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Gebiet der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Drucksensorvorrichtung, die zum
Einbau an einem Luftfahrzeugrumpf vorgesehen ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Einbau einer solchen
Drucksensorvorrichtung an einer Platte eines Luftfahrzeugrumpfs.
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Stand der Technik
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Die
Luftfahrzeuge und insbesondere die Flugzeuge sind mit verschiedenen
Sonden ausgestattet, die zum Messen einer bestimmten Anzahl von Parametern
ausgestaltet sind. Diese Parameter werden anschließend an
Vorrichtungen übertragen,
um eine ordnungsgemäße Funktionsweise
des Luftfahrzeugs und der Instrumente zu gewährleisten. So liefern bestimmte
Sonden, die sich in Nähe
des Strahltriebwerks befinden, Informationen, welche das Verhalten
des Triebwerks (Gasausstoßtemperatur, Durchsatz
etc.) verfolgen lassen. Andere Sonden, die am Rumpf installiert
sind, liefern Informationen bezüglich
der Umgebung, in der sich das Luftfahrzeug bewegt (Temperatur, Druck
etc.).
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Unter
den am Luftfahrzeugrumpf installierten Sonden befinden sich statische
Druckmesssonden. Die von diesen Sonden gelieferte Information gestattet
es, die Höhe,
in der sich das Luftfahrzeug befindet, zu berechnen. Eine solche
am Luftfahrzeugrumpf installierte Sonde ist aus US-A-5616861 bekannt.
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Beispielsweise
befindet sich, wie schematisch in 1 der beigefügten Figuren
dargestellt ist, die perspektivisch die Vorderseite des Flugzeugs darstellt,
eine Sonde S zur Druckabtastung, die zur Messung des statischen
Drucks bestimmt ist, im Vorderteil des Rumpfes auf dessen Seite.
Diese Art von Sonde befindet sich allgemein in einer wenig gestörten aerodynamischen
Strömungszone
am Rumpf.
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Wie
in näheren
Einzelheiten in 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist,
umfasst die Drucksondenvorrichtung S ein Druckabtastteil 2,
das die Form einer mit Löchern
durchsetzten Scheibe aufweist und allgemein als "Pfefferdose" bezeichnet wird. Für gewöhnlich ist die Drucksondenvorrichtung S
von einem Verstärkungselement 3 getragen,
das an dem die Flugzeugstruktur bildenden Gerippe 4 befestigt
ist. Anschließend
wird das Gerippe 4 mit einer Rumpfplatte 5 bedeckt
und diese Platte 5 an dem Gerippe 4 und an dem
Verstärkungselement 3 allgemein mittels
Nieten befestigt, deren Durchgangslöcher in 2 unter
der Ziff. 6 erscheinen. Der Druckabnahmeteil bzw. Drucksondenteil
ist hierbei in einer kreisförmigen,
in der Rumpfplatte 5 ausgebildeten Öffnung 7 aufgenommen.
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Allgemein
verschlechtert sich die Qualität und
die Präzision
der Druckmessung, die von einer (nicht dargestellten) Sonde ausgeführt wird,
welche an der Druckabtastvorrichtung S angeschlossen ist, sobald
die aerodynamische Luftströmung
an dem Rumpf des Luftfahrzeugs in der Nähe des Druckabtastteils 2 gestört ist.
Aus diesem Grund ist es wichtig, dass das Druckabtastteil 2 der
Vorrichtung S mit hoher Präzision
an der Außenfläche der
Rumpfplatte 5 anliegt, in die diese Vorrichtung integriert
ist. Bei der herkömmlichen,
in 2 dargestellten Anordnung erfordert dieses Ergebnis
einen Glättungsvorgang
des Druckabtastteils 2, bis die Außenflächen des Druckabtastteils und
der Rumpfplatte perfekt ausgerichtet sind.
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Diese
herkömmliche
Technik stellt eine bestimmte Anzahl von Problemen.
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Zunächst erzeugt
die maschinelle Bearbeitung einer kleinen kreisförmigen Öffnung 7 in der Rumpfplatte 5 eine
Verformung und damit hohe Belastungen in dieser Platte. Die große Anzahl
und die Anbringung von Nieten, die zur Befestigung der Platte 5 an
dem Verstärkungselement 3 verwendet
werden, verstärken
diese Verformung noch. Außerdem tragen
die Nietköpfe,
die in unmittelbarer Nähe
des Druckabtastteils 2 der Vorrichtung S gelegen sind, dazu
bei, lokal den aerodynamischen Strom zu stören. Daraus ergeben sich Messfehler
und damit ein Präzisionsverlust
der Sonde.
