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Beschreibung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Luftfahrzeug und auf Verfahren zum Verbessern der Bruchfestigkeit
eines Luftfahrzeugs.
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Die Verbessserung der strukturellen
Bruchfestigkeit und der Sicherheit von Insassen im Falle eines Aufpralls
bzw. Unfalls stellt ein fundamentales Element bei der Auslegung
eines Luftfahrzeugs dar. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere
für einen Hubschrauber
entwickelt worden, kann allerdings auch auf andere Bauarten von
Luftfahrzeugen angewendet werden.
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Bei einem Hubschrauber ist die Bruchfestigkeit
und die Sicherheit der Insassen im Falle eines Aufpralls bisher
dadurch gelöst
worden, daß ein Fahrwerk
oder Fahrgestell bzw. Landegestell bereitgestellt worden ist, das
in der Lage ist, eine große
Energie zu absorbieren, wobei die Struktur des Rahmens des Luftfahrzeugs
dazu ausgelegt ist, Energie im Wege einer kontrollierten Deformation
zu absorbieren, und indem bruchfeste, die Belastung begrenzende
Sitze für
die Insassen bereitgestellt werden.
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Bei manchen Hubschraubern ist allerdings, um
das Volumen der Kabine möglichst
groß zu
machen, ein unterer Bereich des Rumpfs unterhalb der Kabine für die Unterbringung
von Kraftstofftanks verwendet worden, so daß aus diesem Grunde herkömmlicherweise
eine Auslegung dieses Bereichs des Rumpfs zur Absorbierung von Energie
im Wege einer kontrollierten Deformation aufgrund der Gefahr von
Bränden
durch gebrochene Kraftstofftanks im Falle eines Aufpralls bzw. Unfalls
nicht in Betracht kommt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Luftfahrzeug mit einem Rumpf bereitgestellt,
der einen unteren Rumpfabschnitt und einen Fluid- oder Flüssigkeitstank
aufweist, der benachbart zu dem unteren Rumpfabschnitt angeordnet
ist, wobei der Fluid- oder Flüssigkeitstank
zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit
und mit einem offenzelligen Schaummaterial gefüllt ist, so daß im Falle
eines Aufpralls auf den unteren Rumpfabschnitt das Fluid dazu gezwungen
ist, durch den Schaum zu strömen,
um eine kontrollierte Deformation des unteren Rumpfabschnitts herbeizuführen.
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Auf diese Weise ist es unter Verwendung
der Erfindung möglich,
den unteren Rumpfbereich dahingehend auszulegen, daß er Energie
im Wege einer kontrollierten Deformation aufnimmt, ohne daß die Unversehrtheit
der Tanks beeinträchtigt
wird, so daß auf
diese Weise die Bruchfestigkeitseigenschaften des Luftfahrzeugs
im Falle einer harten Landung auf Land oder Wasser verbessert werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, daß der Tank
im normalen Gebrauch mit dem Schaummaterial gefüllt ist und daß ein Volumen
einer Flüssigkeit
in den Zellen des Schaummaterials enthalten ist, typischerweise
hauptsächlich
in einem unteren Bereich des Tanks.
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Die Zellen des Schaummaterials, die
nicht mit Flüssigkeit
belegt sind, und etwaiges verbleibendes Volumen in dem Tank, das
bspw. gebildet wird, wenn die Flüssigkeit
aufgebraucht wird, können
bzw. kann zweckmäßigerweise
mit einem Gas gefüllt
werden, bei dem es sich in dem Fall, daß die Flüssigkeit Kraftstoff ist, bevorzugt
um ein inertes Gas handelt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Schaummaterial
ein offenzelliger Polyurethanschaum ist, der eine mittlere Zellgröße innerhalb
des Schaums aufweist, die so eingestellt ist, daß ein vorbestimmtes Maß an Widerstand
gegenüber
einer Deformation des unteren Raumpfabschnitts bereitgestellt ist.
Auf diese Weise kann das Verhalten des Schaummaterials abgestimmt
werden, indem die Zellgröße verändert wird,
um ein vorbestimmtes Maß an
Widerstand gegenüber
einer Deformation zu erzielen.
