DE3531028A1 - Versteifte struktur - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine versteifte Struktur nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1, wie sie insbesondere beim Aufbau einer Flugzeugzelle Anwendung findet.

Im Flugzeugbau wird von einer Schalenbauweise (Monocoque­ struktur) Gebrauch gemacht, bei der eine steife Außenhaut zusammen mit Quer- und Längsspanten eine aerodynamische, last­ tragende Struktur bildet. Auf Grund des geforderten günstigen Nutzlast/Gewicht-Verhältnisses wird von einer Leichtbau­ weise Gebrauch gemacht, bei der die Außenhaut sowie die Längs- und Querspanten vorzugsweise aus Aluminium bestehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ver­ steifte Struktur anzugeben, durch die nicht nur das Nutz­ last/Gewicht-Verhältnis verbessert wird, sondern auch andere Funktionen, wie Informations- und Energietransport, ermöglicht werden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Struktur sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von in den Figuren der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die er­ findungsgemäße Struktur näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den herkömmlichen Aufbau einer Flugzeugzelle;

Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Flugzeug­ zelle;

Fig. 2a den Querschnitt eines Längsspanten;

Fig. 2b den Querschnitt eines Querspanten; und

Fig. 2c den Querschnitt eines modifizierten Querspanten.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer herkömmlichen Flug­ zeugzelle in sogenannter Monocoquestruktur dargestellt, bei der eine Flugzeugaußenhaut 10 aus Aluminium zusammen mit Längsspanten 12 und Querspanten 14, die ebenfalls aus Aluminium bestehen, eine versteifte Struktur in Schalenbau­ weise bildet. Diese Elemente sind mittels Nieten und Winkel­ blechen in bekannter Weise miteinander verbunden. Elek­ trische Kabel 16 verbinden gewisse Systemmodule 18, 18′ miteinander und dienen dem Energie- und Informationstransport. Andererseits dienen Rohrleitungen 20 dem Transport von Hydraulikflüssigkeit bzw. von Druckluft zur Betätigung be­ stimmter Stellorgane, wie Rudern, Landeklappen usw.

Fig. 2 zeigt die gleiche Flugzeugzelle, bei der jedoch die Längs­ spanten 12′ und die Querspanten 14′ erfindungsgemäß modifiziert sind. Wie man den Fig. 2a, 2b sowie Fig. 2c entnimmt, bestehen diese versteifenden Spanten aus Schichten 22, 22′ aus leitendem Material, die voneinander durch Schichten 24 aus isolierendem Material getrennt sind. Versteifungsrippen 26 können in herkömmlicher Weise aus Aluminium bestehen. Vorzugsweise bestehen die leitenden Schichten aus Aluminium und die isolierenden Schichten aus Polyaramidfiber, welche Schicht­ struktur unter dem Warenzeichen ARALL im Handel erhältlich ist.

Wie insbesondere aus Fig. 2b und 2c ersichtlich, können die leitenden Schichten aus einer durchgehenden Schicht 22 oder aus mehreren neben­ einander verlaufenden Schichten 22′ bestehen. Die durchgehende Schicht 22 dient dann dem Energietransport, z. B. als Stromversorgungsschiene, und die nebeneinander verlaufenden Schichten 22′ können als Bussystem für den Informationstransport dienen. Die Struktur gemäß Fig. 2c kann hierbei hergestellt werden, indem schmale Streifen aus ARALL-Material geschnitten werden und unter Zwischenlage von isolierenden Schichten miteinander verbunden werden.

Gemäß Fig. 2a können die Hydraulik- bzw. Pneumatikleitungen 20 in den Längsspant 12′ integriert werden, wobei die Leitungen 20 aus herkömmlichem Material oder ebenfalls aus dem geschichteten ARALL-Material bestehen können.

Wie man Fig. 2 entnimmt, ergibt sich ein übersichtlicher und gewichtssparender Aufbau der Flugzeugzelle. Selbstver­ ständlich können elektrische Verbindungen zwischen den leitenden Schichten in Längs- und Querspanten hergestellt werden, um zum Beispiel die Systemmodule 18, 18′ mitein­ ander zu verbinden.

Da die Flugzeugzelle aus einer großen Anzahl von Längs- und Querspanten besteht, können die Energie- und Infor­ mationstransportsysteme mehrfach ohne Erhöhung der Kosten vorgesehen werden, was zu einem redundanten System führt. Die Integration des Energie- und Informationstransport­ systems in die tragenden Spanten hat darüber hinaus den Vorteil, daß etwa auftretende Ermüdungsbrüche und somit Brüche der leitenden Aluminiumschicht zentral signalisiert werden können, was zu einer hohen Betriebssicherheit führt.

Die mechanische Qualität der Schichtstruktur-Spanten ist derjenigen von herkömmlichen Spanten zumindest ebenbürtig; ihr Gewicht ist jedoch wesentlich geringer. Die Gewichs­ ersparnis liegt etwa bei 30%. Bezogen auf das ganze Flug­ zeug kann mit einer Gewichtsersparnis von 1 bis 3% ge­ rechnet werden. Wenn man davon ausgeht, daß die Nutzlast bei einem Flugzeug, wie z. B. der Concorde, nur etwa 7% des maximalen Abfluggewichtes beträgt, so erkennt man, daß eine Reduzierung des maximalen Abfluggewichtes um 3% zu einer 40% höheren Transportkapazität führt.

Die Wartung eines mit der erfindungsgemäßen Struktur aufge­ bauten Flugzeuges wird wesentlich erleichtert, da praktisch jeder Punkt in dem Flugzeug elektrisch und somit meß­ technisch zugänglich ist. Darüber hinaus kann eine ver­ längerte Lebensdauer des Flugzeuges erwartet werden, da die erfindungsgemäße Schichtstruktur wesentlich bruch­ sicherer ist. Ferner wird die Zuverlässigkeit erhöht, da ohne zusätzliche Verkabelung eine Statusüberwachung in einfacher Weise möglich ist.

Claims (7)

1. Durch Spanten versteifte Struktur, insbesondere Flugzeug­ zelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanten (12′, 14′) mehrere durch isolierende Schichten (24) voneinander getrennte leitende Schichten (22, 22′) aufweisen.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitenden Schichten (22, 22′) der Spanten aus Aluminium bestehen.

3. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die isolierenden Schichten (24) der Spanten aus Polyaramidfiber bestehen.

4. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitenden Schichten (22) als Energietransportschienen ausgebildet sind.

5. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitenden Schichten (22′) als Informationsbusse ausgebildet sind.

6. Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Nachbarschaft zu einer leitenden Schicht abschirmende leitende Schichten angeordnet sind.

7. Struktur nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Hydraulik- bzw. Pneumatikleitungen (20) in die versteifte Struktur (10, 12′) integriert sind.