DE2632720A1

DE2632720A1 - Flugzeug- oder hubschrauberfahrwerk

Info

Publication number: DE2632720A1
Application number: DE19762632720
Authority: DE
Inventors: Castle Hugh Fagan
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1977-02-10
Also published as: CA1032143A; FR2346216A1; GB1510936A; JPS5253397A; IT1066369B; DE2632720C2; FR2346216B1; US3997133A

Description

DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL

DR. ULRICH GRAF STOLBERG D1PL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

Textron Inc. (Prio: 30. Juli 1975

US 600 913 - 13263) 40 Westminster Street
Providence, Rhode Island/V.St.A. Hamburg, 19. Juli 1976

Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk mit einem Federbein, das einen an der Rumpfzelle befestigten Teil hat, der entlang einem mit den Rädern des Fahrwerks verbundenen Fahrwerksteil bewegt wird, wenn das Fahrwerk den Boden berührt.

Gemäß den Sicherheitsvorschriften müssen Flugzeuge und Hubschrauber so konstruiert sein, daß während Landevorgängen keine Schäden am Flugzeug oder Hubschrauber oder Verletzungen des Personals oder der Insassen auftreten. So schreibt beispielsweise die Federal Aviation Authority der Vereinigten Staaten vor, daß ein Flugzeug oder ein Hubschrauber mit einer Vertikalgeschwindigkeit von bis zu 2,4 m/Sekunde landen können muß, ohne daß in irgendeiner Form Schaden am Aufbau entstehen.

Im Gegensatz zu derart verhältnismäßig niedrigen Vertikalgeschwindigkeiten wurde auch festgelegt, daß bei verbesserten

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Landeeinrichtungen, die an Bord befindlichen Personen noch überleben sollen, wenn die Vertikalgeschwindigkeit bei der Landung nicht mehr als 12,8 m/Sekunde beträgt. In diesem Zusammenhang können als Bruchlandebedingungen solche angesehen werden, bei denen die Vertikalgeschwindigkeit geringer ist und etwa in der Größenordnung von 6,1 m/Sekunde liegt.

Um die Absturzschaden bei Flugzeugen möglichst gering zu halten, wurden bereits Fahrwerke geschaffen, die besonders aufgebaute Federbeine enthielten. So beschreibt die US-PS 3 716 208 beispielsweise ein Fahrwerk mit einem zweistufigen Satz von Energieabsorbern, wobei in der ersten Stufe ein Kolben in einem ölgefüllten Zylinder bewegt wird, um das Öl durch Steueröffnungen zu drücken und so die vom Fahrwerk auf die Rumpfzelle wirkenden Kräfte zu verringern. Die zweite Stufe umfaßt eine Verformung der Federbeine, die das Fahrwerk mit der Rumpfzelle verbinden.

Bei einem anderen Fahrwerk sind Federbeine vorgesehen, deren Fahrwerkteil einen Kolben aufweist, der in einem direkt an der Rumpfzelle bzw. am Rumpf befestigten Zylinder arbeitet. Das Strömen eines Fluids in der Kolben-Zylinder-Anordnung dient zur Dämpfung oder Steuerung der auftretenden Beschleunigungskräfte für die Rumpfzelle, wenn die Fahrwerksräder den Boden berühren.

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Mit der Erfindung soll eine Dämpfung der Kräfte bzw. eine Energievernichtung erreicht werden, selbst wenn die auftretenden Belastungen infolge einer Bruchlandung oder eines Absturzes sehr hoch sind, so daß auch in einem solchen Fall hoher Vertikalgeschwindigkeiten die Insassen überleben und die Schaden am Flugzeug minimal gehalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient im wesentlichen ein Flugzeugoder Hubschrauberfahrwerk der eingangs erwähnten Art, das sich dadurch auszeichnet, daß ein das an der Rumpfzelle befestigte Teil des Federbeins umgebendes, Energie absorbierendes Rohr mit einem Ende an diesem Teil befestigt ist, daß im Bereich des anderen Endes des Rohres ein Energieaufbringelement mit der Rumpfzelle verbunden ist, und daß der Teil des Federbeins über eine zerstörbare Kopplung mit der Rumpfzelle verbunden ist, welche bei einer vorgegebenen Last eine Bewegung der Rumpfzelle bezüglich dem Teil ermöglichend unterbrochen wird, so daß dann das Energieaufbringelement in Eingriff mit dem Rohr kommt, das sich gegen das Energieaufbringelement bewegt und dabei Energie vernichtend verformt wird.

