DE2848309A1

DE2848309A1 - Laminiertes plattenteil, insbesondere flugzeugsteuersystemteil, und damit ausgeruestetes flugzeugsteuersystem

Info

Publication number: DE2848309A1
Application number: DE19782848309
Authority: DE
Inventors: William George Degnan
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1979-06-21
Also published as: US4161125A; IL55886A

Description

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Laminiertes Plattenteil, insbesondere Flugzeugsteuersystemteil, und damit ausgerüstetes Flugzeugsteuersystem

Die Erfindung betrifft ein laminiertes Plattenteil, insbesondere ein Flugzeugsteuersystemteil, und ein damit ausgerüstetes Flugzeugsteuersystem, in welchem die Steuerfläche oder das Steuerteil eine Eingabegröße durch einen Piloten oder durch eine automatische Steuerung über eine Reihe von miteinander verbundenen und relativbeweglichen Teilen, wie Winkelhebel, Rollen, Stangen, usw., empfängt, und bezieht sich insbesondere auf ein Teil eines solchen Systems, welches so aufgebaut ist, daß es durch Geschosse weniger gefährdet wird, so daß das System betätigbar bleibt und seine Steuerfunktion weiterhin ausüben kann, nachdem ein Geschoß durch das Teil hindurchgegangen ist.

Viele Anstrengungen sind bislang darauf gerichtet worden, die Armierung von Flugzeugen, Schiffen, usw. zu verbessern, wobei aber die der Armierung zugrundeliegende Idee darin

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besteht, ein Teil so aufzubauen, daß es einem hindurchgehenden Geschoß Widerstand leistet und das Geschoß möglichst abprallen läßt. Bekannte Armierungskonstruktionen dieser Art zeigen die üS-PSen 3 179 553, 3 604 374 und 3 962 976. Nachteilig ist, daß die Armierung, die so hergestellt ist, daß sie ein Geschoß besonderen Kalibers abprallen läßt, unwirksam wird, wenn Geschosse mit größerem Kaliber gegen sie gerichtet werden, und schließlich, insbesondere auf dem Gebiet der Flugzeugtechnik, kann die Panzerung nicht verstärkt werden, indem ihr Volumen über eine praktische Grenze hinaus erhöht wird, weil das Luftfahrzeug in der Lage sein muß, vom Boden abzuheben und in dem erforderlichen Umfang Personal und/oder Fracht mitzunehmen.

Winkelhebel und andere Flugzeugsteuerteile werden bislang aus Aluminiumlegierungsgußstücken und/oder Stahl- oder Aluminiumschmiedestücken hergestellt, die zum Zerbrechen neigen, wenn sie mit Handfeuerwaffen beschossen werden, wodurch redundante Systeme und/oder Panzerplatten erforderlich werden, welche beträchtliche zusätzliche Kosten und beträchtliches zusätzliches Gewicht mit sich bringen. Die Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Armierung dahingehend, daß es nicht Ziel ist, Teile so herzustellen, daß sie Projektile abprallen lassen, sondern so, daß das Teil Geschoßtreffer überleben kann und betätigbar bleibt, um seine vorgesehene Funktion zu erfüllen, nachdem ein Geschoß durch es hindurchgegangen ist.

Die Erfindung schafft ein Flugzeugsteuersystemteil, welches seine Funktion weiterhin erfüllen kann, nachdem ein Geschoß es getroffen und durch es hindurchgegangen ist.

Gemäß der Erfindung wird das Flugzeugsteuersystemteil aus mit-einander verbundenen Schichten hergestellt, wobei die äußere

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oder Geschoßaustrittsschicht eine ausgewählte Di cke und Streckfestigkeit hat, so daß die blütenblätterartigen Ausgratungen, die in ihm durch ein aufprallendes und hindurchgehendes Geschoß erzeugt werden, verformt werden, wenn die Ausgratungen unter dem Steuerdruck mit zugeordneten Teilen im Anschluß an die Beschädigung in Berührung kommen, um das sekundäre Blockieren des Steuersystems zu vermeiden und einen fortgesetzten Betrieb des Steuersystems mit den so verformten Ausgratungen zu gestatten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Teil vorzugsweise aus Seitenplattenteilen aus dreilagigen Schichtstoffen hergestellt, wobei die Mittellage doppelt so dick ist wie die Endlagen und wobei die Lagen durch ein elastomermodifiziertes Epoxidharz miteinander verklebt sind, um dadurch die Festigkeit des Teils zu verbessern und die Betätigung des Teils im Anschluß an einen Geschoßschaden zu gestatten, damit der beste Kompromiß zwischen Überlebensfähigkeit und Redundanz erzielt wird.

Weiter schafft die Erfindung ein Teil mit geringerer Gefährdung durch Geschosse und mit besserer Überlebensfähigkeit ohne Erhöhung des Volumens oder des Gewichts desselben und zu geringeren Kosten durch die Verwendung von geschichteten Blechen anstelle von völlig spanabhebend bearbeiteten Schmiedestücken aus derselben Legierung.

