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Gebiet der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die zur Aufnahme von
durch ein Luftfahrzeug-Triebwerk erzeugten Kräften gestaltet ist, um diese
auf eine Luftfahrzeugstruktur, wie z.B. ein Tragwerk- oder Rumpfelement, über einen
Reaktionsmast weiter zu übertragen.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die das Triebwerkdrehmoment
sowie die vom Triebwerk in der Lateral- und Vertikalrichtung erzeugten
Kräfte
in bezug auf eine Longitudinalachse des Triebwerks aufnehmen soll.
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Stand der Technik
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Die
Triebwerke, mit denen die Luftfahrzeuge ausgestattet sind, sind
unter dem Tragwerk aufgehängt
oder lateral am Rumpf mittels eines Reaktionsmasts angehängt.
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Die
Verbindung zwischen dem Triebwerk und dem Reaktionsmast wird durch
Systeme gewährleistet,
die allgemein aus zwei oder drei Zusatz-Aufhängungsvorrichtungen gebildet
sind, die jeweils eine unterschiedliche Funktion erfüllen.
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Die
Dokumente U5-A-5 620 154, US-A-5 275 357 und US-A-6 059 227 beschreiben
verschiedene existierende Aufhängungsvorrichtungen.
Jede dieser Vorrichtungen umfasst eine Haupt-Aufhängungsstruktur
und eine Hilfs-Aufhängungsstruktur
bzw. Zusatz-Aufhängungsstruktur.
Die Haupt-Aufhängungsstruktur
stellt die Übertragung
der Kräfte
bei einer normalen Funktionsweise sicher, d.h. wenn alle Teile der
Aufhängungsvorrichtung
intakt sind. Die Hilfs-Aufhängungsstruktur
ist vorgesehen, um die Kontinuität
der Funktion der Übertragung
von Kräften zwischen
dem Flugzeugtriebwerk im Fall des Zerbrechens eines der Teile der
Hauptaufhängungsstruktur zu
gewährleisten.
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Die
bestehenden Aufhängungsvorrichtungen wie
z.B. die von den vorher zitierten Dokumenten veranschaulichten umfassen
für gewöhnlich ein
Zwischen-Beschlagteil, das am Reaktionsmast beispielsweise mittels
Schrauben befestigt ist, und mindestens zwei Kugelgelenkstangen,
welche die Verbindung zwischen dem Beschlagteil und dem Triebwerk
herstellen. Die Anbringung mittels Kugelgelenk der Stangen am Beschlagteil
und am Triebwerk gestattet es zu vermeiden, dass die Struktur Kräfte entlang
der Longitudinalachse des Triebwerks aufnimmt.
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Die
bestehenden Aufhängungsvorrichtungen sind
einerseits am Triebwerk und andererseits am Reaktionsmast befestigt.
Dieser bildet die Verbindungs-Schnittstelle zwischen der vom Triebwerk
und der ihn umgebenden Triebwerkverkleidung gebildeten Antriebseinheit
und der Struktur des Luftfahrzeugs, die vom Tragwerk oder dem Rumpf
gebildet wird.
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Genauer
gesagt ermöglicht
der Reaktionsmast die Übertragung
von durch das Triebwerk erzeugten Kräften auf das Flugzeug. Er stellt
auch den Transport des Treibstoffs, der Elektrizität, der Hydraulik
und der Luft zwischen dem Triebwerk und dem Luftfahrzeug sicher.
Darüber
hinaus muß er
verschiedenen Zwängen
gerecht werden, wie z.B. einem aerodynamischen Luftwiderstand, einer
Masse und Minimalkosten bei maximaler Sicherheit.
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Für gewöhnlich umfasst
ein Reaktionsmast zwei Untereinheiten, die von einer Primärstruktur
und einer Sekundärstruktur
gebildet sind, sowie andere Einrichtungen.
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Die
Primärstruktur
des Reaktionsmasts ist aus einem Gerippe und aus lateralen Platten
gebildet. Sie stellt die Übertragung
von durch das Triebwerk ausgeübten
Kräften
auf die Luftfahrzeugstruktur sicher. Aus diesem Grund muß ihre Starrheit
bzw. Steifigkeit sehr hoch sein.
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Die
Sekundärstruktur
des Reaktionsmasts umfasst alle Blech- bzw. Plattenelemente, die
der Primärstruktur
hinzugefügt
werden. Diese Elemente erfüllen
verschiedene Funktionen wie z.B. aerodynamische Funktionen (um den
Luftwiderstand aufgrund des Reaktionsmasts zu begrenzen), Schutzfunktionen
und Trennfunktionen der Systeme, welche den Reaktionsmast durchqueren,
Funktionen der Zugänglichkeit
zu Elementen der Primärstruktur
etc. ...