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Übrigens
ist der nach der Montage der Vorrichtung S durchgeführte Glättungsvorgang
ein industriell schwieriger Vorgang. Da die Toleranzen sehr gering
sind, erfordert dieser Vorgang nämlich
sehr viel Präzision
und damit sehr viel Zeit. Wenn er schlecht ausgeführt wird,
wird die Sonde fehlerhafte Messungen liefern, was inakzeptabel ist,
wie bereits erwähnt
wurde.
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Ein
weiterer Nachteil der Anbringungstechnik der Vorrichtung S, die
derzeit angewandt wird, tritt bei einer Beschädigung derselben im Fall eines
Stoßes
zutage. Hierbei muß das
Druckabtastteil 2 ersetzt werden und der Glättungsvorgang
von vorne begonnen werden. Der Austausch ist damit lang und schwierig.
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Wenn
die Rumpfplatte nur leicht in Nähe
der Vorrichtung S beschädigt
ist, rentiert es sich nicht, sie zu ersetzen. Trotzdem modifiziert
ein einfacher Kratzer an der Platte die lokale aerodynamische Strömung und
verfälscht
die Messung. Aufgrund dessen findet ein äußerst präziser Poliervorgang statt.
Auch hier handelt es sich um einen industriell schwierigen und schwer
umzusetzenden Vorgang.
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Schließlich ist
anzumerken, dass die Entwicklung der Normen, welche den Luftverkehr
regeln, dazu tendiert, den Höhenunterschied
zwischen den von den Flugzeugen benutzten Schneisen zu verringern,
um die Verkehrsdichte zu erhöhen.
Somit ist eine immer präzisere
Kenntnis der Höhe,
in der sich das Flugzeug befindet, unerlässlich. Dies führt zur Forderung
einer sehr geringen Gesamt-Fehlermarge, was die von den statischen
Drucksonden, mit denen die Luftfahrzeuge ausgerüstet sind, durchgeführten Druckmessungen
betrifft. Diese Entwicklung macht die Anwendung stehender statischer
Druckabtastvorrichtungen immer schwieriger.
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Abriss der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist eine Druckabtastvorrichtung für ein Luftfahrzeug, deren originelle
Konzeption die Qualität
der von der Sonde ausgeführten Messungen
merklich verbessert und dabei seine Anbringung an der Rumpfplatte
sowie seinen eventuellen Austausch einfacher und rascher gestaltet.
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Gemäß der Erfindung
wird dieses Ergebnis mittels einer Druckabtastvorrichtung für ein Luftfahrzeug
erreicht, das mindestens ein Verstärkungselement, ein von dem
Verstärkungselement
getragenes und vom Luftfahrzeug nach außen gewandtes Druckabtastteil
sowie eine an dem Verstärkungselement
befestigte und mit einer Öffnung,
in der das Druckabtastteil aufgenommen ist, versehene Rumpfplatte
umfasst, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass
sie außerdem
eine Platte aufweist, in die das Druckabtastteil bzw. Drucksensorteil ohne
Diskontinuität
integriert ist, wobei die Platte an dem Verstärkungselement befestigt ist
und die Öffnung
eine Form sowie Dimensionen aufweist, die im wesentlichen identisch
mit denjenigen der Platte sind, so dass sie in die Öffnung aufgenommen
ist und die Außenfläche der
Rumpfplatte berührt.
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Da
das Drucksensorteil ohne Diskontinuität in eine Platte relativ großer Dimensionen
integriert ist, ist die Kontinuität des aerodynamischen Profils des
Rumpfs in der den Druckabtastteil umgebenden Zone sichergestellt,
ohne dass irgendeine maschinelle Bearbeitung nötig wäre. Außerdem wird es möglich, diese
Platte an dem Verstärkungselement von
außerhalb
des Luftfahrzeugs in einer Öffnung
der Rumpfplatte zu befestigen, deren Form und Abmessung derjenigen
der Platte angepasst ist. Diese Befestigungsart ermöglicht es,
die Platte auf einfache Weise so einzustellen, dass ihre Außenfläche an der Außenfläche der
Rumpfplatte anliegt, ohne einen Glättungsvorgang zu benötigen. Die
Berührungstoleranz
ist an der Peripherie der Platte viel weniger strikt als in der
Messzone. Auf diese Weise wird eine einfachere und raschere Montage
realisiert. Außerdem ist
der Ersatz eines eventuell beschädigten
Drucksondenteils infolge eines Stoßes ebenfalls einfacher und
schneller.
