DE2109692C3

DE2109692C3 - Flügelkasten für Luftfahrzeuge in Verbundbauweise

Info

Publication number: DE2109692C3
Application number: DE2109692A
Authority: DE
Inventors: Hilmar 2870 Delmenhorst Schnell
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen De GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1971-03-02
Filing date: 1971-03-02
Publication date: 1981-06-04
Also published as: DE2109692A1; DE2109692B2; FR2128527B1; US3780969A; FR2128527A1

Description

Die Holmgurte sind geteilt. Sie setzen sieb aus mit der Laminatschale verklebten Titan-Profilen zusammen, die so angeordnet sind, daß sie die Laminatschale an den Übergängen von der Flügeldecke zum HoImsteg einschließen, so daß die Holmgurte aus mindestens zwei Einzelprofilen bestehen. Bezogen auf den Querschnitt der Laminatschale sind die Holmgurte als innerer Holmgurt la und als äußerer Holmgurt 2b ausgebildet, wobei der äußere Holmgurt Ib je nach dem für die Anschlußstruktur verwendten Flügelverfahren wieder aus mehreren Einzelproßlen bestehen kann.

Quer zu den Gurten ist eine Flügelrippe 3 angeordnet, die üblicherweise aus einem anderen Metall als die Hohngurte hergestellt ist. Bei A ist die Faserorientierung der Einzellagen des faserverstärkten Matrix-Werkstoffes angedeutet, wobei in der .Y-Richtung, die der Richtung der Holmgurte entspricht, die O "-Orientierung der Faser und in der Y-Richtung, die mit der Lage der Rippen übereinstimmt,die ^"-Orientierung der Faser liegt. Bei Verwendung von Titan für die Hoimgurte la und 2b und Aluminium für die. Rippen 3 soll die Anzahl der Einzellagen in dem faserverstärkten Matrix-Werkstoff mit O "-Faserorientierung doppelt so groß sein wie die Anzahl der Einzellagen mit 90 "-Faserorientierung, während die Gesamtzahl der Lagen mit ±45 "-Faserorientierung der Anzahl der Lagen mit 0°-Faserorientierung entspricht.

In Fig. 3 ist eine Gestaltungsmoglichkc.it der Holmgurte 2 für eine lösbare kombinierte Reibformschlußverbindung mit einem Nasenkasten 4, der ebenso wie die Endkästen meist als lösbare Baueinheit ausgebildet ist, dargestellt. Der innere Holmgurt 2a und ein Teil des äußeren Hohngurtes 2c sind mit der Schale 1 verklebt. Die nach der Definition zum äußeren Holmgurt zählende lösbare Lasche 2d ist mit den übrigen Gurtteilen verschraubt und stellt zusammen mit dem Gurtteil 2c die formschlüssige Verbindung zwischen dem Nasenkasten 4, der gegebenenfalls auch in Verbundbauweise hergestellt sein kann, und der BFK-Schale 1 sicher.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 4) wird der Nasenkasten 4 zwischen der lösbaren Lasche 2/ und dem mit der Schale 1 verklebten Holmgurt 2e mit Hilfe einer einfachen Schraubverbindung 5 gehalten. Der innere Holmgurt la ist auch hier mit der Schale X verklebt und kann eventuell zur Aufnahme von Schälkräften zusätzlich mit dem äußeren Holmgurt Ie vernietet bzw. verschraubt sein.

Für Flügelkästen mit extrem kleiner Bauhöhe können die aufgrund ihrer Aufgabe in der Struktur als Holmstege Ib bezeichneten Schalenabschnitte völlig durch die inneren und äußeren Hohngurte eingeschlossen werden, d. h. Ober- und Untergrut werden aus nur einem Profilpaar, das sich aus dem bezüglich ίο der Schale inneren und äußeren Profil zusammensetzt, gebildet.

