stabilisierungsbereichs 156, bis dieser wie zuvor schon der Stabilisierungsbereich 156 des Hauptspants 132 reißt (siehe 25 und 26).
• Sobald der erste Zusatzspant 142a versagt, übernimmt der zweite Zusatzspant 142b die Stabilisierung der tragenden Struktur 102 sowie die Aufnahme der eingeleiteten Energie.
• Auch der zweite Zusatzspant 142b nimmt solange Energie durch Dehnung des Stabilisierungsbereichs 156 auf, bis der Stabilisierungsbereich 156 des zweiten Zusatzspants 142b versagt, d. h. reißt.
• Dadurch, dass mittels der Zusatzspanten 142 auch nach einem Versagen des Hauptspants 132 Energie absorbiert werden kann, muss der Hauptspant 132 nicht für sich genommen so stabil und somit so schwer gebaut werden, dass er sämtliche Anforderungen an eine tragende Struktur 102 des Flugkörpers 100 für sich genommen erfüllt. Vielmehr kann eine Entkopplung der Anforderungen dahingehend erfolgen, dass der Hauptspant 132 lediglich die statischen Lasten aufnimmt, während im Crashfall die Zusatzspanten 142 eine hohe Energieabsorption verbunden mit einer möglichen erhöhten Tragfähigkeit ermöglichen.
• Bei weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen des Flugkörpers 100 können einzelne oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden.
• Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die zweiteiligen Zusatzspanten 142 gemäß der in 12 dargestellten dritten Ausführungsform des Flugkörpers 100 mittels der stoffschlüssigen Verbindung gemäß der in 15 dargestellten sechsten Ausführungsform des Flugkörpers 100 miteinander und/oder mit dem Hauptspant 132 verbunden werden.
• Bezugszeichenliste

100

Flugkörper

102

tragende Struktur

104

Hauptspantstruktur

106

Rumpf

108

Flugzeug

110

Gerüststruktur

112

Außenhaut

114

Rumpfhaut

116

Rumpf-Innenraum

118

Passagierraum

120

Frachtraum

122

Passagierraumboden

124

Querträger

126

Vertikalstrebe

128

Frachtraumboden

130

Querträger

132

Hauptspant

134

Flugkörper-Längsachse

136

Symmetrieachse

138

Rotationsachse

140

Zusatzspantstruktur

142

Zusatzspant

142a

erster Zusatzspant

142b

zweiter Zusatzspant

144

Umfangsrichtung

146

Anbindungsbereich

148

öffnender Bereich

150

schließender Bereich

152

Befestigungsbereich

154

Flansch

156

Stabilisierungsbereich

158

Flansch

160

Stegbereich

162

Hauptspant-Innenraum

164

Energieabsorptionskurve

164a–c

Abschnitte

166

innerer Teil

168

äußerer Teil

170

Stützbereiche

172

Ende

174

Verstärkungsabschnitt

176

Nietverbindung

178

Befestigungsstelle

180

stabilisierende Füllung

182

Zwischenraum

184

Wabenstruktur

186

Verstärkungsbereich

188

stabilerer Bereich

190

einfacher verformbarer Bereich

H₁

Höhe

H₂

Höhe

H₃

Höhe

L

Länge

L'

Länge

φ

Biegewinkel

φ'

Biegewinkel

B₁

Breite

B₂

Breite

B₃

Breite

Claims (16)

1. Flugkörper, umfassend eine tragende Struktur (102), welche eine Hauptspantstruktur (104) umfasst, wobei die Hauptspantstruktur (104) mehrere Hauptspanten (132) umfasst, welche eine Außenhaut (112) des Flugkörpers (100) stützen, wobei die Hauptspanten (132) einen an der Außenhaut (112) angeordneten Befestigungsbereich (152), einen der Außenhaut (112) abgewandten und einem Innenraum (116) des Flugkörpers (100) zugewandten Stabilisierungsbereich (156) und einen Stegbereich (160) zur Verbindung des Befestigungsbereichs (152) mit dem Stabilisierungsbereich (156) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (102) eine Zusatzspantstruktur (140) zur Verstärkung oder zur Kombination mit der Hauptspantstruktur (104) umfasst, welche einen oder mehrere Zusatzspanten (142) umfasst, wobei die Zusatzspanten (142) zumindest abschnittsweise längs der Hauptspanten (132) verlaufen und jeweils einen Stabilisierungsbereich (156) aufweisen, welcher von dem Stabilisierungsbereich (156) des jeweiligen Hauptspants (132) beabstandet angeordnet ist, wobei mindestens ein Zusatzspant (142) zumindest abschnittsweise innerhalb eines Hauptspants (132) angeordnet ist.
2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierungsbereich (156) eines Zusatzspants (142) zumindest abschnittsweise parallel zu einem Stabilisierungsbereich (156) eines Hauptspants (132) und/oder parallel zu der Außenhaut (112) des Flugkörpers (100) verläuft.
3. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzspant (142) einen Stegbereich (160) aufweist, welcher mit dem Stegbereich (160) eines Hauptspants (132) verbunden ist und/oder welcher an dem Stegbereich (160) des Hauptspants (132) festgelegt ist.
4. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierungsbereich (156) eines Zusatzspants (142) an dem Stegbereich (160) eines Hauptspants (132) festgelegt ist.
5. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzspant (142) dieselbe Querschnittsform aufweist wie ein Hauptspant (132).
6. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptspant (132) und/oder ein Zusatzspant (142) einen offenen Querschnitt aufweist.
7. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptspant (132) und/oder ein Zusatzspant (142) einen geschlossenen Querschnitt aufweist.
8. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt eines Hauptspants (132) und/oder ein Querschnitt eines Zusatzspants (142) Omega-förmig ist.
9. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einem Hauptspant (132) zwei oder mehr Zusatzspanten (142) zugeordnet sind.
10. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsbereich (156) der Hauptspanten (132) und/oder der Stabilisierungsbereich (156) der Zusatzspanten (142) flach ausgebildet ist und parallel zur Außenhaut (112) verläuft.
11. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum (162) eines Hauptspants (132), ein Innenraum eines Zusatzspants (142) und/oder ein Zwischenraum (182) zwischen einem Hauptspant (132) und einem Zusatzspant (142) zumindest teilweise mit einer stabilisierenden Füllung (180) versehen ist.
12. Flugkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung (180) eine Wabenstruktur (184) aufweist.
13. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzspanten (142) aus einem von dem Material der Hauptspanten (132) verschiedenen Material gebildet sind.
14. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptspanten (132) oder die Zusatzspanten (142) aus einem faserverstärkten Material gebildet sind und dass die Zusatzspanten (142) bzw. die Hauptspanten (132) aus einem metallischen Material gebildet sind.
15. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptspant (132) und ein oder mehrere Zusatzspanten (142) mittels Befestigungsbereichen (152) des Hauptspants (132) und der Zusatzspanten (142) miteinander und/oder mit der Außenhaut (112) verbunden sind.
16. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsstellen (178) zur Verbindung der Zusatzspanten (142) mit den Hauptspanten (132) ungleichmäßig verteilt angeordnet sind, so dass stabilere Bereiche (188) und einfacher verformbare Bereiche (190) der tragenden Struktur (102) gebildet sind.

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