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In typischer Weise ist der untere
Raumpfabschnitt unterhalb einer Kabine des Luftfahrzeugs angeordnet,
in der die Insassen untergebracht sind. Das Luftfahrzeug kann eine
Lande- bzw. Fahrgestellstruktur aufweisen, die so eingerichtet ist,
daß sie eine
primäre,
hohe Energieabsorption im Falle eines Aufpralls bereitstellt, wobei
der Fluid- oder Flüssigkeitstank
eine sekundäre,
hohe Energieabsorption für
den Fall bereitstellt, daß ein
struktureller Zusammenbruch des Fahr- bzw. Landegestells eintritt.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Kontrollieren einer Deformation
eines unteren Rumpfabschnitts eines Luftfahrzeugs im Falle eines
Aufpralls bereitgestellt, wobei das Verfahren umfaßt, einen
Fluid- oder Flüssigkeitstank
bereitzustellen, der sich benachbart zu dem unteren Rumpfabschnitt
befindet, wobei der Fluid- oder
Flüssigkeitstank
zumindest teilweise mit einem Fluid und mit einem offenzelligen
Schaummaterial gefüllt
ist, so daß im
Falle eines Aufpralls auf den unteren Rumpfabschnitt das Fluid dazu
gezwungen ist, durch den Schaum zu strömen, um eine kontrollierte
Deformation des unteren Rumpfabschnitts herbeizuführen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben, in der
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1 zeigt
einen Teil eines Luftfahrzeugs gem. der vorliegenden Erfindung in
einem Bruchzustand (rechte Seite der Darstellung) und in einem normalen
Zustand (linke Seite der Darstellung);
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2 zeigt
einen unteren Abschnitt eines Rumpfs eines Luftfahrzeugs in einem
normalen Zustand; und
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
der nach 2, wobei aber der untere
Teil des Rumpfs des Luftfahrzeugs in einem deformierten Zustand
dargestellt ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ist darin ein Teil eines Rumpfs 10 eines Luftfahrzeugs dargestellt,
wobei es sich in diesem Fall um einen Hubschrauber handelt, obwohl
die Erfindung auch auf andere Luftfahrzeuge angewendet werden kann, wenn
zweckmäßig.
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Der Rumpf 10 weist eine äußere Rumpfhaut auf,
wobei ein unterer Teil 12 von dieser einen unteren Rumpfboden 13 und
einen inneren Boden 14 aufweist, der den Boden einer Kabine 15 bildet,
in der Insassen, Fahrgäste
oder sonstige Personen untergebracht sind.
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Zwischen dem unteren Boden 13 und
dem inneren Boden 14 ist ein Zwischenraum 16 vorhanden,
in dem ein oder mehrere Kraftstofftanks 17 untergebracht
sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält der
oder zumindest einer der Kraftstofftanks 17 nicht nur Kraftstoff 18 in
einem flüssigen
Zustand, sondern ein offenzelliges Schaummaterial 20, wie
bspw. einen Polyurethanschaum oder ein sonstiges Schaummaterial
mit geringem Gewicht, welches den Kraftstofftank 17 ausfüllen oder
im wesentlichen füllen
kann.
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In der Anordnung nach 2 ist der gesamte Tank 17 mit
dem Schaummaterial gefüllt,
und der Kraftstoff 18 nimmt die Zellen des Schaums im wesentlichen
am Boden des Tanks 17 ein. Allerdings wird aufgrund der
Kapillarwirkung ein Teil des Kraftstoffs 18 nach oben in
die Zellen des Schaummaterials 12 oberhalb des allgemeinen
Kraftstoffniveaus L gezogen, so daß der Schaum benetzt wird.
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Ein ausreichendes Volumen in den
Zellen des benetzten Schaummaterials 20 ist erforderlich, um
Kraftstoff 18 aufzunehmen, der während einer Deformation im
Falle eines Aufpralls bzw. Unfalls dazu gezwungen ist, in dem Netz
von Zellen in dem Schaummaterial 20 viskos zu strömen.
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Die Zellen des Schaummaterials 20,
die nicht durch den Kraftstoff 18 belegt sind, und ein
etwaiges verbleibendes Volumen innerhalb des Tanks 17,
das bspw. dann gebildet wird, wenn der Kraftstoff 18 aufgebraucht
wird, wenn der Tank 17 nicht vollständig mit Schaummaterial 20 gefüllt ist,
kann mit einem Gas gefüllt
werden, typischerweise mit einem ineeen Gas.
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Der Hubschrauber weist ein Fahr-
bzw. Landegestell 25 auf, das Streben 26 und Räder 27 oder ähnliches
umfassen kann. Insbesondere dann, wenn ein derartiges Fahrgestell 25 nicht
einziehbar ausgebildet ist, wird es so ausgelegt sein, daß es eine
große
Energie im Falle eines Aufpralls absorbieren kann und sich auf diese
Weise in einer kontrollierten Weise deformieren und kollabieren
kann. Ein derartiges Fahrgestell 25 bildet auf diese Weise
eine primäre, energieabsorbierende
Struktur.
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Der untere Teil 12 des Rumpfs 10,
der sowohl den inneren Boden 14 als auch den unteren Boden 13 zusammen
mit dem Kraftstofftank 10 umfaßt, kann ebenfalls dafür ausgelegt
sein, daß er
Energie im Falle eines Aufpralls aufnimmt, wodurch eine sekundäre energieabsorbierende
Struktur bereitgestellt wird.