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Bei
modernen Flugzeugen ist die Primärstruktur
des Reaktionsmast vom "Kasten-" bzw. "Kassettentyp" (type "caisson"). Sie umfaßt einen
unteren Längsträger, einen
oberen vorderen Längsträger, einen
oberen hinteren Längsträger, Verbindungsrippen
der Längsträger sowie
den Reaktionsmast umschließende
laterale Platten. In bestimmten Fällen ist ein Zwischen-Beschlagteil
zwischen die Aufhängungsvorrichtung
des Triebwerks und den Reaktionsmast eingefügt. Es ist allgemein an einem der
Beschlagteile durch vier Bolzen befestigt.
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Bei
dieser bekannten Anordnung werden die vom Triebwerk erzeugten Kräfte vom
Zwischen-Beschlagteil auf den Kasten des Masts und dann auf das
Tragwerk oder auf den Rumpf über
die vier Bolzen, über
die Rippe und die lateralen Platten des Reaktionsmasts übertragen.
Die Rippe erfüllt
die Funktion der Stabilisierung der lateralen Platten, die einer Zug-
und Druckbelastung unterliegen.
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Wenn
ein Triebwerk eingesetzt wird, das größere Kräfte als bei bestehenden Flugzeugen
erzeugt, wie z.B. ein Triebwerk, das eine größere Masse und einen höheren Schubpegel
im Vergleich zu bestehenden Triebwerken aufweist, müssen alle
aktiven Elemente der Aufhängungsvorrichtung
des Triebwerks und des Reaktionsmasts in der Lage sein, diese Kräfte aufzunehmen
und sie auf das Tragwerk oder auf den Rumpf zu übertragen.
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Um
die von der größeren Masse
und dem erhöhten
Schubpegel der neuen Triebwerke erzeugten Kräfte aufnehmen zu können, ist
es nötig,
die Anzahl von Befestigungen zwischen dem Mast und der Aufhängungsvorrichtung
des Triebwerks zu erhöhen. Die
Anzahl von Befestigungspunkten kann beispielsweise verdoppelt werden.
Wegen dieser Zunahme kann die Größe des Beschlagteils,
welcher diese Befestigungspunkte aufnimmt, vergrößert und verfestigt werden.
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Hierbei
kann es aber zur Vergrößerung der Dimensionen
des Gerippes des Reaktionsmasts kommen, über den die Kräfte für gewöhnlich auf
das Tragwerk oder den Rumpf übertragen
werden, um die Änderung
der Dimensionen des Zwischen-Beschlagteils
und der Zunahme der aufzunehmenden Kräfte zu berücksichtigen.
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Die
dabei von dem Gerippe erreichten großen Dimensionen würden jedoch
zu ernsten Problemen führen.
So ist die Bearbeitung eines Teils so großer Dimensionen schwierig und
sehr langwierig, da die Bearbeitung in der Masse stattfinden muß. Außerdem ist
ein solches Teil schwer, sperrig und teuer. Darüber hinaus ist es schwer zu
montieren. Schließlich
werden die Kräfte über das
gesamte Beschlagteil übertragen
und haben also keine bevorzugte Übertragungsrichtung.
Dies macht es notwendig, ein in seiner Gesamtheit starres Beschlagteil
zu verwenden, um Rissbildungs- und Bruchprobleme zu vermeiden, was
seine Masse weiter vergrößert.
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Abriss der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von von einem Luftfahrzeug-Triebwerk erzeugten
Kräften,
deren originelle Konzeption es ermöglicht, seine Bearbeitung und
seine Montage zu vereinfachen und seine Masse, seinen Platzbedarf und
seine Kosten zu begrenzen, wenn die Dimensionierung des Triebwerks
zu einer Vergrößerung der Dimensionen
des Zwischen-Beschlagteils führt.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung zur Aufnahme von von
einem Luftfahrzeug-Triebwerk erzeugten Kräften erfüllt, mit einem Reaktionsmast,
der an einer Struktur des Luftfahrzeugs befestigt werden kann, und
einer Aufhängungsvorrichtung,
die am Reaktionsmast befestigt und zum Haltern des Triebwerks geeignet
ist, wobei die Aufhängungsvorrichtung
ein durch erste Befestigungsmittel am Reaktionsmast befestigtes Zwischen-Beschlagteil
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsmast gegenüber der Aufhängungsvorrichtung
mehrere voneinander unabhängige
Mast-Beschlagteile
aufweist, wobei das Zwischen-Beschlagteil an jedem der Mast-Beschlagteile durch
die ersten Befestigungsmittel befestigt ist.
