DE102015111160A1

DE102015111160A1 - Rumpfstruktur und Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur

Info

Publication number: DE102015111160A1
Application number: DE102015111160.8A
Authority: DE
Inventors: Memis Tiryaki; Wolfgang Eilken; Anton Arosenko
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: DE102015111160B4; CN106335625A; US20170008607A1; US10486789B2

Abstract

Der Erfindung betrifft eine Rumpfstruktur (1) mit einem Druckschott (10) und einem hinter dem Druckschott (10) angeordneten Spant (11a). Die Rumpfstruktur (1) weist ein erstes Balkenelement (12) mit einem ersten Ausleger (13a) und einem zweiten Ausleger (13b) auf, wobei sich das erste Balkenelement (12) in einer vertikalen Richtung (14) der Rumpfstruktur (1) erstreckt. Der erste Ausleger (13a) und der zweite Ausleger (13b) ragen in einer ersten Richtung (15) zum Spant (11a) hin aus dem ersten Balkenelement (12) heraus. Die erste Richtung (15) der beiden Ausleger (13a, 13b) ist bezüglich einer Längsrichtung (16) der Rumpfstruktur (1) um einen ersten Winkel (α) geneigt angeordnet. Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug (40) mit einer Rumpfstruktur (1) sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Montage von Rumpfstrukturen für Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Rumpfstruktur, ein Luftfahrzeug mit einer Rumpfstruktur sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Verkehrsflugzeugen ist es erforderlich, dass ein bestimmtes Druckniveau innerhalb der Passagierkabine gehalten wird. Dieser sogenannte Kabinendruck unterscheidet sich vom Umgebungsdruck des Flugzeugs insbesondere während des Flugs erheblich, so dass die Rumpfstruktur des Flugzeugs durch konstruktive Maßnahmen darauf ausgelegt wird, die Bereiche unterschiedlichen Druckes innerhalb der Rumpfstruktur voneinander zu trennen. Hierfür werden Druckschotts innerhalb der Rumpfstruktur befestigt, welche diese Bereiche unterschiedlichen Druckes voneinander trennen. Solche Druckschotts weisen beispielsweise eine kugelschalenförmige Struktur auf, um Drucklasten effektiv in die Rumpfstruktur des Flugzeugs einzuleiten.
US 2011/0290940 A1 beschreibt ein Druckschott für einen Luftfahrzeugrumpf, wobei das Druckschott eine flache Haut aufweist, die sich über einen Querschnitt des Rumpfes erstreckt und eine Kavität in einem Kernbereich der Haut aufweist.
WO 2013/139716 A1 beschreibt ein Druckschott für ein Luftfahrzeug. Dabei ist das Druckschott in einer Rumpfschale angeordnet. Das Druckschott weist einen linsenförmigen Querschnitt sowie eine Sandwich-Konstruktion mit einem Schaumkern auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Kabinenraum in einem Fahrzeug zu vergrößern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Rumpfstruktur angegeben. Die Rumpfstruktur weist ein Druckschott, einen hinter dem Druckschott angeordneten Spant sowie ein erstes Balkenelement mit einem ersten Ausleger und einem zweiten Ausleger auf. Das erste Balkenelement erstreckt sich dabei in einer vertikalen Richtung der Rumpfstruktur. Der erste Ausleger und der zweite Ausleger ragen in einer ersten Richtung zum Spant hin aus dem ersten Balkenelement heraus. Diese erste Richtung der beiden Ausleger ist bezüglich einer Längsrichtung der Rumpfstruktur um einen ersten Winkel geneigt angeordnet, beispielsweise bei einer Draufsicht auf die Rumpfstruktur.
Durch eine solche Rumpfstruktur ist es möglich, auf das Druckschott wirkende Drucklasten effizient in die Rumpfstruktur einzuleiten. Insbesondere ist es möglich, das Druckschott derart auszuführen, dass Platz innerhalb einer Kabine der Rumpfstruktur eingespart werden kann. Dabei ist die Rumpfstruktur beispielsweise ein Teil eines Rumpfes eines Luftfahrzeugs, insbesondere eines Flugzeugs. Das Druckschott dient also der Trennung von Bereichen unterschiedlichen Druckes innerhalb der Rumpfstruktur. Beispielsweise weist der Bereich innerhalb der Passagierkabine, welche ein Teil der Rumpfstruktur sein kann, einen anderen Druck auf als die Umgebung der Passagierkabine.
Das Druckschott weist beispielsweise eine ebene, flache, gekrümmte oder kugelschalenförmige bzw. kugelkalottenförmige Struktur auf. Vorzugsweise ist das Druckschott jedoch eben bzw. flach ausgeführt. Dadurch kann zusätzlich an Platz innerhalb der Passagierkabine eingespart werden, da das Druckschott in Richtung eines hinteren Teils bzw. Hecks des Luftfahrzeugs verschoben werden kann, ohne dass Bauteilüberschneidungen zwischen dem Druckschott und anderen sich im Heck des Luftfahrzeugs befindenden Strukturbauteilen auftreten. Um die Drucklasten auf das beispielsweise eben ausgeführte Druckschott in die Rumpfstruktur einleiten zu können, ist an dem Druckschott das erste Balkenelement mit dem ersten Ausleger und dem zweiten Ausleger befestigt. Dabei ist das erste Balkenelement beispielsweise mittels an dem Druckschott angebrachter Querversteifungen befestigt. Diese Querversteifungen erstrecken beispielsweise in eine horizontale Richtung senkrecht zur Längsrichtung und/oder senkrecht zur vertikalen Richtung auf einer Oberfläche des Druckschotts. Dabei können die Querversteifungen auf einer dem Heck des Luftfahrzeugs zugewandten Seite des Druckschotts vorgesehen sein.
