DE3441321A1

DE3441321A1 - Isostatische form und verfahren fuer den zusammenbau von skelettkonstruktionen

Info

Publication number: DE3441321A1
Application number: DE19843441321
Authority: DE
Inventors: John Richard Legge; Charles Edward Huntsville Ala. Nunley
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB8427840D0; FR2554878A1; JPS60116595A; GB2149710B; US4595444A; GB2149710A; FR2554878B1

Description

Isostatische Form und Verfahren für den Zusammenbau von

Skelettkonstruktionen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Skelettbauweise und insbesondere eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zum Anbringen einer Metallhaut an ein skelettförmiges Tragflügelgerüst.

Es sind verschiedene Verfahren zum Anbringen einer Haut an ein Gerüst bekannt. Bei der Formenherstellung werden im allgemeinen eine oder mehrere Formen verwendet, die dafür ausgebildet sind, eine gleichmäßige Kraft auf eine Fläche zu bringen, die gebogen oder geformt werden soll, um sie an die Oberfläche der Form anzupassen. Bestimmte aerodynamische Gebilde, wie z.B. Tragflügel, haben eine Vorderkante und eine Hinterkante und dazwischen eine komplizierte krummlinige Oberfläche. Außerdem ändert sich auch die Dicke der Tragflügel zwischen der Stelle ihrer Befestigung an der Flugzeugzelle und der Spitze des Tragflügels. Da aerodynamische Flächen ziemlich engen Toleranzen genügen müssen, muß bei der Herstellung und Montage solcher Konstruktionen große Sorgfalt walten gelassen werden, um sicherzustellen, daß sie den Toleranzen oder Grenzen der Endinspektion genügen.

Von Interesse auf dem Gebiet der kritischen Oberflächenkonstruktionen ist die US-PS 43 83 426 von J.R. Legge für eine "Form für Gebläseschaufeln". Der in diesem Patent beschriebene Aufbau einer Form ist besonders zum Formen oder Umformen einer Gebläseschaufel an Preßformen, die zusammenarbeitende Hohlräume haben, nützlich. Eine Membran zum Aufbringen von Druck auf eine Schaufel in einem ausgewählten Bereich ist eingebaut.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuen Verfahrens und einer Bauvorrichtung zum Anbringen einer Metallhaut an ein skelettförmiges Gerüst, um eine hochgenaue aerodynamische Fläche herzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 bzw. 5 gelöst.

Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung einer elastischen Blase, die über einem Verstärkungsrücken angeordnet ist, der eine Anzahl von besonders bemessenen und angeordneten Platten enthält, die einen Druck auf die Metallhaut ausüben, um unabgestützte Hautflächen beim Verbindungsvorgang nicht zu verformen.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und den beiliegenden Zeichnungen deutlicher werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Tragflügel-

aufbaus mit weggebrochenen Teilen, zusammen mit dem Druckgefäß, das bei dem Herstellungsvorgang verwendet wird, und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und die elastische Blase und den Verstärkungsrücken, der Druck auf ausgewählte Bereiche der Haut ausübt, um sie gegen das skelettförmige Gerüst zu drücken.

Es wird zunächst auf Fig. 1 bezug genommen. Die gemäß der Erfindung zum Anbringen einer Metallhaut an ein skelettförmiges Gerüst verwendete Vorrichtung ist in teilweise auseinandergezogener Form dargestellt. Ein Gerüst 10 in Skelettbauweise wird oft bei der Herstellung eines Trag-

flügels oder einer anderen aerodynamischen Auftriebsfläche verwendet, so daß er bzw. sie sowohl leicht als auch stabil ist. Der Umfang des Gerüsts 10 weist eine Vorderkante 12 und eine Hinterkante 14 auf, die im allgemeinen die Größe der äußeren Begrenzung des Gerüsts 10 definieren. Eine mittlere Rippe 16 verläuft von einer Tragflügelbefestigungsstelle (nicht gezeigt) axial entlang des mittleren Teiles des Gerüsts 10 bis zu einer Stelle, wo sie in den äußeren Begrenzungsteil des Gerüsts 10 in der Nähe der Flügelspitze (nicht gezeigt) übergeht. Seitenrippen, wie die Rippe 18, sind mit den äußeren Begrenzungsteilen und der mittleren Rippe 16 einteilig ausgebildet, um der Anordnung Steifigkeit zu geben, und begrenzen eine Anzahl von öffnungen 20. Eine Metallhaut 22, die aus einem Stück Aluminium-