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Diese
Anordnung gestattet es, die Kräfte über Beschlagteile
des Masts zu übertragen,
die symmetrisch und klein dimensioniert sind und deren Bearbeitung
einfach und schnell ist. Außerdem
sind diese unabhängigen
Mast-Beschlagteile
leichter und somit einfacher zu handhaben und am Mast zu montieren.
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Die
Unabhängigkeit
der Mast-Beschlagteile ermöglicht
es, die Übertragung
von Kräften
der Aufhängungsvorrichtung
auf das Tragwerk oder den Rumpf in einer einzigen Hauptrichtung
zu kanalisieren. So wird eine bessere Verteilung der Kräfte gewährleistet.
Jedes der Mast-Beschlagteile wird also auf ausgeglichene Weise beansprucht,
was eine schädigende
strukturelle Ermüdungserscheinung
an ihm vermeidet.
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Auf
herkömmliche
Weise umfasst der Reaktionsmast allgemein auch einen unteren Längsträger. Die
ersten Befestigungsmittel umfassen hierbei vorteilhafterweise Bolzen,
welche das Zwischen-Beschlagteil mit den Mast-Beschlagteilen über den unteren Längsträger verbinden.
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Für gewöhnlich umfasst
der Reaktionsmast allgemein auch zwei laterale Platten. Vorzugsweise sind
diese Platten hierbei jeweils an den unabhängigen Mast-Beschlagteilen über zweite
Befestigungsmittel befestigt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Zwischen-Beschlagteil an zwei Paaren unabhängiger Mast-Beschlagteile über die ersten
Befestigungsmittel befestigt.
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Vorteilhafterweise
umfasst bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der
Reaktionsmast außerdem
eine Versteifungsrippe, die zwischen den zwei Paaren unabhängiger Mast-Beschlagteile
angeordnet ist und an diesen durch dritte Befestigungsmittel befestigt
ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden wird anhand eines veranschaulichenden und nicht einschränkenden
Beispiels eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigen:
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1 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Kraftaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung
darstellt, und
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2 eine
perspektivische Ansicht, die in näheren Einzelheiten den unteren
Abschnitt eines in der Vorrichtung der 1 verwendeten
Mast-Beschlagteils sowie der angrenzenden Teile darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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Wie
schematisch und gewollt unvollständig in 1 dargestellt
ist, umfasst eine Kraftaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung einen Reaktionsmast 10 und
eine Aufhängungsvorrichtung 12.
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Der
Reaktionsmast ist zur Befestigung an einem Strukturelement eines
Luftfahrzeugs, wie z.B. einem Tragwerk- oder Rumpfelement, vorgesehen. Diese
Befestigung wird durch bekannte Mittel hergestellt, die nicht Teil
der Erfindung sind. Um die Betrachtung der 1 zu erleichtern,
sind der obere Abschnitt des Reaktionsmasts 10, welcher
dessen Befestigungsmittel an der Luftfahrzeugstruktur aufweist,
absichtlich weggelassen.
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Genauer
gesagt ist in 1 nur der untere Längsträger 14,
eine einzige 16 der beiden lateralen Platten sowie für die Kraftaufnahme
sorgenden Teile des Reaktionsmasts 10 gemäß der Erfindung
dargestellt. Diese Teile werden im folgenden näher beschrieben.
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Die
Aufhängungsvorrichtung 12 dient
als Schnittstelle zwischen dem (nicht dargestellten) Triebwerk des
Luftfahrzeugs und dem Reaktionsmast 10. Genauer gesagt
ist sie in der anhand eines Beispiels in den Figuren dargestellten
Ausführungsform
zur Aufnahme des Triebwerkdrehmoments sowie der auf die Lateral-
und Vertikalrichtung ausgeübten
Kräfte
(im Fall eines am Tragwerk aufgehängten Triebwerks) in bezug
auf die Longitudinalachse des Triebwerks gestaltet. Zu diesem Zweck
ist die Aufhängungsvorrichtung 12 zur
Befestigung am Triebwerk durch bekannte (nicht dargestellte) Mittel
vorgesehen und am Reaktionsmast 10 auf eine Art und Weise
befestigt, die nachstehend im einzelnen beschrieben wird.
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Der
Aufbau und die Anordnung der Aufhängungsvorrichtung 12 sind
im wesentlichen herkömmlicher
Art. Daher entfällt
deren detaillierte Beschreibung.