Jedenfalls erstreckt sich das erste Balkenelement in der vertikalen Richtung der Rumpfstruktur. Das erste Balkenelement kann dabei ein langgestrecktes Element sein, welches ebenfalls eine flache bzw. plattenförmige oder scheibenförmige Struktur aufweist. Dies wird in der Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Das erste Balkenelement weist ferner zwei Ausleger auf, welche in der ersten Richtung, insbesondere seitlich, aus dem ersten Balkenelement herausragen. Dabei ragen die beiden Ausleger im Wesentlichen senkrecht aus dem langgestreckten ersten Balkenelement heraus. Der erste und der zweite Ausleger können dabei beispielsweise im Wesentlichen in Richtung des Hecks der Rumpfstruktur bzw. des Luftfahrzeugs ausgerichtet sein. Insbesondere ist die erste Richtung der beiden Ausleger bezüglich der Längsrichtung der Rumpfstruktur bzw. des Luftfahrzeugs um den ersten Winkel geneigt angeordnet. Die beiden Ausleger sind beide in die erste Richtung ausgerichtet und weisen somit in dieselbe Richtung. Die erste Richtung und die Längsrichtung schließen den ersten Winkel ein, wobei der erste Winkel beispielsweise in einer Draufsicht auf die Rumpfstruktur bzw. das Luftfahrzeug gemessen wird. Somit ist es möglich, dass die erste Richtung zur Längsachse bzw. einer Mittelachse des Luftfahrzeugs unter einem bestimmten Winkel geneigt angeordnet oder von dieser weg gerichtet ist. Dieser Zusammenhang wird in der Figurenbeschreibung noch ausführlicher erläutert werden. An dem Balkenelement können auch mehr als zwei Ausleger vorgesehen sein, welche in die erste Richtung aus dem Balkenelement herausragen.
Das Druckschott ist beispielsweise im Bereich eines ersten Spants angeordnet. Das Druckschott wird beispielsweise durch das erste Balkenelement im Zusammenspiel mit den beiden Auslegern innerhalb der Rumpfstruktur abgestützt, so dass Drucklasten, welche auf das Druckschott einwirken, effektiv in die Rumpfstruktur eingeleitet werden können. Die Ausleger erstrecken sich beispielsweise über zwei Spantabstände innerhalb der Rumpfstruktur, wobei die Spanten jeweils hintereinander in der Längsrichtung der Rumpfstruktur angeordnet sind. Ferner ist es möglich, dass die beiden Ausleger wiederum an einem weiteren Spant befestigt sind und somit die auf das Druckschott wirkenden Drucklasten über diesem weiteren Spant in die Rumpfstruktur einzuleiten. Die Ausleger können in einer Seitenansicht eine sich verjüngende Form aufweisen, insbesondere in Richtung des Hecks des Luftfahrzeugs.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Ausleger an einem ersten Ende des ersten Balkenelements und der zweite Ausleger an einem zweiten Ende des ersten Balkenelements angeordnet.
Das erste Balkenelement ist beispielsweise ein langgestrecktes Bauteil, an dessen erstem Ende der erste Ausleger im Wesentlichen senkrecht, das heißt seitlich aus dem langgestreckten Balkenelement herausragt und an dessen zweitem Ende der zweite Ausleger im Wesentlichen senkrecht, das heißt seitlich aus dem langgestreckten Balkenelement herausragt. Dabei können sowohl das erste Balkenelement als auch die beiden Ausleger flach geformt sein bzw. eine plattenförmige oder scheibenförmige Struktur aufweisen. Dadurch kann zusätzlich an Gewicht eingespart werden und gleichzeitig eine zuverlässige Übertragung der auf das Druckschott wirkenden Lasten in die Rumpfstruktur gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt der erste Winkel in einer horizontalen Ebene, welche senkrecht zu der vertikalen Richtung ausgerichtet ist.
Die horizontale Ebene wird beispielsweise durch eine Ebene aufgespannt, welche senkrecht zur vertikalen Richtung liegt bzw. durch eine horizontale Richtung sowie die Längsrichtung der Rumpfstruktur aufgespannt wird. Insbesondere können die horizontale Richtung, die vertikale Richtung sowie die Längsrichtung der Rumpfstruktur ein Rechtshandsystem bilden. Der erste Winkel wird somit zum Beispiel in einer Draufsicht auf die Rumpfstruktur, welche durch eine Blickrichtung in die vertikale Richtung gekennzeichnet ist, gemessen. Insbesondere beschreibt dieser erste Winkel die Neigung der ersten Richtung, in welche sich die beiden Ausleger erstrecken bzw. aus dem ersten Balkenelement herausragen gegenüber der Längsrichtung der Rumpfstruktur. Die Längsrichtung kann auch als Längsachse bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die erste Richtung und/oder die Längsrichtung in der horizontalen Ebene.