jg blech oder dgl. herausgeschnitten und gebildet ist, muß an dem Gerüst 10 durch Kleben oder andere Mittel fest angebracht werden, um die aerodynamische Tragflügelfläche zu bilden. An dieser Stelle sollte vermerkt werden, daß der eben beschriebene Tragflügelaufbau allgemein bekannt ist und daß die obige Beschreibung als Hintergrundinformation für die vorliegende Erfindung angesehen werden sollte.

Wie oben kurz erwähnt, besteht ein spezielles Problem bei der Herstellung der Art von Tragflügel, wie sie oben beschrieben ist, die Verformung der Metallhaut in die öffnungen des Gerüsts während der Herstellung. Da es besonders wichtig ist, daß die profilierte krummlinige Außenfläche des Tragflügels engen Maßtoleranzen genügt, QQ ist jegliche mit dem Herstellungsvorgang verbundene Verformung unerwünscht. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind beim Zusammenbau von Tragflügeln, die eine Haut über einem skelettartigen Gerüst ohne eine solche Verformung haben, ungewöhnlich wirkungsvoll.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist ein Verstärkungsrücken 40, der so bemessen ist, daß er mit den Bauteilen des Tragflügels zusammenwirkt, um sicherzustellen, daß Druck nur auf diejenigen Teile der Haut 22 ausgeübt wird, die angrenzend an die Rippenanordnung sind, d.h., er wirkt wie eine selektive Form. Der Verstärkungsrücker 40 weist eine Folie 42 auf, die aus Teflon oder einem ähnlichen leicht elastischen Material hergestellt ist und so bemessen ist, daß sie im wesentlichen mit der Form des Gerüsts 10 übereinstimmt. Eine Vielzahl von Rückenverstärkungsplatten 44 sind an der Folie 42 an bestimmten Stellen neben den öffnungen 20 in dem Gerüst 10 fest angebracht. Jede Platte 44 ist so bemessen, daß sie die entsprechende öffnung 20 in dem Gerüst 10 um ungefähr 6,35 mm überlappt.

Die untere Oberfläche um die äußere Begrenzung jeder Platte 44 herum ist so geformt, daß sie im allgemeinen mit der entsprechend profilierten krummlinigen Oberfläche an dem Tragflügel übereinstimmt. Beim Herstellungsvorgang wirkt der Verstärkungsrücken 40 wie zwei entgegengesetzte Formen, die auf die Haut 22 und die Rr kenverstärkungsplatten 44 Druck ausüben, der zum Rückenteil des skelettförmigen Gerüsts 10 neben jeder öffnung 20 weitergeleitet wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in einer neuartigen Kammer 50 und der zugehörigen Vorrichtung, die dazu verwendet wird, eine Tragflügelanordnung mit einem minimalen Zeit- und Bauaufwand rasch herzustellen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Kammer 50 weist zwei Hälften 52 und 54 auf, deren Kombination so geformt und bemessen ist, daß der Tragflügel in ihnen untergebracht werden kann. Mehrere Flansche 56 erstrecken sich seitlich über jede Hälfte 52 und 54 zur Verstärkung der Kammer. Konventionelle Schrauben 55 halten die Hälften 52 und 54 lösbar zusammen. Eine elastische Blase 58 (Fig. 2) ist vorgesehen und so bemessen, daß sie die Tragflügelanordnung

3441321 -δι in sich aufnehmen kann. Ein Kopf 60 ist passend an der Stirnfläche der Hälften 52 und 54 angeordnet, wobei er das obere Ende der Blase 58 abdichtet. Eine Kopfabdeckung 62, an welcher das Gerüst 10 bei der Herstellung befestigt werden kann, kann dann das obere Ende der Kammer verschliessen.