Vorzugsweise hat das Energieaufbringelement die Form eines Ringes mit radial nach außen gerichteten VorSprüngen, die bei Eingriff mit dem Rohr dieses in Längsstreifen zerschneiden.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Bugrad-Fahrwerk.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Teil des Fahrwerks aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt den "Schneidring" des Fahrwerks gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 4 zeigt eine Ausbildung des unteren Endes des Energie absorbierenden Rohres aus Fig. 1 und 2.

Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Wirkungsweise des Fahrwerks gemäß Fig. 1 bis 4.

Fig. 6 und 7 zeigen andere Ausführungsbeispiele für die energievernichtenden Strukturen.

Fig. 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Erfindung betrifft sowohl Hubschrauber-Fahrwerke als auch Fahrwerke für Flugzeuge mit starren Flügeln. In den Fig. 1 und 2

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ist der Aufbau eines Bugrad-Fahrwerks für einen Hubschrauber dargestellt.

Das Fahrwerk weist ein Paar Räder 10 und 11 auf, die an einer Achsanordnung 12 befestigt sind, von der sich ein Kolben 13 teleskopartig nach oben in einen äußeren Zylinder 14 erstreckt, Der Zylinder 14 ist an einer oberen Lagerblockanordnung 15 befestigt, die in einer Halteplatte 16 zur Verbindung mit der Rumpfzelle sitzt und in ihr befestigt ist. Wenn somit die Räder 10 und 11 bei der Landung den Boden berühren, wird das Gewicht der RumpfzeHe bzw. des Rumpfes über die Halteplatte 16 auf das Fahrwerk übertragen.

Wie Fig.2 zeigt, erstreckt sich der Kolben 13 nach oben durch das untere Ende des Zylinders 14 und die untere Lageranordnung 14a, die in Eingriff mit dem Kolben 13 stehende Dichtungsringe aufweist. Der Innendurchmesser des Zylinders 14 ist wesentlich größer als der Außendurchmesser des Kolbens 13, so daß die Lageranordnung 14a vom Zylinder aufgenommen werden kann. Am oberen Ende des Kolbens 13 ist mittels Bolzen 13b ein Kolbenkopf 13a befestigt, an dem eine Dichtungsanordnung 13c angebracht ist, die in Berührung mit der Innenwand des Zylinders 14 steht und entlang dieser verschiebbar ist. Der Kolbenkopf 13a hat eine Mittelöffnung 13d.

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Innerhalb des Kolbens 13 findet sich ein "Schwimmerkolben" 13e, der sich entlang dem hohlen Kolben 13 bewegen kann. Der unterhalb des Schwimmerkolbens 13e befindliche Bereich ist mit Luft und der darüber befindliche Bereich mit Öl gefüllt. Ferner ist der Zylinder 14 oberhalb des Kolbenkopfes 13a mit Öl gefüllt. Am Kopf des Zylinders 14 und am oberen Lagerblock 15 ist ein Meßzapfen 14b befestigt, der sich durch die Öffnung 13d erstreckt und den Ölfluß durch diese regelt. Im Kolbenkopf 13a sind Sicherheitsstopfen 13f angeordnet, die bei Auftreten eines vorbestimmten extremen Druckes im Zylinder herausgepreßt werden.

Wenn das Gewicht des Flugzeugs auf die Lageranordnung 15 übertragen wird, bewegt sich der Zylinder 14 nach unten über den Kolben 13 und dabei fließt Öl durch die Öffnung 13d. Bei Aufbau eines ausreichenden Fluiddruckes, etwa bei einem Absturz oder bei einer Landung aus größerer Höhe, werden die Stopfen 13f herausgepreßt, wodurch auf den Schwimmerkolben 13e Druck ausgeübt und die Luft unter ihm komprimiert wird. Die Rate, mit der die Kräfte aufgebaut werden, hängt von der Strömungsrate des Öls durch die öffnung 13d und den beim Entfernen der Stopfen 13f freiwerdenden Bohrungen ab. Auf diese Weise wird das Fleugzeug auf der Luftmasse unterhalb des Schwimmerkolbens 13e und durch den Widerstand des mit sehr hoher Rate durch die Öffnungen gepreßten Öls abgefedert.

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Die Erfindung sieht die Kombination eines derartigen Federbeins mit einem Energievernichtungsaufbau in Form eines dünnen zylindrischen Rohres 20 vor. Das Rohr 20 ist in einer Platte 15a befestigt, die einen Teil der oberen Lagerblockanordnung 15 bildet, und hat in einem Ausführungsbeispiel die Form eines verhältnismäßig dünnwandigen Aluminiumzylinders mit bekannten Eigenschaften. Es kann beispielsweise durch Extrudieren einer 2O24-T-3 Aluminiumlegierung hergestellt werden. Die Wandstärke des Rohres kann in einem Ausführungsbeispiel 3,7 mm betragen.