Weiter schafft die Erfindung ein Teil mit geringerer Gefährdung durch Geschosse unter Verwendung von miteinander verklebten Schichten zum Verfestigen des Teils durch vorteilhaftes Ausnutzen der hohen Flächenspannungsbruchzähigkeit von Flächenmaterial, die ein Mehrfaches des Wertes der niedrigeren Flächendehnung von schweren Schmiedestücken ist.

Außerdem schafft die Erfindung ein Teil, in welchem die dreilagige Laminatkonstruktion mit elastomermodifizierter Epoxid-

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harzverbindung durch Geschoßschaden weniger gefährdet werden kann/ weil sie einen höheren Geschoßwiderstand, eine geringere seitliche Beschädigung und eine höhere Geschoßstoßreflexion an den Grenzflächen zwischen den Schichten und dem Klebstoff aufweist.

Gemäß der Erfindung ist das Flugzeugsteuerteil aus Schichten hergestellt, die so miteinander verklebt sind, daß es eine höhere Festigkeit als eine monolithische Konstruktion hat und deshalb in der Lage ist, einen größeren Geschoßschaden ohne Ausfall zu verkraften, und an seiner Geschoßaustrittsplatte werden Ausgratungen gebildet, die unter dem Steuerdruck durch gegenseitige Beeinflussung mit zusammenwirkenden Teilen im Anschluß an den Geschoßschaden verformbar sind und deshalb die weitere Betätigung des Systems gestatten.

Die geringere Gefährdung durch Geschosse und die höhere Überlebensfähigkeit wird gemäß der Erfindung ohne Leistungsverluste und mit geringeren Kosten erzielt.

Gemäß der Erfindung werden ein oder mehrere Teile eines Flughauptsystems aus miteinander verbundenen Schichten statt monolithisch hergestellt, so daß Geschoßschadenauswirkungen in einem Verhältnis von 5:1 verringert werden und dadurch die Uberlebensfähigkeit des Teils durch Vermeidung von sekundären Blockierzuständen aufgrund von Ausgratungen in der Geschoßaustrittsschicht vergrößert wird, so daß das System betätigbar bleibt und nicht durch einen einzigen Geschoßtreffer an einem seiner Teile funktionsunfähig gemacht wird.

Mehrere Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher be-

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schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein monolithisches Plattenteil zur

Veranschaulichung des Geschoßschadens, welcher durch ein aufprallendes und hindurchgehendes Geschoß verursacht wird,

Fig. 2 ein Plattenteil mit drei miteinander ver

klebten Schichten gleicher Dicke zur Veranschaulichung des Geschoßschadens, der durch ein aufprallendes und hindurchgehendes Geschoß verursacht wird,

die Fig. 3 und 3a eine Zeichnung bzw. eine Photographic

des Geschoßschadens an einem solchen monolithischen Plattenteil und an einem solchen laminierten Plattenteil, welche aus demselben Metall und mit derselben Gesamtdicke hergestellt sind, wobei der Geschoßschaden genau durch den gleichen Geschoßtreffer verursacht wird,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines

laminierten Plattenteils nach der Erfindung, um zu veranschaulichen, daß die mittlere der drei Schichten doppelt so dick ist wie die Endschichten,

Fig. 5 in Draufsicht ein laminiertes Plattenteil

der in Fig. 4 gezeigten Art, welches von einem Geschoß getroffen worden ist, welches hindurchgegangen ist und seinen "Eindruck" hinterlassen hat, wobei die seitliche Beschädigung in den Schichten und die schadenverringernden Auswirkungen des zum Verkleben der Schichten verwendeten

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elastomermodifizierten Epoxidharzes zu erkennen sind,

Fig. 6 eine Spannungs-Dehnungskurve für ein

metallisches Laminat und die elastomermodifizierte Epoxidharzklebstoffschicht, um zu zeigen, daß das metallische Laminat zuerst ausfällt und daß der Klebstoff erst dann ausfällt, wenn eine wesentlich größere Dehnung oder Verformung in der Größenordnung von 6:1 oder 8:1 auftritt,

Fig. 7 ein Diagramm, in welchem die Bruchzähig

keit über der Blechdicke aufgetragen ist, um zu veranschaulichen, daß ein monolithisches Teil von ausgewählter Dicke eine wesentlich geringere Bruchzähigkeit als ein Laminatteil, dessen Dicke ungefähr gleich einem Drittel dieser Dicke ist, hat,

Fig. 8 eine Kurve der seitlichen Beschädigung

in einem Laminatplattenteil der in Fig. dargestellten Art und einem monolithischem Plattenteil von vergleichbarer Dicke und aus demselben Material bei einem Treffer durch ein 12,7-mm-Geschoß schräg unter 45° und bei verschiedenen Geschoßgeschwindigkeiten,

Fig. 9 einen Winkelhebel, der gemäß der Erfindung

aufgebaut ist, -Teil eines Flugzeugsteuersystems ist und mit anderen relativbeweglichen Teilen desselben beim Miteinanderverbinden des steuernden Mechanismus mit dem gesteuerten Mechanismus zusammenwirkt,

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Fig. 10 · einen Schnitt auf der Linie 10-10 von

Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt auf der Linie 11-11 von

Fig. 9, und

Fig. 12 eine Teilansicht des Winkelhebels von

Fig. 9, die die Einzelanbringung von Opferbändern an den Seitenplattenteilen zeigt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zuerst die Forschungsergebnisse erläutert, die bei einer Untersuchung der Geschoßgefährdung von Flugzeugteilen erzielt worden sind, und anschließend wird erläutert, wie diese Forschungsergebnisse bei einer praktischen Ausführungsform angewandt worden sind.