Ein dazugehöriges und ebenso wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Montage eines Tragflügels, ohne daß dabei die durch die Haut 22 gebildete profilierte krummlinige Oberfläche beschädigt oder verformt wird. Ein Ständer mit mehreren Stationen daran kann dazu verwendet werden, eine Anzahl von Tragflügelanordnungen gleichzeitig herzustellen. Wenn die Kopfabdeckung 62 in dem Ständer 70

IQ gehalten wird, kann das Gerüst 10 leicht um eine Horizontalachse gedreht werden. Wenn eine Seite des Gerüsts nach oben schaut, wird ein geeigneter Klebstoff auf die gerippte Oberfläche des Gerüsts 10 aufgetragen. Falls gewünscht, wird der Klebstoff gewalzt, um ihn vollständig zu verteilen und jegliche Luftblasen zu entfernen. Dann wird die Haut 22 auf dem Gerüst 10 angeordnet und durch Führungsstifte (nicht gezeigt) oder andere Mittel ausgerichtet, um auf das Gerüst zu passen. Der Verstärkungsrücken 4 0 wird vorsichtig gegen die Hautoberfläche ge- setzt und mit den Führungsstiften ausgerichtet, so daß die Rückenverstärkungsplatten 44 die Öffnungen 20 überbrücken. Das Gerüst wird gedreht und der Vorgang wird dann für die Haut 22 auf der entgegengesetzten Seite des Gerüsts 10 wiederholt.

Falls gewünscht, kann dann ein Vakuumbeutel (nicht gezeigt) über die gesamte Tragflügelanordnung plaziert und an seinem oberen Ende gegen die Unterseite der Kopfabdeckung 6 2 abgedichtet werden, um eine Vakuumdichtung zu schaffen. Ein Teilvakuum innerhalb der Tragflügelanordnung wird durch eine Luftpumpe erzielt, die Luft durch

eine öffnung 76 absaugt, um die Haut 22 und die Rückenverstärkungsplatten 44 fest an Ort und Stelle zu halten.

In seitlicher Richtung verlaufende Zapfen auf der Seite der Abbindekammer werden an einem beweglichen Gestell 72 drehbar gehalten, so daß sie zwischen einer horizontalen und einer vertikalen Ausrichtung bewegt werden kann. Das Gestell 72 kann dann derart durch Rollen bewegt werden, daß die Tragflügelanordnung in die Abbindekammer soweit bewegt wird, bis die Kopfabdeckung 62 den Kopf 60 berührt. Wenn die Kammer einmal abgedichtet ist, wird die Kopfabdeckung 62 von dem Ständer 70 gelöst, und die Abbindekammer kann dann in ihre aufrechte Stellung in dem Gestell 72 gedreht werden. Wenn die Abbindekammer in der vertikalen Lage ist, wird der Unterdruck freigegeben und ihr ein positiver Druck von annähernd 62,055 kPa zugeführt, um die Blase 58 satt gegen die RückenverStärkung 40 zu drükken. Schließlich wird das Gestell 72 mit einer oder mehreren daran angebrachten Abindekammern in einem Ofen angeordnet, der dann auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die von dem Hersteller für die Aushärtung des Klebstoffes vorgegeben ist.

Wie erwähnt, sollte klar sein, daß eine Anzahl von Abbindckanunern an dem Gestell 72 gleichzeitig angebracht werden könnten, um gleichzeitiges Aushärten in einem Ofen zu gestatten. Dies ist besonders bei einem Herstellungsvorgang in großem Umfang wünschenswert, bei dem eine große Anzahl von Tragflügeln in einer kurzen Zeit hergestellt werden sollen.

