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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeugrumpfstruktur. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen ein Flugzeug mit einer solchen Flugzeugrumpfstruktur, einen Satz von solchen Flugzeugrumpfstrukturen unterschiedlicher Flugzeugtypen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Flugzeugrumpfstruktur.
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Die Flugzeugrumpfstruktur umfasst eine Außenhaut und eine Versteifungsstruktur. Die Außenhaut erstreckt sich entlang einer Umfangsrichtung und einer Längsrichtung, umgibt einen Innenraum und weist eine zum Innenraum gerichtete Innenseite sowie eine zur Umgebung gerichtete und im Flug mit einer äußeren Umströmung in Kontakt stehende Außenseite auf. Die Versteifungsstruktur stützt die Außenhaut an deren Innenseite und umfasst eine Vielzahl von Querversteifungselementen, insbesondere Spanten, sowie eine Vielzahl von Längsversteifungselementen, insbesondere Stringern, die an der Innenseite der Außenhaut anliegen. Die Querversteifungselemente verlaufen in Umfangsrichtung und sind in Längsrichtung voneinander beabstandet und die Längsversteifungselemente verlaufen in Längsrichtung und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet.
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In der Außenhaut ist zwischen zwei benachbarten Querversteifungselementen und zwischen zwei benachbarten Längsversteifungselementen eine Türöffnung vorgesehen, die den Innenraum mit der Umgebung verbindet. In der Türöffnung ist eine Türanordnung installiert, die einen in der Türöffnung, vorzugsweise an den Längs- und Querversteifungselementen, befestigten Türrahmen und ein an dem Türrahmen befestigtes Türpaneel aufweist. Das Türpaneel kann zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung relativ zu dem Türrahmen bewegt werden, insbesondere verschwenkt oder verschoben werden, um einen Zugang von der Umgebung zum Innenraum z.B. für Passagiere und Crew zu ermöglichen oder den Innenraum zu verschließen.
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Solche Flugzeugrumpfstrukturen sind seit Langem bekannt. Bei den bekannten Flugzeugrumpfstrukturen befinden sich die Türöffnungen in der Regel in Bereichen der Außenhaut, die je nach Flugzeugtyp und Position der Türöffnung in der Außenhaut, eine bestimmte, individuelle sphärische oder zylindrische Krümmung aufweisen. Die in den Türöffnungen installierten Türanordnungen bilden diese individuelle Krümmung der Außenhaut normalerweise ebenfalls ab, d.h. sie sind derart gekrümmt, dass ihre äußere Oberfläche eine stetige Verlängerung der umliegenden Außenhaut bildet. Das bedeutet jedoch, dass jede Türanordnung - sowohl innerhalb einer Flugzeugrumpfstruktur, als auch von Flugzeugtyp zu Flugzeugtyp - eine individuelle Krümmung aufweist und somit individuell gefertigt werden muss. Eine kostengünstige Gleichteilfertigung der Türanordnungen ist somit nicht möglich.
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Daher ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flugzeugrumpfstruktur bereitzustellen, bei welcher die Türanordnung möglichst kostengünstig gefertigt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Flugzeugrumpfstruktur gemäß Anspruch 1, durch ein Flugzeug gemäß Anspruch 10, durch einen Satz von Flugzeugrumpfstrukturen unterschiedlicher Flugzeugtypen gemäß Anspruch 11 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer Flugzeugrumpfstruktur gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Türrahmen und/oder das Türpaneel eine zur Umgebung gerichtete äußere Oberfläche mit einer Krümmung aufweisen, die sich von der Krümmung der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut unterscheidet, d.h. insbesondere die äußere Oberfläche des Türrahmens und/oder des Türpaneels verläuft nicht stetig mit der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut. An der äußeren Oberfläche des Türrahmens und/oder des Türpaneels ist eine Adapteranordnung angebracht, die auf der zur Umgebung gerichteten Seite mindestens ein Oberflächenelement aufweist, welches die Krümmung der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut, vorzugsweise entlang der gesamten Türöffnung, stetig fortsetzt. D.h. insbesondere, die Adapteranordnung ist so ausgebildet, dass die Krümmungsunterschiede der äußeren Oberfläche des Türrahmens und/oder des Türpaneels gegenüber der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut ausgeglichen werden. Dies schließt jedoch nicht aus, dass minimale Spalte, Sprünge oder Rillen an den Übergängen von der Außenhaut zu dem Oberflächenelement weiterhin möglich sind. Dabei überträgt die Adapteranordnung keine strukturellen Lasten der Türanordnung, d.h. insbesondere Lasten, die von der Außenhaut oder der Versteifungsstruktur auf die Türanordnung übertragen werden oder Lasten, die in die Türanordnung eingeleitet werden. Die auf die Türanordnung wirkenden strukturellen Lasten werden ausschließlich von dem Türpaneel und dem Türrahmen übertragen. Die Adapteranordnung überträgt lediglich die auf das Oberflächenelement wirkenden aerodynamischen Lasten.