Es ist in der Praxis üblich, eine zu steuernde entfernte Fläche oder ein zu steuerndes entferntes Teil, wie beispielsweise einen Hubschrauberheckrotor oder ein Querruder, mit dem Steuerknüppel des Piloten oder mit einer automatischen Steuerung über eine Reihe von miteinander verbundenen Winkelhebeln, Rollen und Verbindungsstangen zu verbinden, so daß die Führungsgröße, die der Pilot oder die automatische Steuerung eingibt, über das Verbindungssystem weitergegeben und das gesteuerte Teil zuverlässig gesteuert wird. Wenn ein Geschoßschaden den Ausfall des Verbindungssystems oder das Blockieren desselben verursacht, kann die Steuerfunktion nicht mehr ausgeübt werden. Es war deshalb das Ziel der Untersuchung, den Geschoßschaden zu studieren und die Forschungsergebnisse auszunutzen, um zu erreichen, daß die Teile des Systems durch Geschosse weniger gefährdbar sind.

Da ein Winkelhebel ein leicht zu verstehender Mechanismus und ein typisches Teil in einem solchen Steuersystem ist,

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werden die Untersuchung und die Ausnutzung der Forschungsergebnisse unter Bezugnahme auf einen Winkelhebel beschrieben, wobei aber zu beachten ist/ daß irgendein derartiges Steuerteil unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre hergestellt werden kann.

Winkelhebel werden bislang so hergestellt, daß sie ausreichende Festigkeiten haben, um die Steuerkraft auszuhalten, die auf sie durch den Piloten ausgeübt wird, und diese Steuerkraft auf das gesteuerte Teil über das Verbindungssystem zu übertragen. Herkömmlicherweise werden Winkelhebel aus massivem Metall von ausgewählter Festigkeit, wie beispielsweise geschmiedetem oder gegossenem Aluminium, hergestellt, damit sie diese Steuerkraft aushalten.

Schußtests an solchen einstückigen Winkelhebeln mit massiver Konstruktion, sogenannter monolithischer Konstruktion, zeigten, daß die Art des Ausfalls, wenn das Geschoß auftrifft und durch diese monolithische Konstruktion hindurchgeht, ein massiver Störvorgang ist, d.h. ein Scherausstanzen eines Metallvolumens mit etwa dem Durchmesser des Geschosses, woran sich eine Keilwirkung des Geschosses anschließt, die sich zu den Stoßspannungen in der Struktur addiert und zum Reißen sowie zu Delaminierungen weg von dem Loch oder "Eindruck", welches bzw. welchen das Geschoß macht, führt. Das Ergebnis ist die Bildung eines metallischen Risses längs des Mittelteils der monolithischen Konstruktion 10, beispielsweise an der Stelle 12 in Fig. 1, und ein wesentlicher Schaden sowie eine Entfernung von Metall sowohl an der GeschoßeintrittsSeite, etwa an der Stelle 14, als auch an der Geschoßaustrittsseite, etwa an der Stelle Dieser starke Geschoßschaden der monolithischen Konstruktion führt zu einer starken Schwächung des Teils und verursacht aller Wahrscheinlichkeit nach den Ausfall eines Teils, wie beispielsweise eines monolithischen Winkelhebels.

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Die Untersuchung umfaßte Schußtests an laminierten Strukturen, wie beispielsweise der dreischichtigen oder Laminatstruktur 18 von Fig. 2, welche drei Schichten gleicher Dicke aufweist und dieselbe Gesamtdicke wie die monolithische Struktur von Fig. 1 hat. Bei der Konstruktion von Fig. 2 wird ein "Eindruck" 20 des Geschosses in der ersten Endschicht 22 und ebenso in der Mittelschicht 24 und in der anderen, äußeren, End- oder Geschoßaustrittsschicht 26 gemacht. Ein gewisses Ausmaß an Rißbildung tritt jedoch in der zweiten Schicht 24 und ein noch größeres Ausmaß an Rißbildung in der dritten Schicht 26 auf, wenn das Geschoß hindurchgeht und eine Verlagerung oder Faltung des Laminatmetalls, die als Ausgratung bezeichnet wird, in derjenigen Richtung hervorruft, in der sich das Geschoß bewegt. Diese Untersuchung zeigt, daß der Gesamtgeschoßschaden, der in der Laminatkonstruktion von Fig. 2 hervorgerufen wird, ungefähr ein Viertel des Geschoßschadens beträgt, der in der monolithischen Konstruktion von Fig. 1 hervorgerufen wird.