Das an der Platte 15a und damit an der Rumpfzelle befestigte, zylindrische Rohr 20 erstreckt sich, den Zylinder 14 umgebend nach unten bis eben oberhalb einer nach außen gerichteten Schulter 14c etwa auf halber Höhe des Zylinders 14. Unmittelbar über dieser Schulter 14c ist ein den Zylinder 14 umgebender Arbeitsring 21 befestigt, der in einem Kautschukkörper 22 eingelagert ist, der den Ring 21 und das Rohr 20 mittig auf dem Zylinder 14 hält.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Ring 21 die Form eines mit mehreren Schneidelementen versehenen Ringes (Fig. 3), d.h. der Ring 21 hat einen Bandbereich 21a mit einer Anzahl sich radial nach außen erstreckender Vorsprünge 21b. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel betrug die Höhe

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des Ringes etwa 1,27 cm, und die Vorsprünge 21b erstrecken sich etwa 9,5 nun nach außen. Der Außendurchmesser des Bandbereiches 21a war geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Rohres 20.

Die Aufgabe des Ringes 21 besteht darin, durch mechanische Einwirkung auf das Rohr 20 Energie zu vernichten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen die Vorsprünge 21b dazu, bei Abwärtsbewegung des Rohres 20 nach unten über den Zylinder 14 infolge Bewegung der Rumpfzelle Schlitze in das Rohr 20 zu schneiden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die obere Lagerblockanordnung 15 eine obere Scheibe 15b aufweist, die mittels einer Anzahl von Lastregelschrauben 15e an einem Befestigungsring 15d befestigt sind, der an einem in der oberen Halteplatte 16 gebildeten Ringkörper befestigt ist. An der Halteplatte 16 ist die Platte 15a befestigt.

Im normalen Betrieb verbinden die Schrauben 15e die Platte 15b mit dem Ring 15, so daß sich das Rohr 20 in einer festen Lage bezüglich dem Arbeitsring 21 befindet. Die Lastregelschrauben 15e können spanabhebend bearbeitet sein, etwa in einem Mittelbereich einen geringeren Durchmesser aufweisen, so daß sie beim Auftraten einer vorbestimmten Spannung bei

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hohen Landebelastungen brechen. Dadurch kommt dann die Platte 15b vom Ring 15d frei, so daß sich der Zylinder 14 nach oben bezüglich der Rumpfzelle durch den Ring 15d bewegen kann. Der Ring 21 wird von der Schulter 14c abgestützt, so daß seine Vorsprünge in Eingriff mit dem unteren Ende des Rohres 20 kommen und dieses in Längsrichtung in eine Anzahl Streifen zerschneiden, wenn es sich bezüglich dem Zylinder 14 nach unten bewegt. Ein großer Teil der Energie, die nach der Bodenberührung der Räder zum Stillstand der Abwärtsbewegung der Rumpfzelle vernichtet werden muß, wird somit durch die Schneidarbeit vernichtet, durch die eine Anzahl Schlitze in Längsrichtung in das Rohr 20 geschnitten werden.

Unmittelbar unterhalb der Schulter'14c befindet sich eine untere Lagerhalterung 30, die einen den Zylinder 14 umgebenden Lagerring 30b aufweist, der in einer Platte 30a befestigt ist. Der Lagerring 30b ist mit einem mit Teflon imprägnierten Gewebe beschichtet, so daß ein dünner Lagerkörper 30c gebildet wird. Die Flugzeugaußenhaut ist an der Platte 30a befestigt. Wenn die Schrauben 15e brechen und der Zylinder 14 sich bezüglich der oberen Lagerblockanordnung 15 bewegt, gleitet der Zylinder 14 nach oben durch den Lagerring 30c.

In Fig. 4 ist das untere Ende des zylindrischen Rohres 20 zu erkennen, um ein Ausführungsbeispiel eines verwendeten Rohres

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zu verdeutlichen. Das untere Ende 20a der Wandung dieses Rohres verjüngt sich an seiner Außenseite, d.h. seine Außenfläche verläuft zum Ende hin schräg nach innen, wodurch das Aufbringen der Belastungen zu Anfang erleichtert und die Aufbringung von Spitzenlasten zu Beginn der Bewegung des Schneidringes 21 durch das Rohr verhindert wird.

Man erkennt, daß der Zylinder 14 ohne Begrenzung bezüglich der Halteplatte 16 drehbar ist, d.h. die obere Lagerblockanordnung 15 kann in Abhängigkeit von den Lenkungskräften am Flugzeug in dem sie haltenden Ringkörper gedreht werden.