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Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig, dass die Türrahmen und Türpaneele eine der umliegenden Außenhaut entsprechende Krümmung aufweisen, da die Adaptervorrichtung, insbesondere dessen Oberflächenelement, diese Krümmung bereitstellt. Folglich müssen die Türrahmen und Türpaneele eines Flugzeugrumpfs oder auch unterschiedlicher Flugzeugtypen nicht mehr notwendigerweise individuell mit jeweils unterschiedlicher Krümmung gefertigt werden, sondern können als einfache Gleichteile mit einer einzelnen definierten Krümmung hergestellt werden. Vorzugsweise werden zwei verschiedene Typen von Türrahmen und zugehörigen Türpaneelen vorgefertigt: einer für sogenannte „Narrow Body“-Flugzeuge mit einer bestimmten ersten Krümmung und einer für sogenannte „Wide Body“-Flugzeuge mit einer bestimmten zweiten Krümmung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Oberflächenelement als Hautelement gebildet, das von einer Stützanordnung gehalten und an der äußeren Oberfläche des Türrahmens und/oder des Türpaneels abgestützt wird. Eine solche Bauweise ist besonders sparsam in Bezug auf Material und Gewicht. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Oberflächenelement als kontinuierliche, glatte Oberfläche einer darunterliegenden aus Vollmaterial, beispielsweise aus einem Schaum, gebildeten Adapteranordnung gebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Adapteranordnung aus einem anderen Material als die Türanordnung gebildet. Beispielsweise kann die Türanordnung aus einem besonders festen Material gebildet sein, wie beispielsweise Aluminium oder CFRP, um die strukturellen Lasten aufzunehmen, während die Adapteranordnung aus einem weniger festen aber besonders leichten Material gebildet sein kann, wie beispielsweise ein Kunststoff, das zur Aufnahme der aerodynamischen Lasten ausreichend ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Adapteranordnung einen Rahmenadapter auf, der an der äußeren Oberfläche des Türrahmens angebracht ist und der auf der zur Umgebung gerichteten Seite ein Rahmenoberflächenelement aufweist, welches die Krümmung der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut, vorzugsweise entlang der gesamten Türöffnung, stetig fortsetzt. Ein solcher Rahmenadapter gleicht also die Krümmung der äußeren Oberfläche im Bereich des Türrahmens an die umliegende Außenhaut an. Der Rahmenadapter kann dabei unabhängig von einem Paneeladapter vorgesehen und angebracht werden und weist vorzugsweise eine umlaufende zusammenhängende rechteckige Rahmenform auf oder wird aus mehreren einzelnen vorzugsweise länglichen oder abgewinkelten Rahmenteilen zusammengesetzt.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Rahmenadapter einen entlang des Türrahmens umlaufenden Steg aufweist, der sich auf seiner zum Innenraum gerichteten Seite an der äußeren Oberfläche des Türrahmens abstützt und an seiner gegenüberliegenden, zur Umgebung gerichteten Seite das vorzugsweise als Hautelement gebildete Rahmenoberflächenelement hält. Der Steg stützt also das Rahmenoberflächenelement an der äußeren Oberfläche des Türrahmens ab und kann eine sich graduell ändernde Dicke bzw. Tiefe aufweisen, um auf diese Weise die Krümmung des Rahmenoberflächenelements an die Krümmung der umliegenden Außenhaut anzupassen.