Die Zeichnung von Fig. 3 und die Photographie von Fig. 3a zeigen links den Geschoßschaden, der an der monolithischen Konstruktion von Fig. 1 auftritt und einen Mittellinienscherausfall, Reißen und Absplitterung an der Rückfläche umfaßt, und rechts die Ausgratungswirkung und den Gesamtgeschoßschaden an einer Laminarkonstruktion von Fig. 4, welche die gleiche Gesamtdicke wie die monolithische Konstruktion von Fig. 1 hat und von einem Geschoß mit demselben Kaliber wie die monolithische Konstruktion durchschossen worden ist.

Alle bei der Untersuchung ausgeführten und hier beschriebenen Schußtests wurden mit einem Verhältnis von Gesamtmaterial-

dicke zu Geschoßdurchmesser von 1:3 durchgeführt, bei welchem bekanntlich der maximale Geschoßschaden auftritt.

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Bei der bevorzugten Laminatkonstruktion 28 nach der Erfindung, die in Fig. 4 dargestellt ist und dieselbe Festigkeit wie die Konstruktion von Fig. 2 hat, werden wieder drei Schichten benutzt, die zusammen dieselbe Dicke wie die monolithische Konstruktion von Fig. 1 und die Laminatkonstruktion 18 von Fig. 2 mit Schichten gleicher Dicke haben, wobei aber bei der Konstruktion von Fig. 5 die Mittelschicht doppelt so dick ist wie die Endschichten 34 und 30. Bei der Konstruktion von Fig. 5 besteht die äußere, End- oder Geschoßaustrittsschicht 34, durch die hindurch das Geschoß die Laminatplatte 28 verläßt, aus einem Material, dessen Dicke und Streckfestigkeit so gewählt sind, daß die Ausgratungen, welche in der Schicht 34 durch das auftreffende und hindurchgehende Geschoß gebildet werden, durch die Steuerkraft verformbar oder verschiebbar sind, welche auf sie durch diejenigen Teile ausgeübt wird, mit denen das Flugzeugsteuerteil, das die Laminarplatte 28 enthält, zusammenwirkt, und zwar nach einem Geschoßschaden, wodurch eine weitere Betätigung der Steuerung ermöglicht wird. Aufgrund dieser Verformbarkeit der Geschoßaustrittsschicht-Ausgratungen hat das Teil eine bessere Geschoßtoleranz, d_th. ist durch Geschosse weniger gefährdbar, so daß es einen Geschoßschaden überleben und betätigbar bleiben kann.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Laminarkonstruktion ist es wichtig, daß die Schichten 30-34 durch ein elastomermodifiziertes Epoxidharz derart miteinander verklebt sind, daß dem Klebstoff das maximale Ausmaß an Elastizität beim Ausfall (e) gegeben wird, welches vorzugsweise 30-60% beträgt. Die Bedeutung eines solchen Bindemittels oder Klebstoffes bei der Verbesserung der Festigkeit von Laminarplatten 28 oder 18 wird am besten anhand von Fig. 5 verständlich, welche in Draufsicht die Laminarplatte 28 von Fig. 4 sowie den Geschoß-"Eindruck" 20 und den Laminatriß- und ausgratungsschaden zeigt, der durch den Geschoßaufprall und das Hindurchgehen des Geschosses durch die Schichten verursacht wird.

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Ein solcher Riß in der Geschoßaustrittsschicht 34 ist an der Stelle 36 gezeigt, während an der Stelle 38 der nichtausgefallene Klebstoff zwischen den Schichten 34 und 32 um den vorderen Rand des Risses 36 herum gezeigt ist. Da der Klebstoff 38 nicht versagt hat, kann sich der Riß 36 nicht über ihn hinaus fortpflanzen. Ebenso treffen Risse 40 in der Schicht 32 auf nichtausgefallene Gebiete 42 des Klebstoffes zwischen den Schichten 30 und 32, die verhindern, daß sich die Risse über sie hinaus fortpflanzen. Diese Elastomermodifizierung des Epoxidharzes ergibt einen nachgiebigeren Klebstoff und infolgedessen geringeren Klebstoffschaden und geringere Delaminierung nach dem Durchtritt eines Geschosses.

Fig. 6 zeigt ein Spannungs-Dehnungsdiagramm für eine solche Metallschicht, wie beispielsweise die Schicht 34, als Kurve A, wobei dessen Ausfall an einem Punkt B erfolgt (Elastizität (e) beim Ausfall ungefähr 8%), und für die Klebstoffschicht als Kurve C, deren Ausfall an dem Punkt D erfolgt und deren Elastizität beim Ausfall (e) etwa 50% beträgt.

Es ist somit zu erkennen, daß das Laminarplattenteil 28 durch die Verwendung dieser Art von Klebstoff verstärkt wird, weil diese Scherbelastbarkeit des Klebstoffes überwunden werden muß, bevor sich der Riß weiter ausbreiten kann. Anhand von Fig. 6 ist zu erkennen, daß die durch die Kurve A dargestellte Schicht, bei welcher es sich um die Geschoßaustrittsschicht 34 handeln kann, an dem Punkt B versagt, daß aber der Klebstoff, mit welchem sie verklebt ist, erst bei einer wesentlich größeren Beanspruchung - in der Größenordnung von 3:1 oder 8:1 größer - an dem Punkt D versagt, weshalb sich der Riß in der Schicht erst weiter ausbreiten kann, wenn der Klebstoff in diesem größeren Spannungszustand versagt hat.

