-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk mit einem Federbein, welches aus einem Zylinder, aus einem darin gegen eine Federkraft verschieblichen, mit Rädern des Fahrwerks verbundenen Kolben und aus einem den Zylinder koaxial umgebenden Rohr besteht, das mit seinem einen Ende an der Flugzeugzelle befestigt ist und mit seinem anderen Ende gegen einen am Zylinder gelagerten Ring anliegt und bei hohen Stoßkräften durch Verformungsarbeit Energie aufnimmt.
-
Ein solches Fahrwek wird in der US-PS 32 65 163 beschrieben, wobei das den Zylinder koaxial umgebende Rohr aus mehreren zylindrischen Waben-Elementen besteht, die bei einer außergewöhnlich harten Ladung oder bei einer Bruchlandung zusammengepreßt werden, um Schäden am Flugzeug und insbesondere an der Rumpfzelle möglichst gering zu halten.
-
Dieses bekannte Fahrwerk hat jedoch Nachteile. Wird nämlich der Stoßdämpfer bei einer schweren Bruchlandung besonders stark zusammengedrückt, nimmt die Gegenkraft der zusammengepreßten Waben-Elemente mit zunehmender Kompression zu, so daß der Stoß dann praktisch ungedämpft übertragen wird. Dies kann dazu führen, daß das Fahrwerk abreißt oder in die Rumpfzelle gedrückt wird, bevor der Reaktionsweg des Stoßdämpfers voll ausgenutzt ist. Darüber hinaus werden die nur im Notfall gebrauchten Waben-Elemente auch bei jeder normalen Landung belastet, was zu Ermüdungserscheinungen des Wabenmaterials oder gar zur Zerstörung einiger Waben-Zellen führen kann. Die Dämpfungseigenschaften des Fahrwerks können daher nach einigen härteren Landungen schon wesentlich beeinträchtigt sein, so daß der Stoßdämpfer sicherheitshalber regelmäßig ausgetauscht werden sollte.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrwerk mit einem einfachen Stoßdämpfer zu schaffen, das hohe, etwa bei Bruchlandungen auftretende Stoßkräfte wirksam und gleichmäßig abbaut.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk der eingangs genannten Art mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst.
-
Mit Hilfe der Erfindung wird also ein Fahrwerk geschaffen, bei dem bei sehr hohen Belastungen eine lösbare Verbindung des Zylinders mit der Rumpfzelle unterbrochen und die auftretende Energie durch Zerschneiden des die Energie absorbierenden Rohres vernichtet wird. Bei normalen Landungen wird demgegenüber nur das herkömmliche Federbein des Fahrwerks aktiviert; das Energie absorbierende Rohr bleibt dabei wegen der unversehrten, lösbaren Verbindung des Zylinders des Fahrwerks mit der Rumpfzelle unbelastet und verändert seine Eigenschaften nicht. Wenn jedoch z. B. bei einer Bruchlandung diese lösbare Verbindung zerstört wird, schiebt sich der Zylinder in Richtung auf die Rumpfzelle, wobei das Energie absorbierende Rohr über den am Zylinder gelagerten Ring mit seinen Schneidvorsprüngen geschoben und dabei in Streifen geschnitten wird. Da das Rohr über seine Länge eine gleichbleibende Wandstärke aufweist, bleibt die beim Zerschneiden des Rohres auftretende Dämpfungskraft konstant, wodurch ein Abreißen des Fahrwerks vor der Ausnutzung des gesamten Dämpfungsweges vermieden wird.
-
Das erfindungsgemäße Fahrwerk baut somit bei harten Landungen auftretende Kräfte von einem bestimmten Grenzwert an kontinuierlich ab, bei dem die lösbare Verbindung des Zylinders des Fahrwerks mit der Rumpfzelle reißt. Der Aufbau ist dabei sehr einfach und leicht.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfidung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläurert. Es zeigt
-
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Flugzeug- oder Hubschrauberfahrwerk;
-
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil des Fahrwerks aus Fig. 1;
-
Fig. 3 den Ring mit den Schneidelementen am Fahrwerk gemäß Fig. 1 und 2;
-
Fig. 4 eine Ausbildung des unteren Endes des Energie absorbierenden Rohres aus Fig. 1 und 2;
-
Fig. 5 in einem Diagramm die Wirkungsweise des Fahrwerks gemäß Fig. 1 bis 4;
-
Fig. 6 und 7 andere Ausführungsbeispiele von energievernichtenden Strukturen; und
-
Fig. 8 und 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
-
Die Ausführungsbeispiele betreffen sowohl Hubschrauber-Fahrwerke als auch Fahrwerke für Flugzeuge mit starren Flügeln. in den Fig. 1 und 2 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 Rumpfzelle 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 14 a, 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 14 a vom Zylinder 14 aufgenommen werden kann. Am oberen Ende des Kolbens 13 ist mittels Bolzen 13 b ein Kolbenkopf 13 a befestigt, an dem eine Dichtungsanordnung 13 c angebracht ist, die in Berührung mit der Innenwand des Zylinders 14 steht und entlang dieser verschiebbar ist. Der Kolbenkopf 13 a hat eine Mittelöffnung 13 d.