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Übrigens
werden wegen der Tatsache, dass diese Technik gestattet, die Kontinuität der Außenfläche des
Rumpfs des Luftfahrzeugs in der in Nähe des Druckabtastteils gelegenen
Messzone zu garantieren, natürlich
die Qualität
und die Präzision
der Messung verbessert.
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Darüber hinaus
kann eine leichte Beschädigung
der Platte, in die das Druckabtastteil aufgenommen ist, wie z.B.
ein Kratzer, behoben werden, indem einfach diese Platte ausgetauscht
wird. Wenn die Beschädigung
an der Rumpfplatte erfolgt, ist der Fehler bzw. Defekt ausreichend
weit von dem Druckabtastteil entfernt, damit er zu keinen Störungen der
Messung führt.
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Um
die Einstellung der Platte in bezug auf die Rumpfplatte während der
Befestigung der Platte an dem Verstärkungselement zu ermöglichen,
werden vorteilhafterweise Abstandskeile bzw. Unterlegplatten verwendet.
Dies ermöglicht
es, ohne Schwierigkeit ein genaues Fluchten der Außenflächen der Platte
und der Rumpfplatte zu gewährleisten.
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Das
Verstärkungselement
umfasst eine Ausnehmung gegenüber
der in der Rumpfplatte ausgebildeten Öffnung, und die Platte ist
in diese Ausnehmung eingefügt.
Um die Anordnung der Platte zu erleichtern, umfasst die Ausnehmung
vorteilhafterweise einen planen Boden, an dem eine plane Fläche der
Platte anliegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Druckabtastteil aus einem von Perforationen
durchsetzten zentralen Bereich der Platte gebildet.
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Die
Platte ist hierbei vorteilhafterweise an dem Verstärkungselement
durch Befestigungselemente befestigt, wie z.B. Schrauben oder Bolzen,
die alle am Umfang der Platte angeordnet sind. Die Befestigungselemente
befinden sich so von der in Nähe des
Druckabtastteils befindlichen Messzone entfernt. Dies trägt dazu
bei, die Qualität
und Präzision
der von der Sonde durchgeführten
Messung zu garantieren.
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Aus
dem selben Grund sind die Befestigungselemente vorzugsweise außerhalb
einer winkeligen Luftströmungszone
angeordnet, die an dem Druckabtastteil zentriert ist. Diese winkelige
Luftströmungszone,
die keine Befestigungsorgane aufweist, bildet vorteilhafterweise
einen Winkel von mindestens etwa 30°, der mit der Oberfläche der
Platte koinzidiert, entlang der die vor dem Druckabtastteil vorbeiströmende Luft
strömt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Einbauverfahren einer Drucksensorvorrichtung
an einer Rumpfplatte eines Luftfahrzeugs, gemäß dem die Rumpfplatte an einem
Verstärkungselement
befestigt wird, so dass ein Druckabtastteil in einer in der Platte
ausgebildete Öffnung
aufgenommen wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
dass das Drucksensorteil ohne Diskontinuität in eine Platte integriert
wird, deren Form und Dimensionen im wesentlichen identisch mit denjenigen
der Öffnung
sind, und dadurch, dass die Platte an dem Verstärkungselement befestigt wird,
nachdem die Rumpfplatte an dem Verstärkungselement derart befestigt
worden ist, dass die Platte in die Öffnung aufgenommen wird und
mit der Außenfläche des
Rumpfes fluchtet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden wird anhand eines nicht einschränkenden Beispiels eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigen:
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1,
die bereits beschrieben wurde, eine perspektivische Ansicht, die
sehr schematisch den Vorderteil eines Flugzeugrumpfs darstellt,
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2,
die bereits beschrieben wurde, eine auseinandergezogene perspektivische
Ansicht, die schematisch die Anbringung einer Drucksensorvorrichtung
an einer vorderen Rumpfplatte des Flugzeugs der 1 nach
dem Stand der Technik darstellt,
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3 eine
perspektivische Ansicht, die schematisch die Anbringung einer Drucksensorvorrichtung
an einer Rumpfplatte eines Luftfahrzeugs gemäß der Erfindung darstellt,
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4 eine
Vorderansicht einer Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung, und
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5 eine
Schnittansicht längs
der Linie V-V der 4.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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Wie
auf schematische Weise in 3 dargestellt
ist, umfasst die Drucksensorvorrichtung gemäß der Erfindung eine Platte 10,
deren Außenfläche dazu
vorgesehen ist, einen kleinen Teil der Außenfläche des Rumpfes des Luftfahrzeugs
zu bilden. Ein zentraler Bereich der Platte 10, der von
Perforationen 14 durchsetzt ist, bildet den Druckabtastteil
bzw. Drucksensorteil 16 einer statischen Druckmesssonde
(nicht dargestellt). Die Platte 10 und der Drucksensorteil 16 der
Sonde bilden so eine Unterbaueinheit, deren Anbringung am Rumpf
des Luftfahrzeugs später
beschrieben wird. Es ist anzumerken, dass der Drucksensorteil 16 der
Sonde in die Platte 10 so integriert ist, dass die Außenfläche desselben
keine andere Diskontinuität
aufweist als die Perforationen 14.