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Ein elastomermodifiziertes Epoxidharz mit den gewünschten Eigenschaften wird von der Fa. Narmco Materials, Inc., Costa Mesa, California, V.St.A., unter der Bezeichnung M-1113, vertrieben.

Schußtestuntersuchungen an laminierten Platten zeigten, daß der Schaden in aufeinanderfolgenden Schichten größer wurde, und die Platte mit dreischichtigem Aufbau wurde als bester Kompromiß zwischen Überlebensfähigkeit und Redundanz ausgewählt.

Der zweite Grund dafür, warum die Laminarkonstruktion eine größere Festigkeit gegenüber der monolithischen Konstruktion hat, ergibt sich aus einer Betrachtung von Fig. 7, die in einem Diagramm die Bruchzähigkeit (K) aufgetragen über der Blechdicke (eines Blechteils, durch welches ein Geschoß hindurchgeht) aufgetragen ist. Die Kurve zeigt, daß die Bruchzähigkeit des monolithischen Teils 10 im wesentlichen halb so groß ist wie die einer Schicht, wie beispielsweise der Schicht 26, deren Dicke gleich einem Drittel der Dicke des monolithischen Teils 10 ist, und daß selbstverständlich die Bruchdicke der noch dünneren Endschicht 34 von Fig. 4 noch größer ist.

Es ist demgemäß zu erkennen, daß die Laminarplattenkonstruktion der monolithischen Konstruktion sowohl wegen der größeren Bruchzähigkeit der dünneren Schichten als auch wegen der festigkeitserhöhenden Eigenschaft des besonderen Klebstoffes überlegen ist. Die Laminarplattenkonstruktion ist weiter deshalb überlegen, weil, wenn die bevorzugte Ausführungsform von Fig. 4 benutzt wird, die dünne Geschoßaustrittsschicht Ausgratungen aufweist, welche bei Steuerdruck durch gegenseitige Beeinflussung mit zusammenwirkenden Teilen im Anschluß an einen Geschoß schaden leicht verformbar sind,, wodurch ein sekundäres Blockieren von Teilen vermieden und das weitere

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Betätigen der so hergestellten Teile ermöglicht wird.

Fig. 8 zeigt die verbesserte Leistungsfähigkeit unter dem Gesichtspunkt eines seitlichen Schadens, d.h. der Gesamtschaden von Geschoßloch, Rissen und Sprüngen der bevorzugten Laminarplattenkonstruktion von Fig. 4 anhand der Kurve 44 mit Nullstreubereich 24 im Vergleich mit einer monolithischen Konstruktion gleicher Dicke, die beide schräg unter einem Winkel von 45° mit einem 12,7-mm-Geschoß beschossen wurden, wobei die obere, die typische und die untere Grenze des Schadens der monolithischen Konstruktion durch Kurven 46 bzw. 48 bzw. 50 dargestellt sind. Das Material sowohl für die monolithische Konstruktion als auch für die Laminatkonstruktion war Aluminium 7075-T6. 7075-T6 ist eine Normbezeichnung aus der Aluminium-Industrie. Ein ähnlicher Vorteil wurde mit der Laminarkonstruktion gegenüber der monolithischen Konstruktion bei Verwendung eines 7,62-mm-Geschosses erzielt. Die Testergebnisse zeigten, daß der seitliche Schaden um Verhältnisse von 3:1 und 4:1 bei der Laminatkonstruktion gegenüber der monolithischen Konstruktion verringert wurde, wenn der Beschüß mit Geschossen mit einem Kaliber von 7,62 mm bzw. 12,7 mm erfolgte.

Fig. 9 zeigt einen Winkelhebel, der unter Anwendung der bevorzugten Konstruktion nach der Erfindung hergestellt worden ist, um ihn durch Geschosse weniger gefährdbar zu machen. Die umlenkung 52 ist an einem herkömmlichen Halter des Flugzeuges so montiert, daß sie um einen Drehpunkt 56 drehbar ist. Eine Eingangsstange 58, die entweder durch den Piloten oder durch einen Autopiloten betätigt werden kann, ist an der Umlenkung 52 um eine Achse 60 drehbar angelenkt, während eine Ausgangsstange 62 an der Umlenkung 52 um eine Drehachse 64 drehbar angelenkt ist. Auf diese Weise wird die Wirkung des Steuerknüppels 66 des Piloten oder eines anderen geeigneten Mechanismus auf die Umlenkung 52 durch die Eingangsstange 58 übertragen, um die Umlenkung entweder

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im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse 56 zu drehen und eine gleiche Bewegung einem gesteuerten Element 68 über die Ausgangsstange 62 zu geben. Das gesteuerte Element 68 kann ein vom Piloten gesteuertes Flugzeugteil sein/ wie beispielsv/eise ein Querruder oder ein Hubschrauberheckrotor. Aller Wahrscheinlichkeit nach werden mehrere weitere Umlenkungen, Verbindungsstangen/ Rollen, usw., in der Verbindungskette 67 zwischen dem Eingangssteuerteil 66 und dem gesteuerten Teil 68 vorhanden sein, der Aufbau von Fig. 9 ist aber zu Verexnfachungszwecken gewählt worden.