Somit ragt der erste Ausleger sowie der zweite Ausleger im Wesentlichen oder genau senkrecht aus dem langgestreckten ersten Balkenelement heraus, welches sich selbst in die vertikale Richtung erstreckt. Die Ausleger können beispielsweise in Form von Auskragungen bzw. Ausstülpungen aus dem ersten Balkenelement herausragen. Beispielsweise weisen der erste Ausleger und der zweite Ausleger in die erste Richtung, so dass beide Ausleger parallel aus dem ersten Balkenelement herausragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Druckschott eine ebene Form auf.
Dadurch kann zusätzlich an Platz innerhalb der Passagierkabine eingespart werden, da das Druckschott gegenüber herkömmlichen kugelschalenförmigen Druckschotts in Richtung des Hecks der Rumpfstruktur bzw. des Luftfahrzeugs zurückversetzt werden kann. Das ebene oder flache Druckschott kann somit im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Rumpfstruktur ausgerichtet sein. Insbesondere ist das ebene Druckschott im Bereich eines Spants der Rumpfstruktur an dieser befestigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Ausleger und der zweite Ausleger über ein zu dem ersten Balkenelement beabstandetes Verbindungselement miteinander verbunden. Dabei erstreckt sich das Verbindungselement in der vertikalen Richtung parallel zu dem ersten Balkenelement.
Das Verbindungselement kann ebenfalls in Form eines balkenförmigen Bauteils ausgeführt sein. Das Verbindungselement erstreckt sich in der vertikalen Richtung beispielsweise im Bereich eines weiteren Spants und/oder ist beispielsweise mit diesem weiteren Spant verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an dem Druckschott ein Versteifungselement angebracht, welches sich in einer horizontalen Richtung erstreckt.
Diese horizontale Richtung ist beispielsweise die bereits oben beschriebene horizontale Richtung, welche senkrecht zur Längsrichtung und/oder senkrecht zur vertikalen Richtung der Rumpfstruktur ausgerichtet ist. Somit spannen die horizontale Richtung sowie die Längsrichtung die horizontale Ebene auf, in welcher der erste Winkel liegt. Das Versteifungselement ist beispielsweise auf einer Oberfläche des Druckschotts angeordnet, welche der Passagierkabine abgewandt und somit dem Heck des Luftfahrzeugs zugewandt ist. Das Versteifungselement ist beispielsweise ein rippenförmiges Element, welches eine Versteifung des ebenen Druckschotts bewirkt, so dass eine sichere Aufnahme der auf das Druckschott wirkenden Drucklasten gewährleistet wird. Diese Drucklasten werden über das Versteifungselement auf das erste Belkenelement übertragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Rumpfstruktur ferner eine Vielzahl von Versteifungselementen auf, welche sich parallel zueinander in der horizontalen Richtung auf einer Oberfläche des Druckschotts erstrecken.
Die Oberfläche ist beispielsweise die bereits oben beschriebene Oberfläche des Druckschotts, welche der Passagierkabine abgewandt ist. Die Versteifungselemente bilden somit gemeinsam eine rippenförmige Struktur, welche das Druckschott versteift, so dass Drucklasten, welche auf das Druckschott wirken, effektiv aufgenommen werden können. Es ist jedoch auch möglich, dass die Vielzahl von Versteifungselementen sich in einer gegenüber der horizontalen Richtung geneigten Richtung erstrecken. Vorzugsweise sind die Versteifungselemente jedoch in der horizontalen oder in der vertikalen Richtung angeordnet. Das erste Balkenelement kann mit den Versteifungselementen in direktem Kontakt stehen. Das erste Balkenelement kann über die Versteifungselemente oder direkt an dem Druckschott befestigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Druckschott im Bereich eines Spants an der Rumpfstruktur befestigt und trennt zwei Bereiche unterschiedlichen Druckes innerhalb der Rumpfstruktur voneinander.
Beispielsweise trennt das Druckschott einen Bereich mit einem Kabinendruck und einen Bereich mit einem Umgebungsdruck voneinander. Dabei weisen der Kabinendruck sowie der Umgebungsdruck insbesondere während des Fluges des Luftfahrzeugs unterschiedliche Werte auf. Durch das Druckschott werden somit Drucklasten, welche durch den Druckunterschied zwischen der Kabine und der Umgebung hervorgerufen werden, in die Rumpfstruktur eingeleitet. Insbesondere werden solche Drucklasten über den Spant oder über das erste Balkenelement und die beiden Ausleger in einen weiteren Spant und anschließend in die Rumpfstruktur eingeleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Rumpfstruktur ferner ein zweites Balkenelement mit einem ersten Ausleger und einem zweiten Ausleger auf, wobei sich das zweite Balkenelement in der vertikalen Richtung der Rumpfstruktur erstreckt. Dabei ragt der erste Ausleger und der zweite Ausleger in einer zweiten Richtung zu dem Spant hin aus dem zweiten Balkenelement heraus. Die zweite Richtung der beiden Ausleger ist bezüglich der Längsrichtung der Rumpfstruktur um einen zweiten Winkel geneigt angeordnet.