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Die
Druckmessvorrichtung gemäß der Erfindung
umfasst außerdem
ein Verstärkungselement 18,
das zur Befestigung an der Luftfahrzeugstruktur auf eine Weise vorgesehen
ist, die später
anhand eines Beispiels genauer beschrieben wird.
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Schließlich umfasst
die Druckmessvorrichtung gemäß der Erfindung
eine Rumpfplatte 20, die ebenfalls zur Befestigung an der
Luftfahrzeugstruktur vorgesehen ist. Diese Rumpfplatte 20 umfaßt eine Öffnung oder
ein Fenster 22, die integral gegenüber dem Verstärkungselement 18 gelegen
sind. Genauer gesagt sind die Form und die Dimensionen der Öffnung 22 im
wesentlichen zu derjenigen der Platte 10 identisch (bis
auf Montagetoleranzen), und die Teile der Platte 20, welche
diese Öffnung 22 umgeben,
liegen an dem Verstärkungselement 18 so an,
dass sie durch Befestigungselemente 24 wie Nuten, Schrauben
oder Bolzen an diesen befestigt werden können, wie 4 darstellt.
Eine Befestigung der Platte 20 durch Verkleben kann ebenfalls
in Betracht kommen, ohne über
den Rahmen der Erfindung hinauszugehen.
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Die
von der Platte 10 und dem Drucksensorteil 16 gebildete
Unterbaueinheit wird an der Rumpfplatte 20 außerhalb
des Flugzeugs angebracht, nachdem die Platte 20 selbst
an dem Verstärkungselement 18 durch
Befestigungselemente 24 angebracht und befestigt wurde.
Genauer gesagt ist die Platte 10 in der Öffnung 22 sowie
in einer gegenüber der Öffnung 22 an
der nach außen
gewandten Fläche des
Verstärkungselements 18 gebildeten
Ausnehmung 26 und gegenüber
dem Drucksensorteil 16 aufgenommen. Ein flexibles Element 27 ist
an diesem Loch 28 hinter dem Verstärkungselement 18 angeschlossen,
um den Drucksensorteil 16 mit der Sonde (nicht dargestellt)
zu verbinden. Eine Enteisungsvorrichtung 29 umgibt das
flexible Element 27 hinter dem Verstärkungselement 18.
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Bei
der Anbringung der von der Platte 10 und dem Druckabtastteil
bzw. Drucksensorteil 16 gebildeten Einheit werden Unterleg-
bzw. Abstandskeile 30 (5) vorteilhafterweise
zwischen die Platte 10 und das Verstärkungselement 18 am
Boden der Ausnehmung 26 eingefügt, damit die Außenfläche der
Platte 10 präzise
und ohne Diskontinuität
mit der Außenfläche der
Rumpfplatte 20 fluchtet. Die Teile bzw. Unterlegteile 30 können um
0,05 mm pro Lage ablösbare Unterlegteile
sein. Die erhaltene Anordnung ist derart, dass die Außenflächen der
Platte 10 und der Platte 20 an dem gesamten Umfang
der Platte genau ausgerichtet sind. Es ist jedoch anzumerken, dass der
den Umfangsrand der Platte 10 des Drucksensorteils 16 trennende
Abstand ausreicht, damit der Einfluß eines eventuell leichten
Ausrichtungsfehlers praktisch ohne Einfuß auf die Präzision der
Messung ist. Deshalb ist keine Glättung notwendig.
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Die
Platte 10 ist allgemein an dem Verstärkungselement 18 durch
Befestigungselemente 32 wie Schrauben oder Bolzen befestigt.
Wie insbesondere in 4 gezeigt ist, sind diese Befestigungselemente 32 alle
am Umfang der Platte 10 angeordnet, d.h. an einer Stelle,
die soweit wie möglich
von den den Druckabtastteil 16 der Sonde bildenden Perforationen 14 entfernt
ist.