Gemäß den Fig. 10 und 11 weist die Umlenkung oder der Winkelhebel 52 Seitenplattenteile 70 und 72 auf, die den gleichen Aufbau haben. Die Seitenplattenteile 70 und 72 bestehen jeweils aus einer Mittelschicht 76 und Endschichten 78 und 80, die mit dem oben beschriebenen elastomermodifizierten Epoxidharz und mit der Mittelschicht 76 verklebt sind, welch letztere doppelt so dick ist wie die Endschichten 78 und 80. Die Seitenplattenteile 70 und 72 sind mit einem Abstandsstück 82 verklebt und durch dasselbe in ausgewählter Weise voneinander getrennt. Das Abstandsstück 82 ist vorzugsweise aus Viabenmaterial hergestellt und vorzugsweise entweder mit Schaumstoff gefüllt oder mit hochfestem Glasfasermaterial, welches mit Epoxidharz getränkt und gehärtet ist, umhüllt, um das Abstandsstück 82 wasserdicht zu machen.

Die Untersuchungen haben gezeigt, daß der dreischichtige Aufbau für die Bildung der Stirnplatten 70 und 72 optimal ist, und zwar sowohl wegen der zunehmenden Ausgratung in der Reihenfolge der durchdrungenen Schichten als auch wegen des zusätzlichen Gewichtes der zusätzlichen Klebstoffschichten, die zu dem Gesamtgewicht des Teils beitragen. Der dreischichtige Aufbau gibt eine ausreichende Redundanz (Sicherheit) und begrenzt gleichzeitig den Schaden aufgrund des Übertragungsstoßes.

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Bei dem bevorzugten Aufbau nach der Erfindung ist das Abstandsstück 82 aus 36,9-kg/m³-Aluminiumwabenmaterial hergestellt (wobei aber auch Nomex^ hätte benutzt werden können, und die Schichten 76-80 sind aus Aluminium 7075-T6 hergestellt, wobei die Endschichten 78 und 80 eine Dicke von 1,02 mm haben, während die Mittelschicht 76 eine Dicke von 2,1 mm hat. Dieses Material hat bekanntlich eine Streckfestigkeit von 4412,8 bar. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß geeignet verformbare Ausgratungen gebildet wurden, wenn die Endschicht aus 7075-T6-Aluminium 1,02 mm dick war. Die Steuerkraft, die zum Verformen der Ausgratungen zur Verfügung stand, betrug 4315 N. Die Steuerkraft," die zur Verformung der Ausgratungen in einem typischen Hubschraubersteuersystem zur Verfügung steht, beträgt etwa 4448 N. Da die Kraft, die zum Verformen dünnen Bleches erforderlich ist, gleich dem Kehrwert der Quadratwurzel aus der Dicke des Materials ist, d.h. F « 1/"/"t\ wobei F,__Y gleich der Streckgrenze und t gleich der Materialdicke ist, können andere geeignete Materialien für die Schichten 76-80 oder nur die Geschoßaustrittsschicht 80 gewählt werden, da die Materialstreckgrenze bekannt sein wird und die Schichten mit geeigneter Dicke zur Erfüllung dieser Funktion der verformbaren Ausgratung durch Anwendung folgender Gleichung hergestellt werden können:

^FTY I 1

^ftyI²

wobei F_rrv| 1 die Streckgrenze von Aluminium 7075-T6 ist, d.h. 4412,8 bar beträgt, wobei t.. die Dicke der getesteten Geschoßaustrittsschicht 80 aus Aluminium 7075-T6 ist, d.h. 1,02 mm beträgt, wobei Ρ_τγ|² die bekannte Streckfestigkeit des neuen Schichtmaterials ist und wobei t_? die Dicke des neuen Geschoßaustrittsschichtmaterials ist. Die Tests gingen nicht über den Beweis eines akzeptablen Ausgratungsgrades für eine 1,02 mm dicke Geschoßaustrittsschicht 80 aus Aluminium 7075-T6 in der Konstruktion von Fig. 9-11 hinaus, in der alle

