DE3028840A1

DE3028840A1 - Kupplungstraegerkonstruktion fuer lasten unter flugzeugen

Info

Publication number: DE3028840A1
Application number: DE19803028840
Authority: DE
Inventors: Pierre Coutin; Jean Pierre Mattei
Original assignee: R Alkan et Cie
Current assignee: R Alkan et Cie
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1980-07-30
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPS5628098A; US4491292A; GB2056029A; BR8004736A; FR2463055A1; GB2056029B; IT1146187B; IT8049440A0; FR2463055B1; DE3028840C2

Description

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8136/me/ie

Patentanmeldung

R. Alkan & Cie, rue de 8 mai 194-5, 94460 Valenton/Frankreich

Kupplungsträgerkonstruktion für -kasten unter Flugzeugen

Es ist bekannt, daß Kompositwerkstoffe, die aus einer Ummantelung von Mineralfasern bestehen, wie z.B. Glasfasern, Borfasern und insbesondere Kohlenstoffasern in einem Hazbindemittel, insbesondere Epoxydharz, eine mechanische Festigkeit und hohe Biegesteifigkeit aufweisen können, die es ermöglicht, Konstruktionen herzustellen, deren Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften sich mit denen von Metallkonstruktionen vergleichen lassen, obwohl im Vergleich dazu ihr Gewicht stark reduziert ist.

Zweck der E_rfindung ist es, eine Konstruktion für Träger, Pylone oder Einkuppelschienen für Lasten unter Flugzeugen in Vorschlag zu bringen, durch die die Eigenschaften der in Frage stehenden Kompositwerkstoffe gewinnbringend genutzt werden. In der folgenden Darstellung bezeichnet der begriff "Kompositwerkstoff" wie weiter oben angedeutet, einen Werkstoff auf Grundlage beständiger Fasern in einer Ummantelung eines härtbaren Harzbindemittels, wie z.B. Epoxydharz.

Die erfindungsgemäße Konstruktion besteht im wesentlichen aus einem Hohlträger mit mindestens einem Teil aus Kompositwerkstoff, der sicher über die gesamte Länge des Trägers erstreckt, und Metallteilen, die an die Teile aus Kompositwerkstoff ange-

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bunden sind und einerseits die Verbindung zwischen dem Träger und dem Flugzeug sowie andererseits die Verbindung zwischen dem Träger und der unter dem Flugzeug mitzuführenden Last darstellen.

Der Körper des Trägers weist vorteilhafterweise eine einfache Allgemeinform auf, beispielsweise ein rechtwinkeliges Parallel epipedon mit Teilen &is Kompositwerkstoff, die mit den metallischen Teilen entlang den ebenen Flächen parallel zur Achse des Trägers eine Klebverbindung haben.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Zusammensetzung des Trägers, der die Einkuppelschiene für -ijasten unter dem Flugzeug darstellt, so vorgesehen, daß der Kräfteübergang zwischen der ■'-'ast und dem Flugzeug stattfindet über metallische Teile, die durch Teile aus Kompositwerkstoff verstärkt sind, die ihrerseits für die Stärke des Zusammenbaus, seine Verwindungssteifigkeit und seine Biegesteifigkeit mit verantwortlich sind.

Insbesondere ist die Zusammensetzung des Trägers so erdacht worden, daß die Halterung der ■'-'asten auf zwei verschiedene Arten sichergestellt wird, die Gewähr dafür bieten, daß auch im Fall eines Ausfalls einer dieser Arten die Beständigkeit gegenüber den aufgebrachten Kräften nach dem Ausfallsicherheitsprinzip, dem sogenannten "fail safe", erhalten bleibt; die Kräfte werden dann beispielsweise einerseits in die Metallteile und andererseits in die Teile aus Kompositwerkstoff weiterge-

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leitet, und die verschiedenen Teile werden durch ordnungsgemäße Klebverbindungen miteinander zusammengebaut. Die Teile dieser statisch unbestimmten Konstruktion werden berechnet in Abhängigkeit von verschiedenen Kräften, sowohl aerodynamischer als auch Trägheitskräften, denen die mitgeführte Last ausgesetzt ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend in weiteren Einzelheiten Ausführunpjsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigeheftete schematische Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine pespektivische Ansicht eines parallelepipedischen Kerns aus Kompositwerkstoff, dem metallische Teile zur Verbindung mit dem Plugzeug und mit der Lastmitnahmevorrichtung aufgesetzt sind;

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen aus zwei miteinander verklebten Teilen bestehenden Kern;

Fig. 3 einen Querschnitt eines entsprechenden Kerns aus Kompositwerkstoff, der aber aus einem einzigen Teil in Form eines quadratischen oder rechteckigen Kastenprofils besteht;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines metallischen Kerns, der vervollständigt und verstärkt wird durch Teile aus Kompositwerkstoff;

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Fig. 5 und 6 Detailschnitte, in denen schematisch die Beschaffenheit des verstärkenden Kompositwerkstoffs dargestellt ist, und zwar einmal in Form von Bienenwaben und zum anderen Mal als sinusförmige Bleche, und

Fig.7 in der Perspektive eine Mischkonstruktion, die sich wiederum -zusammensetzt aus metallischen Teilen und !Peilen aus Kompositwerkstoff.