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Außerdem befinden
sich die Befestigungselemente 32, wie es auch in 4 dargestellt
ist, außerhalb
einer winkeligen Luftströmungszone 33,
die am Drucksensorteil 16 der Sonde zentriert ist. Diese winkelige
Zone 33 ist in 4 durch Schraffierungen veranschaulicht.
Sie bildet vorteilhafterweise einen Winkel von mindestens etwa 30°. Die winkelige
Zone 33, die keine Befestigungselemente 32 aufweist,
ist auf eine durch das Zentrum des Drucksensorteils 16 verlaufende
und von vorne nach hinten ansteigende Linie zentriert.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsvariante
fallen die Befestigungselemente 32 weg, und die Platte 10 ist
an dem Verstärkungselement 18 angeklebt.
Die Gesamtheit der soeben beschriebenen Eigenschaften ermöglicht es,
dass die Luft, die vor den die Druckabtastung der Sonde gewährleistenden Perforationen 14 strömt, praktisch
keine Störung
in ihrem aerodynamischen Strom in Nähe des Druckabtastteils erfährt. Infolgedessen
sind die Qualität
und Präzision
der Messung merklich höher
als die mittels bestehender Vorrichtungen erhaltenen.
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Außerdem ist
anzumerken, dass diese Eigenschaften erzielt werden, ohne dass es
nötig wäre, auf
Glättungsvorgänge zurückzugreifen,
die langwierig und in der Umsetzung komplex sind.
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Es
ist auch anzumerken, dass die soeben beschriebene Anordnung gegebenenfalls
einen Austausch des Drucksensorteils und der diese tragenden Platte
auf rasche und einfache Weise von außerhalb des Luftfahrzeugs ermöglicht.
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In
der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform
weisen die Platte 10 und die Öffnung 22 rechteckige
Konturen auf. Es ist jedoch anzumerken, dass auch Konturen unterschiedlicher Formen
(kreisförmige,
ovale, trapezoid förmige
etc.) angewandt werden können,
ohne über
den Rahmen der Erfindung hinauszugehen.
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Wie
in den 3 bis 5 dargestellt ist, weist die
Struktur des Luftfahrzeugs, an dem das Verstärkungselement 18 und
die Rumpfplatte 20 befestigt sind, für gewöhnlich auf bekannte Weise die
Form eines aus kreisförmigen
Rahmen 34 gebildeten Gerippes auf, wobei die Rahmen in
Querebenen des Luftfahrzeugs angeordnet sind und Longitudinalleisten 36 sich
in der Longitudinalrichtung des Flugzeugs erstrecken. Die Drucksensorvorrichtung
S ist in ein der zwischen zwei benachbarten Rahmen 34 und zwischen
zwei aneinandergrenzenden Leisten 36 festgelegtes Maschennetz
integriert. Wie die Figuren zeigen, ist das Verstärkungselement 18 an
diesen Rahmen 34 und Leisten 36 durch bestimmte
Befestigungselemente 24 befestigt, die übrigens dazu dienen, die Rumpfplatte 20 an
den verschiedenen Gerippeelementen zu befestigen.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die soeben als Beispiel beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
sondern deckt alle Varianten ab. Es ist auch anzumerken, dass die
Art der Befestigungselemente 24 und 32, ihre Anzahl
und ihre Positionierung unterschiedlich zu den in der 4 dargestellten
sein können,
ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Übrigens
kann das funktionale Spiel, das unweigerlich zwischen dem Umfangsrand
der Platte 10 und der Kontur der Öffnung 22 besteht, durch
einen Füllstoff
oder irgendein anderes äquivalentes
Produkt überbrückt werden.
Außerdem
kann, wie bereits festgestellt wurde, das Verstärkungselement 18 aus
einem einzigen Teil gebildet sein, wie in den Figuren dargestellt
ist, oder aus mehreren Teilen, welche die Gesamtheit der von dem
Vorhandensein der Öffnung 22 in
der Platte 20 ausgehenden Belastungskräfte aufnehmen können. Außerdem kann
die Rumpfplatte 20 an dem Verstärkungselement 18 entweder
so befestigt werden, dass sie auf dieses durch irgendwelche geeigneten
Montagemittel aufgebracht wird, oder aber indem sie aus einem Stück mit dem Verstärkungselement
hergestellt wird, beispielsweise im Fall einer Platte aus Verbundmaterial
oder einer metallischen Platte, die integral bearbeitet wird. Schließlich ist
anzumerken, dass die Erfindung auf die Ausführung jeglicher Drucksensorvorrichtung
eines Luftfahrzeugs anwendbar ist, unabhängig von der Anordnung am Rumpf.