Es ist möglich, dass der zweite Winkel ebenfalls in der horizontalen Ebene liegt und dadurch beispielsweise durch eine Draufsicht auf die Rumpfstruktur bzw. das Luftfahrzeug gemessen wird. Ferner ist es möglich, dass der erste Ausleger und der zweite Ausleger des zweiten Balkenelements aus diesem zweiten Element in Richtung desselben Spants herausragen, zu welchem auch die beiden Ausleger des ersten Balkenelements aus dem ersten Balkenelement herausragen. In der Draufsicht sind die erste Richtung und die zweite Richtung bezüglich der Längsrichtung beispielsweise symmetrisch angeordnet. Somit können der erste Winkel und der zweite Winkel gleich groß sein. Durch die Anordnung des zweiten Balkenelements zusätzlich zu dem ersten Balkenelement kann das Druckschott gegenüber der Rumpfstruktur noch besser abgestützt werden. Dies ermöglicht es, die Drucklasten, welche auf das Druckschott einwirken, effizient in die Rumpfstruktur einzuleiten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen die zweite Richtung der beiden Ausleger des zweiten Balkenelements und die erste Richtung der beiden Ausleger des ersten Balkenelements in einer horizontalen Ebene und/oder schließen einen spitzen Winkel ein.
Die horizontale Ebene ist beispielsweise die bereits oben beschriebene horizontale Ebene, welche durch die Längsrichtung der Rumpfstruktur und die horizontale Richtung aufgespannt wird bzw. senkrecht zur vertikalen Richtung ausgerichtet ist. Es können sowohl der erste Winkel als auch der zweite Winkel jeweils ein spitzer Winkel sein. Ferner ist es möglich, dass die Summe des ersten Winkels und des zweiten Winkels einen spitzen Winkel bildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Winkel und der zweite Winkel gleich groß.
Somit kann eine symmetrische Ausrichtung der jeweiligen Ausleger des ersten Balkenelements bzw. des zweiten Balkenelements in Bezug zur Längsrichtung vorgesehen sein, um die Last, welche auf das Druckschott wirkt, gleichmäßig in die Rumpfstruktur einzuleiten.
Es ist möglich, dass sich das erste bzw. zweite Balkenelement auch in der horizontalen Richtung bzw. der Querrichtung der Rumpfstruktur oder des Luftfahrzeugs erstrecken, so dass das erste Ende und das zweite Ende des ersten Balkenelements hintereinander in der horizontalen Richtung angeordnet sind. Insbesondere ist es möglich, dass die horizontale Ebene senkrecht zur horizontalen Richtung ausgerichtet ist. Somit können die erste Richtung und die zweite Richtung, in welche die jeweiligen Ausleger aus dem ersten bzw. zweiten Balkenelement herausragen, in einer Ebene liegen, welche durch die vertikale Richtung und durch die Längsrichtung der Rumpfstruktur aufgespannt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Luftfahrzeug angegeben, welches die oben beschriebene Rumpfstruktur aufweist.
Die Rumpfstruktur kann somit beispielsweise ein Teil des Luftfahrzeugs sein. Das Luftfahrzeug ist beispielsweise ein Flugzeug, insbesondere ein Passagier- oder Frachtflugzeug.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen die erste Richtung der beiden Ausleger des ersten Balkenelements und die Längsrichtung der Rumpfstruktur mit abnehmendem Abstand zu einem Heck des Luftfahrzeugs divergent.
Dies ist die Folge der geneigten Anordnung der ersten Richtung der beiden Ausleger bezüglich der Längsrichtung der Rumpfstruktur, wobei der erste Winkel beispielsweise ein spitzer Winkel ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur angegeben. In einem Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen eines Druckschotts. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Anordnen eines Spants hinter dem Druckschott. Ferner erfolgt in einem weiteren Schritt des Verfahrens ein Bereitstellen eines ersten Balkenelements mit einem ersten Ausleger und einem zweiten Ausleger. Ein Anordnen des ersten Balkens erfolgt in einem weiteren Schritt derart, dass dieses erste Balkenelement sich in einer vertikalen Richtung der Rumpfstruktur erstreckt. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Ausrichten des ersten Auslegers und des zweiten Auslegers derart, dass beide Ausleger in einer ersten Richtung zum Spant hin aus dem ersten Balkenelement herausragen und die erste Richtung der beiden Ausleger bezüglich einer Längsrichtung der Rumpfstruktur um einen ersten Winkel geneigt angeordnet ist.
Die Schritte des Verfahrens können in einer unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner können die Verfahrensschritte auch für ein zweites Balkenelement angewendet werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Rückansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Seitenansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt eine Vorderansicht einer Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein Luftfahrzeug mit einer Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine Rumpfstruktur 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Rumpfstruktur 1 weist ein Druckschott 10 und ein in Bezug zu einer Längsachse 16 hinter dem Druckschott 10 angeordneten Spant 11a auf. Ferner weist die Rumpfstruktur 1 ein erstes Balkenelement 12 mit einem ersten Ausleger 13a und einen in 1 nicht dargestellten zweiten Ausleger auf. Das erste Balkenelement 12 erstreckt sich in einer vertikalen Richtung 14 der Rumpfstruktur 1. Die vertikale Richtung 14 ist gegenüber der Längsrichtung 16 beispielsweise rechtwinklig angeordnet. Der erste Ausleger 13a und der zweite Ausleger 13b ragen in einer ersten Richtung 15 in Richtung des Spants 11a aus dem ersten Balkenelement 12 heraus. Das Balkenelement 12 und/oder die Ausleger 13a, 13b sind scheibenförmig oder plattenförmig ausgebildet. Die erste Richtung 15 der beiden Ausleger 13a, 13b ist bezüglich der Längsrichtung 16 der Rumpfstruktur 1 um einen ersten Winkel α geneigt angeordnet.