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Es ist ferner bevorzugt, wenn zwischen dem Türrahmen und der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut ein beispielsweise umlaufender Spalt vorgesehen ist, und wobei das Rahmenoberflächenelement so angeordnet ist, dass es den Spalt abdeckt. Ein solcher Spalt kann entstehen, da der als Gleichteil mit vorgegebener Geometrie gefertigte Türrahmen nur grob jedoch nicht maßgerecht in die individuelle Türöffnung der individuell gekrümmten Außenhaut einer bestimmten Flugzeugrumpfstruktur passt. Dieser Spalt kann mithilfe des Rahmenadapters jedoch leicht ausgeglichen bzw. überdeckt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Adapteranordnung einen Paneeladapter auf, der an der äußeren Oberfläche des Türpaneels angebracht ist und der auf der zur Umgebung gerichteten Seite ein Paneeloberflächenelement aufweist, welches die Krümmung der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut, vorzugsweise entlang der gesamten Türöffnung, und/oder die Krümmung des Rahmenoberflächenelements stetig fortsetzt. Ein solcher Paneeladapter gleicht also die Krümmung der äußeren Oberfläche im Bereich des Türpaneels an die umliegende Außenhaut an. Der Paneeladapter kann dabei unabhängig von einem Rahmenadapter vorgesehen und angebracht werden und weist vorzugsweise eine näherungsweise rechteckige Plattenform auf oder wird aus mehreren einzelnen Plattenteilen zusammengesetzt.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Paneeladapter mindestens eines, vorzugsweise eine Vielzahl von vorzugsweise länglichen, parallelen Stützelementen aufweist, die sich auf ihrer zum Innenraum gerichteten Seite an der äußeren Oberfläche des Türpaneels abstützen und auf ihrer gegenüberliegenden, zur Umgebung gerichteten Seite das vorzugsweise als Hautelement gebildete Paneeloberflächenelement halten. Die Stützelemente stützen also das Paneeloberflächenelement an der äußeren Oberfläche des Türpaneels ab und können eine sich graduell ändernde Dicke bzw. Tiefe aufweisen, um auf diese Weise die Krümmung des Paneeloberflächenelements an die Krümmung der umliegenden Außenhaut anzupassen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Flugzeugrumpfstruktur ferner eine oder mehrere weitere Türöffnungen, beispielsweise je nach Flugzeugtyp 3 oder 5 weitere Türöffnungen, in denen einer oder mehrere weitere Türanordnungen mit einem oder mehreren weiteren Türrahmen und einem oder mehreren weiteren Türpaneelen installiert sind. Dabei sind einer oder mehrere der weiteren Türrahmen gleichteilig, d.h. als Gleichteile, mit dem Türrahmen ausgebildet. Zusätzlich oder alternative sind eines oder mehrere der weiteren Türpaneele gleichteilig mit dem Türpaneel ausgebildet. Auf diese Weise können also mehrere, vorzugsweise alle, Türanordnungen eines Flugzeugrumpfs in kostengünstiger Weise als Gleichteile hergestellt werden und die entsprechenden Krümmungen der Außenhaut an den jeweiligen Orten der Türöffnungen werden durch die Adapteranordnung ausgeglichen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Flugzeug umfassend die Flugzeugrumpfstruktur nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die im Zusammenhang mit der Flugzeugrumpfstruktur beschriebenen Merkmale und Vorteile treffend analog auch für das Flugzeug zu.