-
Innerhalb des Kolbens 13 findet sich ein "Schwimmerkolben" 13 e, der sich entlang dem hohlen Kolben 13 bewegen kann. Der unterhalb des Schwimmerkolbens 13 e befindliche Bereich ist mit Luft und der darüber befindliche Bereich mit Öl gefüllt. Ferner ist der Zylinder 14 oberhalb des Kolbenkopfes 13 a mit Öl gefüllt. Am Kopf des Zylinders 14 und am oberen Laberblock 15 ist ein Meßzapfen 14 b befestigt, der sich durch die Öffnung 13 d erstreckt und den Ölfluß durch diese regelt. Im Kolbenkopf 13 a sind Sicherheitsstopfen 13 f angeordnet, die bei Auftreten eines vorbestimmten extremen Druckes im Zylinder 14 herausgepreßt werden.
-
Wenn das Gewicht des Flugzeugs auf den oberen Lagerblock 15 übertragen wird, bewegt sich der Zylinder 14 nach unten über den Kolben 13 und dabei fließt Öl durch die Öffnung 13 d. Bei Aufbau eines ausreichenden Fluiddruckes, etwa bei einem Absturz oder bei einer Landung aus größerer Höhe, werden die Stopfen 13 f herausgepreßt, wodurch auf den Schwimmerkolben 13 e 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 13 d und den beim Entfernen der Stopfen 13 f freiwerdenden Bohrungen ab. Auf diese Weise wird das Flugzeug auf der Luftmasse unterhalb des Schwimmerkolbens 13 e und durch das den Widerstand des mit sehr hoher Rate durch die Öffnungen 13 d und die Bohrungen gepreßten Öls abgefedert.
-
Das Ausführungsbeispiel sieht die Kombination eines derartigen Federbeins mit einem Enegievernichtungsaufbau in Form eines dünnen zylindrischen Rohres 20 vor. Das Rohr 20 ist in einer Platte 15 a befestigt, die einen Teil des oberen Lagerblockes 15 bildet, und hat in einem Ausführungsbeispiel die Form eines verhältnismäßig dünnwandigen Aluminiumzylinders mit bekannten Eigenschaften. Es kann beispielweise durch Extrudieren einer 2024-T-3 Aluminiumlegierung hergestellt werden. Die Wandstärke des Rohres kann in einem Ausführungsbeispiel 3,7 mm betragen.
-
Das an der Platte 15 a 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 14 c etwa auf halber Höhe des Zylinders 14. Unmittelbar über dieser Schulter 14 c ist ein den Zylinder 14 umgebender Ring 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 21 b, im folgenden Vorsprünge 21 b genannt, versehenen Ringes (Fig. 3), d. h. der Ring 21 hat einen Bandbereich 21 a mit einer Anzahl sich radial nach außen erstreckender Vorsprünge 21 b. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel betrug die Höhe des Ringes etwa 1,27 cm, und die Vorsprünge 21 b erstrecken sich etwa 9,5 mm nach außen. Der Außendurchmesser des Bandbereiches 21 a 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 21 b 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 der obere Lagerblock 15 eine obere Scheibe 15 b aufweist, die mittels einer Anzahl von Lastregelschrauben 15 e an einem Befestigungsring 15 d befestigt sind, der an einem in der oberen Halteplatte 16 gebildeten Ringkörper befestigt ist. An der Halteplatte 16 ist die Platte 15 a befestigt.