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Schichten aus Aluminium 7075-T6 bestanden und der Klebstoff M-1113 war, so daß der Fachmann erkennt, daß eine dickere Geschoßaustrittsschicht aus Aluminium 7075-T6 ebenfalls akzeptabel sein kann, wie es auch eine 1,02 mm dicke Geschoßaustrittsschicht aus einem zweiten Material mit niedrigerer Streckfestigkeit sein könnte. Die Untersuchungen führten zwar zur Verformung der ausgegräteten Geschoßaustrittsschicht, wenn aber ein spröderes Material, wie beispielsweise Beryllium benutzt würde, würden die Ausgratungen wahrscheinlich abgeschert werden. Sowohl die Verformung der Ausgratungen als auch das Abscheren derselben sind für einen fortgesetzten Systembetrieb akzeptabel. Die Laminate könnten aus Ti-6A1-4V (Titan, 6 Aluminium, 4 Vanadium) oder Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn-Titan- oder ähnlicher Titanblechlegierung, Stahl, Magnesium oder einer Verbundfaserkonstruktion in Abhängigkeit von den Erfordernissen der betreffenden Anlage hergestellt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wurde die Dicke der Abstandsstücke 82 so gewählt, daß die Plattenteile 70 und 72 einen Abstand von 25,4 mm hatten, und es wurden Büchsen benutzt, die so gewählt waren, daß die Drehachsen 60 und einen gegenseitigen Abstand von 102 mm und die Drehachsen 60 und 64 von der Drehachse 56 einen Abstand von 76,2 mm hatten, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 9 sind Opfer- oder Sollbruchbänder 84 und 86 vollständig um die ösen des Winkelhebels 52 gewickelt. Diese Opferbänder sind aus unidirektionalen, epoxidharzgetränkten Glasfaserfäden hergestellt, welche in der dargestellten Weise um das Äußere des Winkelhebels 52 herumgewickelt und dann ausgehärtet worden sind, um sie mit ihm zu verbinden. Die spezifische Eigenschaft, d.h. die Zugfestigkeit des Glasfaserfadenmaterials und die Anzahl von Umwicklungen des Winkelhebels 52 mit dem Fadenmaterial werden so gewählt, daß die Ausfallbelastung der Opferstreifen 84 und 86 gleich der Kraft ist, die durch das angenommene Geschoß auf die Laminatplattenteile 70 und 72 ausgeübt wird. Bei dem Vorgang des

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Zusammenhalten der Schichten dienen diese Opferbänder zum Dämpfen der Anfangsgeschoßbelastung, wobei die Schichten in ihrer Ausgangsposition bleiben und erst dann eine Abziehbelastung auf die Schichten ausgeübt wird, wenn die Opferbänder versagen. Das deshalb, weil die Festigkeit der Opfer bänder versagt. Das deshalb, weil die Festigkeit der Opferbänder so gewählt wird, daß sie gleich der Belastung ist, die auf die Laminatplattenteile 70 und 72 durch das Geschoß ausgeübt wird. Die Bänder 84 und 86 sind zwar bei dem Aufbau von Fig. 9 um das gesamte Umlenkteil gewickelt dargestellt, gemäß Fig. 12 könnten stattdessen aber auch einzelne Opferbänder 88 und 90 benutzt werden, die an geeigneten Stellen um die einzelnen Plattenteile und 72 herumgewickelt sind.

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Claims

Patentansprüche :

Laminiertes Plattenteil, gekennzeichnet durch:

a) ein erstes Seitenplattenteil,

b) ein zweites Seitenplattenteil,

c) ein Abstandsstück, das zwischen den Seitenplattenteilen angeordnet und mit diesen verbunden ist und die Seitenplattenteile in ausgewähltem gegenseitigem Abstand hält,

d) wobei jedes Seitenplattenteil drei miteinander verbundene Schichten aufweist, von denen die Mittelschicht doppelt so dick ist wie die anderen Schichten und wobei die äußere Schicht eine ausgewählte Dicke und Streckfestigkeit hat, so daß die darin durch ein auftreffendes und hindurchgehendes Geschoß gebildeten Ausgratungen durch gegenseitige Beeinflussung mit zugeordneten Teilen nach einem solchen Geschoßschaden ausreichend verformbar sind, um die Geschoßschadentoleranz des Teils zu verbessern und seine fortgesetzte Betätigung zu gestatten, und

e) wenigstens ein Opferband, das das Plattenteil umhüllt und mit demselben verklebt ist und ein Fadenteil mit hohem Modul und ausgewählter Zugfestigkeit aufweist,

das mit einer bestimmten Windungszahl um das Plattenteil gewickelt ist, so daß die den Ausfall des Opferbandes bewirkende Belastung gleich der zu erwartenden Kraft ist, welche auf die Plattenteile durch den Geschoßaufprall und -durchgang ausgeübt wird.
2. Flugzeugsteuersystemteil, das mit zugeordneten Teilen bei der Erfüllung einer Steuerfunktion an einem Flugzeug zusammenwirkt und relativ zu diesen Teilen beweglich ist, gekennzeichnet durch:

a) ein erstes Seitenplattenteil,

b) ein zweites Seitenplattenteil,

c) ein Abstandsstück, das zwischen den Seitenplattenteilen angeordnet und mit diesen verbunden ist und die Seitenplattenteile in ausgewähltem gegenseitigem Abstand hält, und

d) wobei jedes Seitenplattenteil drei miteinander verbundene Schichten aufweist, von denen die Mittelschicht doppelt so dick ist wie die anderen Schichten und wobei die äußere Schicht eine ausgewählte Dicke und Streckfestigkeit hat, so daß die darin durch ein auftreffendes und hindurchgehendes Geschoß gebildeten Ausgratungen durch gegenseitige Beeinflussung mit zugeordneten Teilen nach einem solchen Geschoßschaden ausreichend verformbar sind, um die Geschoßschadentoleranz des Teils zu verbessern und seine fortgesetzte Betätigung zu gestatten.
3. Teil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch ein elastomermodifiziertes Epoxidharz miteinander verbunden sind.
4. Teil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsstück aus Aluminiumwabenmaterial hergestellt ist.