Ferner ist in 1 ein Teil einer Außenhaut 23 der Rumpfstruktur 1 gezeigt, welche sich entlang der Ausdehnungsrichtung des Spants 11a erstreckt. Ein Heckleitwerk 26 ist ebenfalls in 1 dargestellt und befindet sich bezüglich der Längsrichtung 16 vollständig hinter dem Druckschott 10 und hinter dem am Druckschott 10 angebrachten ersten Balkenelement 12. An einem ersten Ende 17 des Balkenelements 12 befindet sich der erste Ausleger 13a, welcher sich in die erste Richtung 15 erstreckt. An einem zweiten Ende 18 des ersten Balkenelements 12 befindet sich der in 1 nicht dargestellte zweite Ausleger 13b des ersten Balkenelements 12. Auch dieser zweite Ausleger 13b erstreckt sich zum Beispiel in die erste Richtung 15. Dabei können die Ausleger 13a, 13b auch angeschrägte Kanten oder unregelmäßige Formen und Konturen aufweisen, so dass sich beide Ausleger im Wesentlichen in die erste Richtung 15 erstrecken. An dem Druckschott 10, welches beispielsweise eine ebene oder flache Form aufweist, sind Versteifungselemente 20 angebracht. Diese Versteifungselemente 20 können ebenfalls balkenförmige oder rippenförmige Elemente sein, welche auf einer Oberfläche 10a des Druckschotts 10 parallel zueinander angeordnet sind. Dabei erstrecken sich die Versteifungselemente 20 auf der Oberfläche 10a des Druckschotts 10 beispielsweise parallel zu einer Querrichtung bzw. horizontalen Richtung 21 der Rumpfstruktur 1. Die Rumpfstruktur 1 weist ferner ein zweites Balkenelement 22 auf, welches ebenfalls einen ersten Ausleger 13c sowie einen in 1 nicht dargestellten zweiten Ausleger aufweist. Der erste Ausleger 13c sowie der zweite Ausleger des zweiten Balkenelements 22 ragen in einer zweiten Richtung 24 aus dem zweiten Balkenelement 22 heraus sind und damit im Wesentlichen in Richtung des Spants 11a ausgerichtet. Das zweite Balkenelement 22 erstreckt sich ebenfalls in der vertikalen Richtung 14 und die zweite Richtung 24 des ersten Auslegers 13c und des zweiten Auslegers des zweiten Balkenelements 22 ist bezüglich der Längsrichtung 16 der Rumpfstruktur 1 um einen zweiten Winkel β geneigt angeordnet.
Der erste Winkel α oder der zweite Winkel β liegen beispielsweise in einer horizontalen Ebene, wobei die horizontale Ebene durch die horizontale Richtung 21 und die Längsrichtung 16 aufgespannt wird. Folglich ist die horizontale Ebene senkrecht zur vertikalen Richtung 14 angeordnet. Der erste Winkel α sowie der zweite Winkel β können gleich groß sein. Ferner können die erste Richtung 15 und die zweite Richtung 24 jeweils mit der Längsrichtung 16 einen spitzen Winkel einschließen. Es ist ferner möglich, dass die erste Richtung 15 und die zweite Richtung 24 gemeinsam ebenfalls einen spitzen Winkel einschließen. Der erste Winkel α und/oder der zweite Winkel β sind zum Beispiel kleiner als 45°. Vorzugsweise sind der erste Winkel α und/oder der zweite Winkel β jeweils zwischen 25 und 35° groß. Gemäß einem Beispiel sind der erste Winkel α und der zweite Winkel β im Wesentlichen oder exakt 30° groß.
2 zeigt eine Rückansicht der Rumpfstruktur 1. Zu erkennen ist das Druckschott 10 sowie die sich auf der Oberfläche 10a des Druckschotts erstreckenden Versteifungselemente 20, welche sich parallel zu der horizontalen Richtung 21 der Rumpfstruktur 1 erstrecken. Ferner ist das Heckleitwerk 26 dargestellt, welches sich bezüglich der Längsrichtung 16 hinter dem Druckschott 10 befindet. Ferner ist, wie auch in 1, ein Verbindungselement 19 dargestellt, welches die Ausleger 13a, 13b des ersten Balkenelements 12 miteinander verbindet. Ein weiteres Verbindungselement 19 verbindet die beiden Ausleger 13c, 13d des zweiten Balkenelements 22 miteinander. Dabei sind die beiden Verbindungselemente 19 und der Spant 11a im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet. Die Verbindungselemente 19 befinden sich im Bereich des Heckleitwerks 6, welches beispielsweise das Heckleitwerk 26 eines Luftfahrzeugs ist. Ferner ist in 2 ein Teil der Außenhaut 23 dargestellt, welche sich an eine Außenkontur des Druckschotts 10 anschmiegt. Das Druckschott 10 ist beispielsweise eben oder flach ausgestaltet und liegt in einer vertikalen Ebene, welche durch die vertikale Richtung 14 sowie die horizontale Richtung 21 aufgespannt wird.