Der Flügelkasten nach der Erfindung kann in an sich bekannter Weise gefertigt werden, wobei folgende Verfahren zur Verfügung stehen: is a) Ein möglichst konturgetreuer Kern wird durch lagenweises Auflegen von Prepreg-Tapes bzw. durch Wickeln von Einzelfäden oder Bändern aus faserverstärktem Werkstoff so beschichtet, daß eine allseitig geschlossene Laminatschale 1 entsteht. Der Kern besteht aus einem später lösbaren Stützmaterial, das die Le£^j der Rippen 3 und der inneren Holmgurte 2a lixi-Mt. Mit der Aushärtung des faserverstärkten Matrix-Werkstoffes werden gleichzeitig die Rippen 3 bzw. Holmgurte 2a und 2b mit der Ober- und Unterschale verklebt. So entsteht ein mit sämtlichen Einbauten versehener Röhrenkasten, bei dem nach Entfernen des Stützkerns die weitere Bearbeitung von außen erfolgen kann. b) Das zweite Fertigungsverfahren arbeitet nach dem Blasprinzip. Dabei werden auf einen mit einer Blasfolie abgedeckten Kern die Holmgurte 2a und anschließend der faserverstärkte Matrix-Werkstoff durch Aufbringen der Einzellagen mit der vorgegebenen Faserorientierung an gebracht. Nach dem Einbringen in eine Negativ-Form wird durch Einleiten von Luft zwischen Kern und Folie der zur Härtung nötige Druck aufgebracht. Auch bei diesem Verfahien erfolgt gleichzeitig die Verklebung der inneren Holmgurte la mit der Schale 1. Das Einkleben der iüppen 3 erfolgt nach dem Herauslösen des Kerns durch die offenen Stirnseiten des Flügelkastens. Dabei wird der für die Klebutig nötige Anpreßdruck mit Hilfe einer Vorrichtung erzeugt, die ebenfalls nach dem vorbeschriebenen Blasprinzip arbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

physikalischen Eigenschaften des Matrix-Werkstoffes

Patentansprüche: an die am Verbund mitbeteiligten Metalle der Struk

tur ermöglicht. Insbesondere soll der Strukturaufbau

1, Flügelkasten für Luftfahrzeuge in Verbund- bestmöglich an den anisotropen Charakter des Faserbauweise aus einer dünnwandigen Schale, da- 5 Werkstoffes und die speziellen Erfordernisse der Fadurch gekennzeichnet, daß sertechnologie einerseits und die physikalischen Ei-

a) die dünnwandige Schale aus einer im Flügel- genschaften der am Verbund beteiligten Metalle querschnitt geschlossenen Laminatschale (1) andererseits angepaßt werden.

aus faserverstärktem Matrix-Werkstoff be- Als Lösung dieser Aufgabe ist der Flügelkas*en in

steht, die die Funktionen von Flügeldecken io Verbundbauweise erfindungsgemäß dadurch gekenn- und Hohnstegen übernimmt, daß zeichnet, daß die dünnwandige Schale aus einer im

b) geteilte, im Übergangsbereich zwischen Flü- Hügelquerschnitt geschlossenen Laminatschale aus geldecke und Hohnsteg mit der Schale (1) faserverstärkten Matrix-Werkstoff besteht, die die verklebte Metallprofilleisten (2a, 26) vorge- Funktionen von Flügeldecken und Holmstegen übersehen sind, die die Aufgaben der Hohngurte 15 nimmt, daß geteilte, im Übergangsbereich zwischen übernehmen, daß Flugeidecke und Hohnsteg mit der Schale verklebte

c) die Flügehippen (3) aus einem anderen Me- Metallprofilleisten vorgesehen sind, die die Aufgaben tall als die Metallprofflleisten hergestellt sind, der Hohngurte übernehmen, daß die Flügehippen aus und daß einem anderen Metall als die Metallprofilleisten her-

d) das aus dem faserverstärkten Matrix-Werk- 20 gestellt sind und daß das aus dem faserverstärkten

stoff bestehende Laminat in Längs- und Matrix-Werkstoff bestehende Laminat in Längs- und

Querrichtung unterschiedliche, den verwen- Querrichtung unterschiedliche, den verwendeten Me-

deten Metallen angepaßte Werte des E-Mo- tallen angepaßte Werte des Ε-Moduls aufweist.

P duls aufweist. Schalen aus faserverstärktem Matrix-Werkstoff für

2. Flügelkasten nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 Flügel von Luftfahrzeugen sind an sich durch die US-

p kennzeichnet, daß bei einem Verbund, bestehend Patentschrift 3028292 bekannt. Diese Schalen über-

aus BFK-Schale, Titan-GurtpEifilen und Alumi- nehmen jedoch nicht die Funktion von Flügeldecken. nium-Rippen, der faserverstärkte Matrix-Werk- Es kann ferner davon ausgegangen werden, daß

stoff ein Lagenzahlverhältnis von Holmgurte zum Stand der Technik gehören.