Wenn auch diese Erfindung in bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden ist, dürfte es für die Fachleute klar sein, daß verschiedene Änderungen in der Form und im Detail gemacht werden können, ohne vom Grundgedanken der beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims

Dipl.-Chem. Dr. Stefren ANDflAE Dipl.-Phys. Dieter FLACH DipJ.-lng. Dietmar HAUG 1 2 NOV 1984 Dipl.-Chem. Dr. Richard KNEISSL PATENTTANWÄLTE Stefnstr. 44, D-8000 München 80 Anm: UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Ct.06101 / V.St.A. Az: 267/DH/sc Isostatische Form und Verfahren für den Zusammenbau von Skelettkonstruktionen Patentansprüche

1. Anordnung zur Anbringung einer Haut an ein skelettförmiges Gerüst, das verschiedene Rippen hat, die offene Teile in ihm begrenzen, gekennzeichnet durch:

eine erste Formeinrichtung (40) mit einer Folie (42),auf welcher eine Vielzahl von speziell bemessenen steifen Platten (44) fest angeordnet ist, wobei die erste Form (40) auf einer Seite des skelettförmigen Gerüsts (1.0) angeordnet und gegen die Metallhaut (22) gerichtet ist,

eine zweite Formexnrichtung (40) mit einer Folie (42), auf welcher eine Vielzahl von speziell bemessenen steifen Platten (44) fest angeordnet ist, wobei die steifen Platten (44) auf der zweiten Form (40) und die steifen Plat·- ten (44) auf der ersten Form (40) entgegengesetzt ausgerichtet sind und die öffnungen (20) in dem skelettförmigen Gerüst (10) überbrücken,

344 Ί

eine Kammer (50) , die für die Aufnahme einer aus der ersten Formeinrichtung (40) und der zweiten Formeinrichtung (40) bestehenden Anordnung bemessen ist und eine elastische Blase (58) aufweist, die für das Einschließen des Gerüsts und der Formeinrichtungen bemessen ist, und

eine Druckmitteleinrichtung zum Zuführen eines Druckmittels zu der Kammer (50), um die elastische Blase (58) und die Vielzahl von speziell bemessenen steifen Platten (44), welche die öffnungen (20) in dem skelettförmigen Gerüst (10) überbrücken, gegen die Rippenteile (16,18) des skelettförmigen Gerüsts (10) zu drängen, wodurch eine Verformung oder eine Beschädigung der Haut (22) neben den öffnungen in dem skelettförmigen Gerüst verhindert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (50) eine abnehmbare Kopfabdeckung (62) aufweist, welche ein Ende des Gerüsts (10) lösbar hält, um es in der Kammer (50) auf Abstand zu halten.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kopfabdeckung (62) derart auf einem Ständer (70) lösbar angeordnet werden kann, daß das Gerüst (10) um eine Horizontalachse drehbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das skelettförmige Gerüst (10) ein Tragflügelgerüst ist und daß die Haut (22) eine speziell geformte krummlinige Metalloberfläche ist, die als aerodynamische Fläche wirkt.

5. Verfahren zum Anbringen einer Haut an ein skelettförmiges Gerüst, das Rippen hat, die eine Vielzahl von öffnungen begrenzen, gekennzeichnet durch:

Auftragen eines aushärtbaren Klebstoffes auf die Rippenteile (16,18) des skelettförmigen Gerüsts (10),

Anordnen eines ersten Hautteiles (22) auf dem skelettförmigen Gerüst (10),

Anordnen und Ausrichten einer ersten Form (40) , die eine Vielzahl von speziell bemessenen Platten (44) darauf hat, gegen das erste Hautteil (22) derart, daß jede Platte (44) eine der Öffnungen (20) in dem skelettförmigen Gerüst (10) überbrückt,

Anordnen eines zweiten Hautteiles (22) auf der entgegengesetzten Seite des Gerüsts (10),

Anordnen und Ausrichten einer zweiten Form (40), die eine Vielzahl von speziell bemessenen Platten (44) darauf hat, gegen das zweite Hautteil (22) derart, daß die Platten (44) zu den entsprechenden Platten (44) auf der ersten Form (40) ausgerichtet sind und die Öffnungen (20) in dem Gerüst (10) überbrücken,

Anordnen der Anordnung in einer Abbindekammer (50), die eine elastische Blase (58) enthält,

Zuführen eines Druckmittels zu der Abbindekammer (50), um die elastische Blase (58) gegen die erste Form (40) und die zweite Form (40) zu drängen, und

Entfernen der Anordnung aus der Kammer (50) und Entfernen der ersten Form (40) und der zweiten Form (4 0).