3 zeigt die Rumpfstruktur 1 ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht. Das erste Balkenelement 12 und das zweite Balkenelement 22 erstrecken sich wie auch die Verbindungselemente 19 in die vertikale Richtung 14. Zwischen dem ersten Balkenelement 12 und dem Verbindungselement 19 kann eine Aussparung 28a vorgesehen sein, welche durch das Verbindungselement 19 die beiden Ausleger 13a, 13b sowie das erste Balkenelement 12 begrenzt wird. Ebenso kann zwischen dem zweiten Balkenelement 22 und dem Verbindungselement 19 eine Aussparung 28b vorgesehen sein, welche durch das Verbindungselement 19 die beiden Ausleger 13c, 13d des zweiten Balkenelements 22 sowie das zweite Balkenelement 22 selbst begrenzt wird. Die Rumpfstruktur 1 kann weitere Bauteile aufweisen, die in den gezeigten Figuren nicht dargestellt sind. Beispielsweise sind dies Kabelleitungen, hydraulische Leitungen oder andere Strukturkomponenten.
4 zeigt eine Seitenansicht der Rumpfstruktur 1, wobei zu erkennen ist, dass das Verbindungselement 19 die beiden Ausleger 13a, 13b des ersten Balkenelements 12 miteinander verbindet und bezüglich der Längsachse 16 hinter einer Vorderkante 26a des Heckleitwerks 26 angeordnet ist. Im Bereich des Verbindungselementes 19 ist der Spant 11a angeordnet, zu dem sich die Ausleger 13a, 13b des ersten Balkenelements 12 hin erstrecken. Ferner ist ein weiterer Spant 11b vorgesehen, welcher sich im Bereich des Druckschotts 10 befindet. Das erste Balkenelement 12 sowie das Verbindungselement 19 erstrecken sich in die vertikale Richtung 14 und/oder senkrecht zur Längsrichtung 16. Ferner ist in 4 ist ein Teil der Außenhaut 23 der Rumpfstruktur 1 dargestellt. Der Übergang vom ersten bzw. zweiten Balkenelement zu den jeweiligen Auslegern kann einen Radius 34 aufweisen, beispielsweise für einen optimierten Kraftfluss.
Das Balkenelement 12 weist eine Höhe H auf, welche parallel zur vertikalen Richtung 14 gemessen wird. Der erste Ausleger 13a weist eine Oberkante 32a auf, welche in der Seitenansicht gegenüber der horizontalen Ebene um einen Winkel von etwa 14° geneigt angeordnet ist. Ferner weist der erste Ausleger 13a eine Unterkante 33a auf, welche gegenüber der horizontalen Ebene in der Seitenansicht um einen Winkel von etwa 9° geneigt angeordnet ist. Beide Kanten 32a, 33a des ersten Auslegers 13a sind also geneigt gegenüber der horizontalen Ebene ausgerichtet. Eine bezüglich der vertikalen Richtung 14 maximale vertikale Ausdehnung M des ersten Auslegers 13a beträgt etwa ein Sechstel der Höhe H des Balkenelements 12. Eine bezüglich der vertikalen Richtung 14 minimale vertikale Ausdehnung N des ersten Auslegers 13a beträgt etwa ein Zehntel der Höhe H des Balkenelements 12. Der Übergang von der maximalen vertikalen Ausdehnung M zur minimalen vertikalen Ausdehnung N des ersten Auslegers 13a wird durch eine kontinuierliche Verjüngung des ersten Auslegers 13a in die erste Richtung 15 erreicht.