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Satz von Flugzeugrumpfstrukturen unterschiedlicher Flugzeugtypen mit einer ersten Flugzeugrumpfstruktur eines ersten Flugzeugtyps und mit mindestens einer zweiten Flugzeugrumpfstruktur eines zweiten Flugzeugtyps. Die erste Flugzeugrumpfstruktur ist dabei als Flugzeugrumpfstruktur nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen gebildet. Die zweite Flugzeugrumpfstruktur umfasst eine oder mehrere zweite Türöffnungen, in denen einer oder mehrere zweite Türanordnungen mit einem oder mehreren zweiten Türrahmen und einem oder mehreren zweiten Türpaneelen installiert sind. Einer oder mehrere der zweiten Türrahmen sind dabei gleichteilig mit dem Türrahmen der ersten Flugzeugrumpfstruktur ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ sind eines oder mehrere der zweiten Türpaneele gleichteilig mit dem Türpaneel der ersten Flugzeugrumpfstruktur ausgebildet. Auf diese Weise können auch die Türanordnungen verschiedener Flugzeugtypen in kostengünstiger Weise als Gleichteile hergestellt werden. Die im Zusammenhang mit der Flugzeugrumpfstruktur beschriebenen Merkmale und Vorteile treffend analog auch für den Satz von Flugzeugrumpfstrukturen zu.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Flugzeugrumpfstruktur nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei werden zunächst der Türrahmen und/oder das Türpaneel in der Türöffnung installiert. Anschließend wird die Adapteranordnung an dem Türrahmen und/oder dem Türpaneel angebracht. Vor oder nach diesem Anbringen wird die Adapteranordnung derart angepasst, dass das Oberflächenelement die Krümmung der an die Türöffnung angrenzenden Außenhaut stetig fortsetzt. Die im Zusammenhang mit der Flugzeugrumpfstruktur beschriebenen Merkmale und Vorteile treffend analog auch für das Verfahren zur Herstellung der Flugzeugrumpfstruktur zu.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- 1 eine Seitenansicht eines Flugzeugs mit einer erfindungsgemäßen Flugzeugrumpf,
- 2 eine schematische Abbildung der Installation einer Türanordnung in eine Türöffnung der Flugzeugrumpfstruktur aus 1 und
- 3 eine schematische Abbildung der Installation einer Adapteranordnung an der äußeren Oberfläche der Türanordnung nach 2.
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In 1 ist ein Flugzeug 1 eines bestimmten Flugzeugtyps dargestellt. Das Flugzeug 1 hat eine Flugzeugrumpfstruktur 3 mit vier Türöffnungen 5 - zwei im vorderen Bereich und zwei im hinteren Bereich des Flugzeugs 1.
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Die Flugzeugrumpfstruktur 3 umfasst eine Außenhaut 7 und eine (in 1 nicht gezeigte) Versteifungsstruktur 9. Die Außenhaut 7 erstreckt sich entlang einer Umfangsrichtung 11 und einer Längsrichtung 13, umgibt einen Innenraum 15 und weist eine zum Innenraum 15 gerichtete Innenseite 17 sowie eine zur Umgebung 19 gerichtete und im Flug mit einer äußeren Umströmung in Kontakt stehende Außenseite 21 auf. Die Versteifungsstruktur 9 stützt die Außenhaut 7 an deren Innenseite 17 und umfasst eine Vielzahl von Querversteifungselementen 23 in der Form von Spanten sowie eine Vielzahl von Längsversteifungselementen 25 in der Form von Stringern, die an der Innenseite 17 der Außenhaut 7 anliegen. Die Querversteifungselemente 23 verlaufen in Umfangsrichtung 11 und sind in Längsrichtung 13 voneinander beabstandet und die Längsversteifungselemente 25 verlaufen in Längsrichtung 13 und sind in Umfangsrichtung 11 voneinander beabstandet.