Obwohl nicht unmittelbar Teil der Erfindung, ist ein Zentrierzylinder 40 dargestellt, der über eine Stange 41 mit einem Nockengestänge 42 gekoppelt ist, das dazu dient, die Räder 10 und 11 normalerweise in fluchtender Ausrichtung mit der Längsachse des Flugzeuges zu halten. Der Zylinder 40 enthält ein elastisches Luftpolster, so daß über das Nockengestänge 42 und einen entsprechenden Nocken die mittige Ausrichtung der Räder aufrechterhalten bleibt.

Ein weiteres Gestänge mit einer Stange 43 und einem Kurbelarm 44 steht mit einem Dämpfungszylinder 45 in Verbindung, um die Schwingungen oder Schläge des Fahrwerks während des Lande-Vorganges zu verringern.

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Fig. 5 zeigt die mittels der Erfindung erzielbaren Lastschwankungen, wobei auf der Ordinate die Belastung in 1OOO kg, d.h. die auf die Räder 10 und 11 nach Berührung des Bodens bei einer Bruchlandung ausgeübte Kraft, und auf der Abszisse der Hub oder die Bewegung des Rohres 20 nach unten entlang dem Schneidring 21 und die Bewegung des Kolbens 13 bezüglich dem Zylinder 14 aufgetragen ist. Die gezeigte Kurve 60 hat drei getrennte Abschnitte. Der Abschnitt 60a bezeichnet den Anfangsbereich der Bewegung des Kolbens 13 bezüglich dem Zylinder 14 während des Aufbaus der Belastung, wenn das Fluid durch die Öffnung 13d gepreßt wird. Während dieses Teils der Bewegung baut sich der Druck des Öls im oberen Zylinder 14 auf, und am Ende des Abschnittes 60a brechen die Schrauben 15e, und die Stopfen 13f werden aus dem Kolbenkopf 13a herausgedrückt.

Der Übergangsabschnitt 60b bezeichnet den Beginn des Einwirkens des Schneidringes 21 auf das untere Ende des Rohres 20, während der lineare Abschnitt 60c die konstante Last darstellt, die durch die Aufwärtsbewegung des Schneidringes durch das Rohr 20 und während der Bewegung des Kolbens bezüglich dem Zylinder 14 aufrechterhalten bleibt. Die Vorsprünge des Schneidringes schneiden jeweils entsprechend ihrer Breite einen linearen Einschnitt nach oben in das Rohr 20, das in diesem Fall etwa 25,4 cm lang war. Dadurch

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wird das Rohr in einen Satz Aluminiumstreifen umgewandelt, von denen jeder eine Breite gleich dem Abstand zwischen den VorSprüngen des Schneidringes 21 hat. Die Streifen haben die Neigung, sich nach oben zu krümmen, wenn sich das Rohr 20 nach unten über den Schneidring 21 bewegt.

Das wesentliche des linearen Abschnittes 60c der Kurve 60 ist darin zu sehen, daß über praktisch die gesamte Länge des Hubes des Rohres 20 und des Kolbens 13 die Belastung konstant ist, wodurch also durch das Auftreffen des Flugzeugs auf den Boden entstehende Landeenergie wirksam absorbiert wird, bis die Rumpfzelle den Boden berührt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die der Kurve 60 entsprechenden Werte aus Versuchen und Berechnungen unter Verwendung eines Rohr-Schneidring-Aufbaus gemäß Fig. 1 erhalten wurden, dem ein Gesamtgewicht von 1570 kg zugeführt wurde. Die Wand des Rohres 20 hatte eine Materialstärke von 3,7 mm, und das untere Ende des Rohres war entsprechend Fig. 4 verjüngt ausgebildet.

Der Schneidring 21 wies 16 nach außen gerichtete Vorsprünge auf. Während des Versuches wurde das Gewicht von einer Höhe von 8,28 cm. fallengelassen und hatte eine Aufschlagsgeschwindigkeit von 12,6 m/Sakunde, während die Endgeschwindigkeit bei einer Gesamtbewegung des Rohres 20 von 2 9,5 cm 10,5 m/Sekunde

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betrug. Der lineare Abschnitt 60c der Kurve 60 ist sehr erwünscht, und durch eine derartige Belastungscharakteristik bei einem so geringen zusätzlichen Gewicht und mit so einfach aufgebauten Elementen ergibt sich ein erheblicher technischer Fortschritt.

In Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Energievernichtungseinheit dargestellt, bei der das Rohr aufgeweitet wird, wozu das Rohr 20 derart befestigt wird, daß sein unteres Ende einem aufgeweiteten Element 70 zugewandt ist, das unmittelbar oberhalb der Platte 30a am Zylinder 14 (nicht gezeigt) befestigt ist.

Wie Fig. 7 zeigt, wird das Rohr 20 nach unten über das Element 70 gepreßt, wobei sich seine Kante nach außen aufweitet, und das Rohr zerrissen wird. Durch den Aufweitvorgang wird Energie absorbiert und damit die auf die Rumpfzelle wirkenden Kräfte gedämpft.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Energievernichtungseinheit gezeigt, bei der das untere Ende des Rohres 20 nach außen umgebogen und in einem Klemmring 71 befestigt ist. Das obere Ende des Rohres wird an der Halteplatte 16 gemäß Fig. 2 befestigt.

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In Fig. 9 erkennt man, daß bei der Abwärtsbewegung des Rohres 20 bezüglich dem Klemmring 71 das Rohr mit seiner Innenseite nach außen gebogen wird, wodurch Energie absorbiert wird. Selbstverständlich kann auch ein solcher Aufbau benutzt werden, bei dem die Außenseite des Rohres nach innen gebogen wird, wozu dann der Ablauf gemäß Fig. 8 und 9 im wesentlichen umgekehrt werden muß.

Man erkennt, daß in dem beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Schneidring 21 benutzt wird, um während extremer Landezustände ein Rohr 20 in Streifen zu zerschneiden.

Somit wird erfindungsgemäß ein Energie absorbierendes Rohr den Zylinder des Federbeins umgebend mit einem Ende an der Rumpfzelle befestigt, während ein Ring 21 am anderen Ende des Rohres angeordnet wird, so daß eine Bewegung des Federbeins das Rohr 20 in Eingriff mit dem Ring 21 bringt und es bei Abwärtsbewegung der Rumpfzelle entlang dem Federbein nach unten bewegt, um zum Abbremsen dieser Abwärtsbewegung der Rumpfzelle Energie zu vernichten.

Obwohl die Erfindung-vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es klar, daß sie nicht auf diese beschränkt ist, sondern daß weitere Abwandlungen und Änderungen möglich sind, die alle unter die Erfindung fallen.

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Claims

Ansprüche

1. j Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk mit einem Federbein,

das einen an der Rumpfzelle befestigten Teil hat, der bei Berührung des Fahrwerks mit dem Boden entlang einem mit den Rädern des Fahrwerks verbundenen Fahrwerksteil bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Teil des Fahrwerks umgebendes, Energie absorbierendes Rohr (2O) mit einem Ende an diesem Teil befestigt ist, daß im Bereich des anderen Endes des Rohres (20) ein Energieaufbringelement (21) mit der Rumpfzelle verbunden ist, und daß der Teil über eine zerstörbare Kopplung mit der Rumpfzelle verbunden ist, welche bei einer vorgegebenen Last eine Bewegung der Rumpfzelle bezüglich dem Teil ermöglichend unterbrochen wird.

2. Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk nach Anspruch 1, bei dem der Teil einen Zylinder enthält, der einen zum Fahrwerkteil gehörenden Kolben aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben ein Luftvolumen sowie im Zylinder und im oberen Bereich des Kolbens Öl vorhanden sind, so daß bei Abwärtsbewegung des Zylinders bezüglich dem Kolben eine Öl-Druckdifferenz über dem Kopf des Kolbens entsteht, daß der Zylinder mit einer bei vorbestimmter Last zerstörbaren Verbindung an der Rumpfzelle befestigt ist,

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daß eine Führung für den sich bewegenden Zylinder bei Zerstörung der Verbindung vorgesehen ist, daß das Energie absorbierende Rohr zumindest den oberen Teil des Zylinders umgebend nahe dessen oberem Ende an der Rumpfzelle befestigt ist und daß das Energieaufbringelement am Zylinder befestigt ist.

3. Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder an einer Stelle unterhalb des unteren Endes des Energie absorbierenden Rohres eine Schulter aufweist und daß das Energieaufbringelement aus einem Ring besteht und auf der Schulter befestigt ist.

4. Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring eine Anzahl sich radial erstreckender SchneidvorSprünge zum Einschneiden des Rohres bei Abwärtsbewegung der Rumpfzelle bezüglich dem Zylinder aufweist.

5. Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle der Rumpfzelle, die sich normalerweise unmittelbar unterhalb des Energieaufbringelementes befindet, eine Lageranordnung zur Führung der Raumzelle nach unten vorgesehen ist.

su:kö 603886/G3S1