Der zweite Ausleger 13b weist eine Oberkante 32b auf, welche gegenüber der horizontalen Ebene um einen Winkel von 0°, das heißt nicht geneigt angeordnet ist. Ferner weist der zweite Ausleger 13b eine Unterkante 33b auf, welche gegenüber der horizontalen Ebene um einen Winkel von etwa 29° geneigt angeordnet ist. Nur die Unterkante 33b des zweiten Auslegers 13b ist also geneigt gegenüber der horizontalen Ebene ausgerichtet. Eine bezüglich der vertikalen Richtung 14 maximale vertikale Ausdehnung K des zweiten Auslegers 13b beträgt etwa ein Siebtel der Höhe H des Balkenelements 12. Eine bezüglich der vertikalen Richtung 14 minimale vertikale Ausdehnung J des zweiten Auslegers 13b beträgt etwa ein Dreißigstel der Höhe H des Balkenelements 12. Der Übergang von der maximalen vertikalen Ausdehnung K zur minimalen vertikalen Ausdehnung J des zweiten Auslegers 13b wird durch eine kontinuierliche Verjüngung des zweiten Auslegers 13b in die erste Richtung 15 erreicht. In der Seitenansicht beträgt die Länge X der beiden Ausleger 13a, 13b etwa ein Fünftel der Höhe H des Balkenelements 12. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Maße oder Winkel projizierte Maße oder Winkel sein können, da die Ausleger 13a, 13b schräg aus der Bildebene von 4 herausragen. Dies wird in der in 5 gezeigten Draufsicht verdeutlicht.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Rumpfstruktur 1, wobei insbesondere die Erstreckungsrichtung der ersten Richtung 15 sowie der zweiten Richtung 24 der Ausleger 13a, 13b des ersten Balkenelements 12 sowie der Ausleger 13c, 13d des zweiten Balkenelements 22 zu erkennen ist. Insbesondere ragen der erste Ausleger 13a sowie der zweite Ausleger 13b des ersten Balkenelements 12 aus diesem in der ersten Richtung 15 heraus. Dabei sind die erste Richtung bzw. die beiden Ausleger 13a, 13b bezogen auf die horizontale Ebene, welche durch die horizontale Richtung 21 und die Längsrichtung 16 aufgespannt wird, gegenüber der Längsrichtung 16 geneigt angeordnet. Dasselbe gilt bezüglich der zweiten Richtung 24, in welche sich der erste Ausleger 13c und der zweite Ausleger 13d des zweiten Balkenelements 22 erstrecken, wobei auch die zweite Richtung 24 gegenüber der Längsrichtung bzw. Längsachse 16 geneigt angeordnet ist. Insbesondere kann dadurch der Abstand zwischen dem Heckleitwerk 26 und dem Druckschott 10 verringert werden. Gleichzeitig können die Erfordernisse hinsichtlich Stabilität und mechanischer Integrität gewährleistet werden, so dass die Drucklasten, welche auf das Druckschott 10 wirken, effektiv in die Rumpfstruktur 1 eingeleitet werden können. Mit anderen Worten kann durch die geneigte Anordnung der Ausleger des ersten Balkenelements 12 bzw. des zweiten Balkenelements 22 das Druckschott 10, welches eben ausgestaltet ist, gegenüber der Längsrichtung 16 zurückversetzt werden, so dass dieses nur noch einen sehr geringen Abstand zum Heckleitwerk 26 aufweist. Dies ist vorteilhaft gegenüber einer Konfiguration, in welcher die Ausleger 13a, 13b bzw. 13c, 13d parallel zur Längsrichtung angeordnet sind. Ferner ist in 5 deutlich zu erkennen, dass der erste Winkel α und der zweite Winkel β im Wesentlichen oder exakt gleich groß sind. Die Messung der Winkel α, β findet bezüglich der Längsrichtung 16 statt. Etwaige Anschlussstellen der beiden Balkenelemente 12, 22 an dem Druckschott 10 können in der horizontalen Richtung 21 derart angeordnet sein, dass sich das Druckschott 10 in der in 5 dargestellten Draufsicht in drei im Wesentlichen gleich große Abschnitte L aufteilt.
6 zeigt eine Vorderansicht der Rumpfstruktur 1 mit dem flachen Druckschott 10, wobei das Druckschott 10 in einer Ebene liegt, welche durch die horizontale Richtung 21 und die vertikale Richtung 14 aufgespannt wird. Das Druckschott 10 trennt dabei insbesondere zwei Bereiche des Luftfahrzeugs, welche einen unterschiedlichen Druck aufweisen, insbesondere während eines Betriebszustandes. Die in 6 dargestellte Blickrichtung zeigt in Richtung eines Hecks und/oder in Richtung des Heckleitwerks 26 des Luftfahrzeugs.
7 zeigt ein Luftfahrzeug 40, welches die Rumpfstruktur 1 aufweist. Innerhalb des Luftfahrzeugs 40 trennt das flache Druckschott 10 zwei Bereiche 30a, 30b unterschiedlichen Drucks. Dabei weist der Bereich 30a während eines Betriebszustandes des Luftfahrzeugs 40, beispielsweise während des Fluges, einen Kabinendruck auf, welcher über dem Umgebungsdruck im Bereich 30b liegt. Der Bereich 30b befindet sich beispielsweise in einem Heck 41 des Luftfahrzeugs 40. 7 zeigt außerdem, wie die Ausleger 13a, 13b des ersten Balkenelements 12 bezüglich der Längsrichtung 16 über eine Vorderkante des Heckleitwerks 26 hinausragen. Dies ist möglich, da diese gegenüber der Längsrichtung 16 jeweils in die erste Richtung 15 bzw. in die zweite Richtung 24 ausgerichtet sind und damit geneigt gegenüber der Längsrichtung 16 angeordnet sind. Das Balkenelement 12 ist beispielsweise über die Versteifungselemente 20, welche in 7 nicht dargestellt sind, mit dem Druckschott 10 verbunden.