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Wie in 2 genauer dargestellt, ist in der Außenhaut 7 zwischen zwei benachbarten Querversteifungselementen 23 und zwischen zwei benachbarten Längsversteifungselementen 25 eine Türöffnung 5 vorgesehen (siehe 2a), die den Innenraum 15 mit der Umgebung 19 verbindet. In der Türöffnung 5 ist eine in 2b isoliert gezeigte Türanordnung 27 installiert, die einen in der Türöffnung 5 an den Längs- und Querversteifungselementen 25, 23 befestigten Türrahmen 29 und ein an dem Türrahmen 29 befestigtes Türpaneel 31 aufweist (siehe 2c).
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Wie in 3 gezeigt, weist der Türrahmen 29 und das Türpaneel 31 eine zur Umgebung gerichtete äußere Oberfläche 33 mit einer Krümmung auf, die sich von der Krümmung der an die Türöffnung 5 angrenzenden Außenhaut 7 unterscheidet (siehe 3a). An der äußeren Oberfläche 33 des Türrahmens 29 und des Türpaneels 31 ist eine Adapteranordnung 35 angebracht (isoliert gezeigt in 3b), die auf der zur Umgebung 19 gerichteten Seite mindestens ein Oberflächenelement 37 aufweist, welches die Krümmung der an die Türöffnung 5 angrenzenden Außenhaut 7 stetig fortsetzt (siehe 3c).
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Die Adapteranordnung 35 weist einen Rahmenadapter 39 auf (siehe 3b), der an der äußeren Oberfläche 33 des Türrahmens 29 angebracht ist und der auf der zur Umgebung 19 gerichteten Seite ein als Hautelement gebildetes Rahmenoberflächenelement 41 aufweist, welches die Krümmung der an die Türöffnung 5 angrenzenden Außenhaut 7 stetig fortsetzt. Der Rahmenadapter 39 weist einen entlang des Türrahmens 29 umlaufenden Steg 43 auf, der sich auf seiner zum Innenraum 15 gerichteten Seite an der äußeren Oberfläche 33 des Türrahmens 29 abstützt und an seiner gegenüberliegenden, zur Umgebung 19 gerichteten Seite das Rahmenoberflächenelement 41 hält. Zwischen dem Türrahmen 29 und der an die Türöffnung 5 angrenzenden Außenhaut 7 ist ein umlaufender Spalt 45 vorhanden, und das Rahmenoberflächenelement 41 ist so angeordnet, dass es den Spalt 45 abdeckt.
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Die Adapteranordnung 35 weist ferner einen Paneeladapter 47 auf (siehe 3b), der an der äußeren Oberfläche 33 des Türpaneels 31 angebracht ist und der auf der zur Umgebung 19 gerichteten Seite ein als Hautelement gebildetes Paneeloberflächenelement 49 aufweist, welches die Krümmung der an die Türöffnung 5 angrenzenden Außenhaut 7 und die Krümmung des Rahmenoberflächenelements 41 stetig fortsetzt. Der Paneeladapter 47 weist eine Vielzahl von länglichen, parallelen Stützelementen 51 auf, die sich auf ihrer zum Innenraum 15 gerichteten Seite an der äußeren Oberfläche 33 des Türpaneels 31 abstützen und auf ihrer gegenüberliegenden, zur Umgebung 19 gerichteten Seite das Paneeloberflächenelement 49 halten.
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In 2 und 3 ist nur eine Türöffnung 5 bzw. Türanordnung 27 dargestellt. Wie in 1 erkennbar, sind darüber hinaus noch drei weitere Türöffnungen 5' in der Flugzeugrumpfstruktur 3 vorgesehen, in denen jeweils eine weitere Türanordnungen 27' mit einem weiteren Türrahmen 29' und einem weiteren Türpaneel 31' installiert sind. Dabei sind die weiteren Türrahmen 29' und weiteren Türpaneele 31' der weiteren Türanordnungen 27' mit den Türrahmen 29 und Türpaneelen 31 der in 2 und 3 gezeigten Türanordnung 27 gleichteilig ausgebildet und entsprechende Adapteranordnungen 35, wie oben beschrieben, gleichen die Krümmung der zugehörigen Oberflächenelemente 37 an die Krümmung der um die jeweilige Türöffnung 5 umliegende Außenhaut 7 an.