% I₀.:ί9ο·:ί_±45- = 2:1:2 30 Insbesondere weist der faserverstärkte Matrix-

% aufweist, wobei die Faserorientierung 0°in Rieh- Werkstoff bei einem Verbund, der aus einer BFK-

r tung der Hol^igurte verläuft. Schale, Titan-Gurtprofilen und Aluminium-Rippen

besteht, ein Lagenzahlverhältnis von

[i Ό·^:ί90·^:ί±45· ⁼ 2:1:2

ε 35 auf, wobei die Faserorientierung 0° in Richtung der

.Holmgurte verläuft. Dabei ist vorausgesetzt, daß ein

'- schichtweiser, zur Laminatmittelebene symmetrischer

Lagenaufbau vorhanden ist.

Die Erfindung betrifft einen Flügelkasten für Luft- Für den faserverstärkten Matrix-Werkstoff ist die

fahrzeuge in Verbundbauweise aus einer dünnwandi- 40 Anzahl aller Lagen einer bestimmter. Faserrichtung

gen Schale. im Laminat gleichbedeutend mit der. Angabe der Ge-

Es ist bekannt, daß Strukturteile von Flugzeugen, samtschichtdicke der betreffenden Faserorientierung,

an die besondere Steifigkeitsforderungen gestellt sind, Durch eine derartige Verbundbauweise ist es mög-

aus Gründen der Gewichtsersparnis aus faserver- lieh, eine Gewichtseinsparung von ca. 30% zu erzie-

stärktem Matrix-Werkstoff hergestellt werden. So 45 len. Dieser Vorteil wiegt in den meisten Fällen den

wurde bereits ein Höhenleitwerk aus BFK (borfaser- Nachteil auf, der in Jen zur Zeit noch sehr hohen Ko-

verstärkter Kunststoff) entwickelt und erprobt. Es sten für den faserverstärkten Matrix-Werkstoff zu se-

handeit sich dabei um eine Sandwich-Konstruktion, hen ist.

bei der ein konventioneller Titan-Rahmen beidseitig Der erfindungsgemäße Aufbau des Flügelkastens mit BFK-Decklagen mit spezieller Lagenanordnung 50 ermöglicht einen fast ungestörten Schubfluß in der gebeplankt ist. Ferner wurde bereits ein Segment eines schlossenen Schale und eine der Fasertechnologie Tragflügelkastens in einer BFK-Sandwich-Konstruk- entsprechende Krafteinleitung aus den Anschlußtion hergestellt und geprüft. Weitere Bauteile, z. B. Strukturen in die Schale.

Landeklappen, Vorflügel und Deckel sowie Schalen- Die Erfindung ist anhand einiger Ausführungsbeiteile einer Flugzeugzelle, sind aus faserverstärktem 55 spiele erläutert. Es zeigt

Matrix-Werkstoff gefertigt worden bzw. befinden sich Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Flü-

Im Projektstadium. gel,

Diese Bauteile aus faserverstärktem Matrix-Werk- Fig. 2 eine perspektivische Darstellung (teilweise

stoff ersetzen naturgemäß zur Zeit noch verwendete geschnitten) eines Flügelkastenstückes,

Metallkonstiuktionen bzw. Teile von ihnen. Die phy- m Fig. 3 die Ausbildung eines Holmgurtprofils für

»ikalischen Eigenschaften dieser Matrix-Werkstoffe, den Anschluß der Flügelnase durch eine kombinierte

wie z. B. Moduli und Wärmeausdehnungskoeffizien- Formreibschlußverbindung, und

len, sind je nach verwendeter Faserorientierung bzw. Fig. 4 die Ausbildung eines Holmgurtprofils für

-kombination in weiten Grenzen variabel. den Anschluß der Flügelnase durch eine Verschrau-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den 65 bung.

faserverstärkten Matrix-Werkstoff einen Aufbau aus Der Flügelkasten besteht aus einer im Querschnitt Einzellagen für einen Flügelkasten der eingangs ge- geschlossenen Schale 1 aus faserverstärktem Matrixnannten Art zu schaffen, der eine Angleichung der Werkstoff (Fig. 1).