In Fig. 1 ist bei 1 der Kern in Form eines parallelepipedischen Kastens aus Kompositwerkstoff dargestellt, 'beispielsweise aus einem mit Kohlenstoffasern beschwerten Epoxydharz. Dieser Kern 1 ist eingefaßt durch das metallische Teil 2 zur Verbindung mit dem Flugzeug, das einen konischen Teil 3 aufweist; dieser wird gewöhnlich "Karotte" (carotte) genannt und ist in seinen bekannten Einzelheiten nicht dargestellt. Die Mitnahmevorrichtung (nicht dargestellt) wird aufgenommen durch metallische Hauben 4-5» die bügelartig über den Kern 1 an beiden Seiten der Karotte geführt sind und Löcher 6 für ihren Zusammenbau mit der Mitnahmevorrichtung aufweisen. Die Einfachheit der Form des Kerns 1 aus Kompositwerkstoff ermöglicht eine leichte Herstellung, wobei die bandagenförmigen Metallteile 2,4 und 5 sein Standvermögen verstärken, ohne dabei seine Festigkeit nachteilig zu beeinflussen; der Zusammenbau erfolgt durch Kleben. Die Ei-

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genschaften des Kompositwerkstoffs, aus dem der Kern der dar gestellten Konstruktion besteht, werden voll ausgenutzt, besonders was die Robustheit in bezug auf das Gewicht angeht. -Die Einfachheit der Gestaltung ermöglicht ein Optimieren der Abmessungen durch leichte Berechnung.

Der Kern 1 aus Kompositwerkstoff in Form eines parallelepiped! sehen Kastens kann zusammengesetzt sein aus z/.ei Teilen 7 und 8 (Fig. 2) aus U-Prof il, die miteinander verklebt sind, oder aus einem einzigen Kastenteil (Pig. 5)i das in seiner Konstruktion einfacher ist, bei der Fertigung aber eine komplexere Werkzeugausrüstung verlangt.

In Fig. 4 sind dargestellt bei 11 ein hohles metallisches Längsteil, daß die bei diesem AusSihrungsbeispiel mit 13 bezeichnete Karotte zur Verbindung mit dem Flugzeug trägt, und bei 14-15 zwei Innenlip;en; diese ermöglichen den Zusammenbau mit einer Metallhaube 16 zum Befestigen der Mitnahmevorrichtung über ein metallischen Verbindungslängsteil I7 aus I-Profil, dessen Mittelteil sich in den zwischen den Lippen 14-15 eingearbeiteten Spalt einsetzt, wobei die Flanschen dieses Profils die Lippen 14-15 sowie die entsprechenden Lippen der ^aube 16 bedecken. Ein Längsteil 18 in U-Profil aus Kompositwerkstoff wird durch die Karotte I3 durchdrungen, und ein weiteres Längsteil in U-Prof il aus Konrposit verkstof f schmiegt sich der Metallhaube 16 an, während ein Längsteil 20 im OmeRa-Profil aus Kompositwerkstoff

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sich dem Metallteil 11 anschmiegt. Flanken aus Kompositwerkstoff 21 und 22 umschließen Versteifungen 23-24, die an die Schenkel des Omega-Profils 20 geklebt sind, sowie mit den Schenkeln des U-Profils 19 verklebte Versteifungen 25-26, wobei diese Versteifungen aus Platten bestehen, die wabenförmig nach Mg. 5 oder sinusblechförmig nach Fig. 6 aufgebaut sind, um bei geringem Gewicht eine besonders große Steifigkeit zu gewährleisten.

Es ist festzustellen, daß die in Fig. 4 dargestellte Konstruktion in vollem Umfang das Ausfallsicherheitsprinzip ("fail safe") nutzt, denn der Kräfteübergang zwischen der Lastmitnahmevorrichtung, mit Hilfe der Löcher 6 befestigt, und der Vorrichtung zur Verbindung mit dem Flugzeug, dargestellt durch die Karotte 13» erfolgt einerseits durch die metallische Verkettung in Form der Teile 16,17 und 11 und andererseits durch die Verkettung in Kompositwerkstoff (Fasern und Epoxydharz) durch die Teile 19,20,18 sowie die Flanken 21 und 22, wobei alle diese Teile miteinander verklebt sind.