-
Im normalen Betrieb verbinden die Schrauben 15 e die Platte 15 b mit dem Lagerblock 15, so daß sich das Rohr 20 in einer festen Lage bezüglich des Ringes 21 befindet. Die Lastregelschrauben 15 e können spanabhebend bearbeitet sein, etwa in einem Mittelbereich einen geringeren Durchmesser aufweisen, so daß sie beim Auftreten einer vorbestimmten Spannung bei hohen Landebelastungen brechen. Dadurch kommt dann die Platte 15 b vom Befestigungsring 15d frei, so daß sich der Zylinder 14 nach oben bezüglich der Rumpfzelle durch den Befestigungsring 15 d bewegen kann. Der Ring 21 wird von der Schulter 14 c abgestützt, so daß seine Vorsprünge 21 b 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 10, 11 bis 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 14 c befindet sich eine untere Lagerhalterung 30, die einen den Zylinder 14 umgebenden Lagerring 30 b aufweist, der in einer Platte 30 a befestigt ist. Der Lagerring 30 b ist mit einem mit Teflon imprägnierten Gewebe beschichtet, so daß ein dünner Lagerkörper 30 c gebildet wird. Die Flugzeugaußenhaut ist an der Platte 30 a befestigt. Wenn die Schrauben 15 e brechen und der Zylinder 14 sich bezüglich des oberen Lagerblockes 15 bewegt, gleitet der Zylinder 14 nach oben durch den Lagerring 30 c.
-
In Fig. 4 ist das untere Ende des zylindrischen Rohres 20 zu erkennen, um ein Ausführungsbeispiel eines verwendeten Rohres zu verdeutlichten. Das untere Ende der Wandung dieses Rohres 20 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 Ringes 21 durch das Rohr 20 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.
-
Im oberen Teil der Fig. 1 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 Flugzeugs zu halten. Der Zylinder 40 enthält ein elastisches Luftpolster, so daß über das Nockengestänge 42 und einen entsprechenden Nocken die mittige Ausrichtung der Räder 10, 11 aufrecherhalten 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 Landevorganges zu verringern.
-
Fig. 5 zeigt die Lastschwankungen, wobei auf der Ordinate die Belastung in 1000 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 Ring 21 und die Bewegung des Kolbens 13 bezüglich dem Zylinder 14 aufgetragen ist. Die gezeigte Kurve 60 hat drei getrennte Abschnitte. Der Abschnitt 60 a bezeichnet den Anfangsbereich der Bewegung des Kolbens 13 bezüglich dem Zylinder 14 während des Aufbaus der Belastung, wenn das Fluid durch die Öffnung 13 d gepreßt wird. Während dieses Teils der Bewegung baut sich der Druck des Öls im oberen Zylinder 14 auf, und am Ende des Abschnittes 60 a brechen die Schrauben 15 e , und die Stopfen 13 f werden aus dem Kolbenkopf 13 a herausgedrückt.
-
Der Übergangsabschnitt 60 b bezeichnet den Beginn des Einwirkens des Ringes 21 auf das untere Ende des Rohres 20, während der lineare Abschnitt 60 c die konstante Last darstellt, die durch die Aufwärtsbewegung des Ringes 21 durch das Rohr 20 und während der Bewegung des Kolbens 13 bezüglich dem Zylinder 14 aufrechterhalten bleibt. Die Vorsprünge 21 b des Ringes 21 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 wird das Rohr 20 in einen Satz Aluminiumstreifen umgewandelt, von denen jeder eine Breite gleich dem Abstand zwischen den Vorsprüngen 21 b des Ringes 21 hat. Die Streifen haben die Neigung, sich nach oben zu krümmen, wenn sich das Rohr 20 nach unten über den Ring 21 bewegt.
-
Das wesentliche des linearen Abschnittes 60 c 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 20 war entsprechend Fig. 4 verjüngt ausgebildet.
-
Der Ring 21 wies 16 nach außen gerichtete Vorsprünge 21 b auf. Während des Versuches wurde das Gewicht von einer Höhe von 8,28 cm fallengelassen und hatte eine Aufschlagsgeschwindigkeit von 12,6 m/Sekunde, während die Endgeschwindigkeit bei einer Gesamtbewegung des Rohres 20 von 29,5 cm 10,5 m/Sekunde betrug. Der lineare Abschnitt 60 c 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 20 aufgeweitet wird, wozu das Rohr 20 derart befestigt wird, daß sein unteres Ende einem aufgeweiteten Element 70 zugewandt ist, das unmittelbar oberhalb der Platte 30 a 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 20 zerrisen 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 20 wird an der Halteplatte 16 gemäß Fig. 2 befestigt.
-
In Fig. 9 erkennt man, daß bei der Abwärtsbewegung des Rohres 20 bezüglich des Klemmrings 71 das Rohr 20 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 20 nach innen gebogen wird, wozu dann der Ablauf gemäß Fig. 8 und 9 im wesentlichen umgekehrt werden muß.