8 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur 1. In einem Schritt S1 des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen eines ebenen Druckschotts 10. In einem weiteren Schritt S2 erfolgt ein Anordnen eines Spants 11a hinter dem Druckschott 10. In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Bereitstellen eines ersten Balkenelements 12 mit einem ersten Ausleger 13a und einem zweiten Ausleger 13b. Ferner erfolgt in einem weiteren Schritt S4 ein Anordnen des ersten Balkenelements 12 derart, dass dieses sich in einer vertikalen Richtung 14 der Rumpfstruktur 1 erstreckt. In einem weiteren Schritt S5 des Verfahrens erfolgt ein Ausrichten des ersten Auslegers 13a und des zweiten Auslegers 13b derart, dass beide Ausleger 13a, 13b in einer ersten Richtung 15 zum Spant 11a hin aus dem ersten Balkenelement 12 herausragen und die erste Richtung 15 der beiden Ausleger bezüglich einer Längsrichtung 16 der Rumpfstruktur 1 um einen ersten Winkel α geneigt angeordnet ist. In einem weiteren Schritt kann das Bereitstellen eines zweiten Balkenelements 22 mit einem ersten Ausleger 13c und einem zweiten Ausleger 13d vorgesehen sein.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011/0290940 A1 [0003]
WO 2013/139716 A1 [0004]

Claims

Rumpfstruktur (1), aufweisend: ein Druckschott (10); ein hinter dem Druckschott (10) angeordneter Spant (11a); ein erstes Balkenelement (12) mit einem ersten Ausleger (13a) und einem zweiten Ausleger (13b); wobei sich das erste Balkenelement (12) in einer vertikalen Richtung (14) der Rumpfstruktur (1) erstreckt; wobei der erste Ausleger (13a) und der zweite Ausleger (13b) in einer ersten Richtung (15) zum Spant (11a) hin aus dem ersten Balkenelement (12) herausragen; und wobei die erste Richtung (15) der beiden Ausleger (13a, 13b) bezüglich einer Längsrichtung (16) der Rumpfstruktur (1) um einen ersten Winkel (α) geneigt angeordnet ist.
Rumpfstruktur nach Anspruch 1, wobei der erste Ausleger (13a) an einem ersten Ende (17) des ersten Balkenelements (12) und der zweite Ausleger (13b) an einem zweiten Ende (18) des ersten Balkenelements (12) angeordnet ist.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Winkel (α) in einer horizontalen Ebene liegt, welche senkrecht zu der vertikalen Richtung (14) ausgerichtet ist.
Rumpfstruktur nach Anspruch 3, wobei die erste Richtung (15) und/oder die Längsrichtung (16) in der horizontalen Ebene liegen.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckschott (10) eine ebene Form aufweist.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Ausleger (13a) und der zweite Ausleger (13b) über ein zu dem ersten Balkenelement (12) beabstandetes Verbindungselement (19) miteinander verbunden sind, welches sich in der vertikalen Richtung (14) parallel zu dem ersten Balkenelement (12) erstreckt.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Druckschott (10) ein Versteifungselement (20) angebracht ist, welches sich in einer horizontalen Richtung (21) erstreckt.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend: eine Vielzahl von Versteifungselementen (20), welche sich parallel zueinander in der horizontalen Richtung (21) auf einer Oberfläche (10a) des Druckschotts (10) erstrecken.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckschott (10) im Bereich eines Spants (11b) an der Rumpfstruktur (1) befestigt ist und zwei Bereiche (30a, 30b) unterschiedlichen Druckes innerhalb der Rumpfstruktur (1) voneinander trennt.
Rumpfstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend: ein zweites Balkenelement (22) mit einem ersten Ausleger (13c) und einem zweiten Ausleger (13d); wobei sich das zweite Balkenelement (22) in der vertikalen Richtung (14) der Rumpfstruktur (1) erstreckt; wobei der erste Ausleger (13c) und der zweite Ausleger (13d) in einer zweiten Richtung (24) zum Spant (11a) hin aus dem zweiten Balkenelement (22) herausragen; und wobei die zweite Richtung (24) der beiden Ausleger (13c, 13d) bezüglich der Längsrichtung (16) der Rumpfstruktur (1) um einen zweiten Winkel (β) geneigt angeordnet ist.
Rumpfstruktur nach Anspruch 10, wobei die zweite Richtung (24) der beiden Ausleger (13c, 13d) des zweiten Balkenelements (22) und die erste Richtung (15) der beiden Ausleger (13a, 13b) des ersten Balkenelements (12) in einer horizontalen Ebene liegen und/oder einen spitzen Winkel einschließen.
Rumpfstruktur nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der erste Winkel (α) und der zweite Winkel (β) gleich groß sind.
Luftfahrzeug (40), aufweisend eine Rumpfstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Luftfahrzeug nach Anspruch 13, wobei die erste Richtung (15) der beiden Ausleger (13a, 13b) des ersten Balkenelements (12) und die Längsrichtung (16) der Rumpfstruktur (1) mit abnehmendem Abstand zu einem Heck (41) des Luftfahrzeugs (40) divergent verlaufen.
Verfahren zum Herstellen einer Rumpfstruktur (1), aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Druckschotts (10, S1); Anordnen eines Spants (11a) hinter dem Druckschott (10, S2); Bereitstellen eines ersten Balkenelements (12) mit einem ersten Ausleger (13a) und einem zweiten Ausleger (13b, S3); Anordnen des ersten Balkenelements (12) derart, dass dieses sich in einer vertikalen Richtung (14) der Rumpfstruktur (1) erstreckt (S4); Ausrichten des ersten Auslegers (13a) und des zweiten Auslegers (13b) derart, dass beide Ausleger (13a, 13b) in einer ersten Richtung (15) zum Spant (11a) hin aus dem ersten Balkenelement (12) herausragen und die erste Richtung (15) der beiden Ausleger (13a, 13b) bezüglich einer Längsrichtung (16) der Rumpfstruktur (1) um einen ersten Winkel (α) geneigt angeordnet ist (S5).