Fig. 7 zeigt eine auf dem gleichen Prinzip aufbauende Konstruktion, die aber vereinfacht ist durch Verringerung der ^ahl der Teile für den Fall, daß die Mitnahme einer kleineren Last diese Vereinfachung zuläßt. Gezeigt bei 31 ist ein hohles metallisches Längsteil entsprechend dem Teil 11, das eine Karotte 13 trägt und unter einem Längsteil 32 in U-Profil aus Kompositwerkstoff angeordnet ist, durch das die Ka-

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rotte 13 hindurchgeht. Ein weiteres Teil 33 in U-Profil aus Kompositwerkstoff bildet eine Haube zu Aufnahme der Lastmitnahmevorrichtunp:. An die Innenflächen der Schenkel dieses Teils 33 sind metallische Versteifungen 34 und 35 geklebt, die die Löcher 36 und 37 für die Befestigung der Lastmitnahmevorrichtung sowie die Löcher 33 und 39 für den Zusammenbau mit dem Kompositwerkstoff aufweisen, aus dem das Teil 33 besteht. Banken 40 und 41, vergleichbar mit den Flanken 21 und 22 in Fig. 4, stellen die Verbindung des Ganzen sicher.

In diesem Konstruktionsbeispiel werden die auf die Last einwirkenden Kräfte durch die Mitnahmevorrichtung in Höhe der Befestigungslöcher 36 und 37 über die Metallteile 34- und 35 und die Teile aus Kompositwerkstoff 33, 4-0 und 41 übertragen. Der Zusammenbau dieser Teile wird gewährleistet einerseits durch die Klebverbindung und andererseits durch die Ausdehnung des Kompositwerkstoffs des Teils 33 in cLen Löchern 38 und 39, die zu diesem Zweck in den Metallteilen 34· und 35 vorgesehen sind. Der Kräfteverlauf kann somit stattfinden einerseits über die Flanken 40 und 41 und das Teil aus Kompositwerkstoff 32, das durch die Karotte 13 zum befestigen am Flugzeug durchdrungen wird, und andererseits über das Teil aus Kompositwerkstoff 33 und das Metallteil 31 mit Klebverbindung.

In allen oben beschriebenen Fällen führt die Verminderung des Stahlvolumens, die sich aus dem Einbau von leichterem, aber dennoch sehr festem Kompositwerkstoff ergibt, zu einer beachtlichen Gewichtsverrinperunp; des Zusammenbaus.

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Es leuchtet ein, daß die oben unter Bezugnahme auf die beigeheftete Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele keine Begrenzung darstellen und daß insbesondere die Erfindung anwendbar ist auf eine Konstruktion zum Tragen mehrerer unterschiedlicher Lasten, obwohl die obige Darstellung aus Vereinfachungsgründen sich auf die Befestigung einer einzigen Mitnahmevorrichtung bezieht.

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L e e r s e i t e

Claims

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Ansprüche;

1 . Kupplungsträgerkonstruktion für Lasten unter Flugzeugen,

dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen besteht aus einem Hohlträger mit minde stens einem Teil aus Komjteitwerkstoff auf der Grundlage von Mineralfasarn in einem Bindemittel aus härtbarem Harz, das sich über die gesamte Länge des Trägers erstreckt, und mit den Teilen aus Kompositwerkstoff verklebte Metallteilen, die einerseits die Verbindung zwischen Träger und Plugzeug und andererseits die Verbindung zwischen Träger und unter dem Flugzeug mitzuführender Last darstellen.

2j_ Kupplungsträgerkonstruktion nach Anspruch 1, mit einem Iiern aus Kompositwerkstoff in Form eines prismatischen Hohlträgers, bügeiförmig eingefaßt durch metallische Teile zur Verbindung mit dem Flugzeug einerseits und mit der Vorrichtung zur !'■'itführung und zum Abwerfen der Last andererseits.

3j_ Kupplungs tr ägerkonstruktion nach Anspruch 1, bei der die Kräfte üb ertragung zwischen der -^ast und dem Flugzeug auf zwei verschiedene Arten erfolgt, und zwar einmal über Metallteile ohne Lösung der Kontinuität und andererseits über Teile aus Kompositwerkstoff auf Grundlage von Mineralfasern mit Einbettung in ein härtbares Harz als Bindemittel.

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4^ Kupplungsträgerkonstruktion nach Anspruch 1 oder Anspruch 3₅ mit Versteifungsplatten zellenförmiger Beschaffenheit, die zwischen die Seiten des Kerns der Konstruktion und Flanken aus Kompositwerkstoff eingeschoben sind, um die Steifigkeit der Konstruktion zu erhöhen.

5. Kupplungsträgerkonstruktion nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, "bei der die Klebverbindung zwischen Metallteilen und Versteifungen oder Verstärkungen aus Kompositwerkstoff mit Mineralfeern in einer Einbettung aus härtbarem Harz vervollständigt wird durch die Ausdehnung des Kompositwerkstoffs in Löchern, die in den metallischen Teilen vorgesehen sind.

6. Konstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verbindungsmittel für mehrere Lastmitnahmevorrichtungen.

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