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Aus der Darstellung auf der rechten
Seite der 1 wird deutlich,
daß im
Falle eines Aufpralls bzw. Unfalls, wenn sich das Fahrwerk 25 deformiert
hat bzw. kollabiert ist, der untere Boden 13 auf den Untergrund
G aufschlägt.
Wie in 3 dargestellt ist, führt dies
nicht nur dazu, daß sich
der untere Boden 13 nach oben verformt, sondern es kann
auch der innere Boden 14 der Kabine 15 nach unten
verformt werden, so daß der
dazwischen befindliche Zwischenraum 16 zusammengedrückt wird,
und daß auch
der Kraftstofftank 17 und das Schaummaterial 20 dazwischen
zusammengedrückt
werden.
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Aufgrund der vorliegenden Erfindung
wird während
eines solchen Zusammendrückvorgangs der
in dem Tank 17 befindliche Kraftstoff zu einer viskosen
Strömung
durch das Netzwerk der offenen Zellen des Schaummaterials 20 veranlaßt. Die
auf diese Weise erzwungene Strömung
und die Kompression des Schaumstoffs führen zu einer Absorption von
Energie, ohne daß die
Unversehrtheit des Tanks 17 in Mitleidenschaft gezogen
wird. Aus 3 ist ersichtlich, daß der untere
Boden 13 und der innere Boden 14 so ausgelegt
sein können,
daß sie
ein erhebliches Maß an
kontrollierter Deformation durchlaufen, wie durch die gestrichelten
Linien angedeutet ist, während
der Kraftstofftank 17 einen zusätzlichen kontrollierten Widerstand
erzeugt.
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Auf diese Weise können die Aufschlagkräfte, die
an Insassen des Luftfahrzeugs weitergeleitet werden, erheblich reduziert
werden, so daß auf
diese Weise die Wahrscheinlichkeit des Überlebens von Insassen im Falle
eines Unfalls erheblich verbessert wird.
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Selbstverständlich können die Sitze 28 der Insassen,
die sich innerhalb der Kabine 15 befinden, so ausgebildet
sein, daß sie
ebenfalls Energie absorbieren, so daß ein weiterer Schutz für Insassen
des Luftfahrzeugs bereitgestellt wird. Aus 3 ist
ersichtlich, daß die
Sitze 28 so ausgelegt sein können, daß sie in einer kontrollierten
Weise kollabieren.
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Unterschiedliche andere Modifikationen
können
vorgenommen werden, ohne daß der
Bereich der Erfindung verlassen wird. Bspw. ist in 2 der Kraftstofftank 17 so
dargestellt, daß er
im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei er
allerdings eine alternative Querschnittsform haben kann, je nach
Bedarf, damit er in den Zwischenraum 10 zwischen dem unteren
Boden 13 und dem inneren Boden 14 paßt, und
damit er die gewünschten
Eigenschaften zur Absorption von Energie aufweist.
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In bevorzugter Weise hat der Kraftstofftank 17 flexible
Wände,
obwohl der Kraftstofftank oder die Tanks 17 insbesondere,
aber nicht ausschließlich
in anderen Anwendungen als bei Hubschraubern metallische Wände, Bspw.
aus Aluminium, aufweisen kann.
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Die durchschnittliche Zellgröße des Schaummaterials 20 kann
so ausgewählt
werden, daß ein vorbestimmtes
Maß an
Widerstand gegenüber
einer Deformation vorhanden ist.
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Die Erfindung ist in Bezug auf einen
Kraftstofftank 17 beschrieben worden, wobei allerdings jeglicher
anderer Fluid- oder Flüssigkeitstank
in einem unteren Bereich 12 des Rumpfs 10, der
möglicherweise
einem Aufprall ausgesetzt sein kann, mit Schaummaterial versehen
sein kann. Die spezielle Form des Rumpfs, die in 1 der Zeichnungen dargestellt ist, bildet
le diglich ein Beispiel, und zahlreiche andere Formen und Konfigurationen
von Rümpfen können Nutzen
aus der vorliegenden Erfindung ziehen.
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Weiterhin ist das dargestellte Fahrgestell 25 lediglich
als erläuterndes
Beispiel angegeben, wobei zahlreiche andere Ausführungsformen möglich sind.
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Die Verformung des inneren Bodens 14 und des
unteren Rumpfbodens 13, die in 3 dargestellt
ist, bildet selbstverständlich
lediglich ein repräsentatives
Beispiel für
die unterschiedlichen Arten von Verformung, die im Falle eines Unfalls
auftreten können.