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5. Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus 7075-T6-Aluminium hergestellt sind.
6. Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Ti-6-Al-4V-Titan - oder Ti-ISV-SAl-SCr-SSn-Titan- oder ähnlicher Titanblechlegierung hergestellt sind.
7. Teil nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Wasserdichtmachen des AbstandsStückes.
8. Teil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomermodifizierte Epoxidharz eine Elastizität beim Ausfall von 50% hat.
9. Teil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch wenigstens ein Opferband, das das Teil umhüllt und mit demselben verklebt ist und ein Fadenteil mit hohem Modul und ausgewählter Zugfestigkeit aufweist, das mit einer bestimmten Windungszahl um das Teil gewickelt ist, so daß die den Ausfall des Opferbandes bewirkende Belastung gleich der zu erwartenden Kraft ist, welche auf die Seitenplattenteile durch den Geschoßaufprall und -durchgang ausgeübt wird.
10. Teil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches Opferband an wenigstens einer Stelle um jedes Seitenplattenteil gewickelt ist.
11. Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das

Wabenmaterial 36,9-kg/m -Aluminiumwabenmaterial· ist und eine Höhe von 25,4 mm hat und daß die Schichten aus 7075-T6-Aluminium bestehen, das eine Streckfestigkeit von etwa 4412,8 bar hat, wobei die Mittelschicht 2,06 mm dick ist, während die anderen Schichten 1,02 mm dick sind.

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12. Teil nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Winkelhebel oder Umlenkteil ist.
13. Flugzeugsteuersystem,

mit einer vom Piloten betätigten Steuereingangseinrichtung, mit einer von der Eingangseinrichtung entfernten, gesteuerten Einrichtung,

mit einer Einrichtung, die die Eingangseinrichtung mit der Steuereinrichtung verbindet, so daß die Eingangseinrichtung wirksam mit der gesteuerten Einrichtung verbunden ist, um dieselbe zu steuern,

wobei mehrere miteinander verbundene und zusammenwirkende Teile vorgesehen sind, die zum Erfüllen der Steuerfunktion mit zugeordneten Teilen zusammenwirken und zu denselben relativbewegbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil vorgesehen ist, welches enthält:

a) ein erstes Seitenplattenteil,

b) ein zweites Seitenplattenteil,

c) ein Abstandsstück, das zwischen den Seitenplatten-

teilen angeordnet und mit diesen verbunden ist und die Seitenplattenteile in ausgewähltem gegenseitigem Abstand hält, und

d) wobei jedes Seitenplattenteil drei miteinander verbundene Schichten aufweist, von denen die Mittelschicht doppelt so dick ist wie die anderen Schichten und wobei die äußere Schicht eine ausgewählte Dicke und Streckfestigkeit hat, so daß die darin durch ein auftreffendes und hindurchgehendes Geschoß gebildeten Ausgratungen durch gegenseitige Beeinflussung mit zugeordneten Teilen nach einem solchen Geschoßschaden ausreichend verformbar sind, um die Geschoßschadentoleranz des Teils zu verbessern und seine fortgesetzte Betätigung zu gestatten.

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14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch ein elastomermodifiziertes Epoxidharz miteinander verbunden sind.
15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsstück aus Aluminiumwabenmaterial· hergestellt ist.
16. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus 7075-T6-Aluminium hergestellt sind.
17. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Ti- 6Al -4V-Titan hergestellt sind.
18. System nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Wasserdichtmachen des Abstandsstückes.
19. System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomermodifizierte Epoxidharz eine Elastizität beim Ausfall (e) von 50% hat.
20. System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch wenigstens ein Opferband, welches das Teil umhüllt und mit demselben verklebt ist und ein Fadenteil mit hohen Modul und ausgewählter Zugfestigkeit aufweist, das mit einer bestimmten Windungszahl um das Teil gewunden ist, so daß die Opferbandausfallbelastung gleich der zu erwartenden Kraft ist, welche durch den Geschoßaufprall und -durchgang auf die Seitenplattenteile aufgeübt wird.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß

ein solches Opferband um jedes Seitenplattenteil an wenigstens einer Stelle herumgewickelt ist.
22. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumwabenmaterial 36,9-kg/m³-Aluminiumwabenmaterial mit einer Höhe von 25,4 mm ist und daß die Schichten aus

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7075-T6-Aluminium bestehen, welches eine Streckfestigkeit von etwa 4412,8 bar hat, wobei die Mittelschicht 2,06 mm dick ist, während die anderen Schichten 1,02 mm dick sind.
23. System nach einem der Ansrüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil ein Umlenk- oder Winkelhebel ist.

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