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Für das gute
Verständnis
der Erfindung wird darauf hingewiesen, dass diese Vorrichtung eine Sohlplatte 18 sowie
mindestens zwei Kugelgelenkstangen 20 umfaßt, welche
die Verbindung zwischen dem Triebwerk und der Sohlplatte 18 in
Umfangsrichtungen in bezug auf das Triebwerk herstellen. In der dargestellten
Ausführungsform
umfasst die Aufhängungsvorrichtung 12 ebenfalls
zwei Kugelgelenkstangen 22, welche die Sohlplatte 18 mit
dem Triebwerk in zwei schräg
in bezug auf die Longitudinalachse des Triebwerks ausgerichteten
Richtungen verbinden.
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Die
Sohlplatte 18 der Aufhängungsvorrichtung 12 ist
am Reaktionsmast 10 mittels eines Zwischen-Beschlagteils 24 befestigt.
Genauer gesagt ist die Sohlplatte 18 am Zwischen-Beschlagteil 24 durch beispielsweise
von Bolzen 26 gestellte Befestigungsmittel befestigt.
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Die
Erfindung wird insbesondere auf den Fall angewandt, bei dem die
vom Triebwerk erzeugten Kräfte,
beispielsweise aus seinem Schub und seiner Masse, höher sind
als bei den meisten existierenden Flugzeugen. Aus diesem Grund kann
die Größe des Zwischen-Beschlagteils 24 vergrößert werden,
indem beispielsweise seine Dimensionen im Vergleich zu denjenigen
der für
gewöhnlich
verwendeten Zwischen-Beschlagteile verdoppelt werden, um eine ausreichende
Steifigkeit bzw. Festigkeit zu erhalten. Demzufolge werden vorzugsweise
acht Bolzen 26 zur Befestigung des Zwischen-Beschlagteils 24 an der
Sohlplatte 18 anstelle der üblichen vier verwendet.
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Das
Zwischen-Beschlagteil 24 wird am Reaktionsmast 10 durch
Befestigungsmittel wie z.B. Bolzen 28 befestigt. In dem
dargestellten Fall, bei dem die Dimensionen des Zwischen-Beschlagteils 24 im
Vergleich zu denjenigen eines herkömmlichen Beschlagteils nach
dem Stand der Technik verdoppelt sind, werden acht Bolzen 28 anstelle
der üblichen
vier verwendet.
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Wie
klar aus den 1 und 2 hervorgeht,
umfasst der Reaktionsmast 10 gemäß der Erfindung auch unabhängige Mast-Beschlagteile 30, welche
für die
Aufnahme der auf den Reaktionsmast über das Zwischen-Beschlagteil 24 übertragenen Kräfte sorgt.
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Genauer
gesagt sind vier unabhängige Mast-Beschlagteile 30 oberhalb
des unteren Längsträgers 14 in
dessen Abschnitt, welcher über
dem Zwischen-Beschlagteil 24 liegt, angebracht. So erstreckt
sich ein Paar unabhängiger
Mast-Beschlagteile 30 von dem unteren Längsträger 14 aus längs jeder
der lateralen Platten 16 und im Innern von diesen nach
oben.
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Das
Zwischen-Beschlagteil 24 ist an jedem der Mast-Beschlagteile 30 durch
zwei Bolzen 28 derart befestigt, dass jeder Bolzen 28 ausgerichtete
Löcher
(nicht dargestellt) durchsetzt, die zu diesem Zweck im Zwischen-Beschlagteil 24,
im unteren Längsträger 14 und
im Mast-Beschlagteil 30 ausgebildet sind.
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Außerdem durchsetzen
Befestigungsmittel, wie z.B. Bolzen 32, in den Mast-Beschlagteilen 30 und
in den lateralen Platten 16 ausgebildete, ausgerichtete
Löcher
(nicht dargestellt). Diese Bolzen 32 verbinden die unabhängigen Mast-Beschlagteile 30 mit
den lateralen Platten 16.
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Wie
in den Figuren dargestellt ist, ist eine Halterungs- bzw. Stützrippe 34 zwischen
den unabhängigen
Mast-Beschlagteilen 30 derart
angebracht, dass sie die Geometrie des Masts bewahrt. Die Stützrippe 34 vermittelt
keinerlei Kraft. Sie muß daher nicht
starr bzw. steif sein, noch muß sie
in Abhängigkeit
von zwischen dem Triebwerk und der Flugzeugstruktur zu übertragenden
Kräften
dimensioniert sein.
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Die
Verstärkungs-
bzw. Versteifungsrippe 34 ist an den unabhängigen Mast-Beschlagteilen 30 durch
Befestigungsmittel, wie z.B. Bolzen 36, befestigt. Sie
ist auch am unteren Längsträger 14 des
Reaktionsmasts 10 durch Befestigungsmittel wie Bolzen 38 befestigt.
Außerdem
umfasst die Versteifungsrippe 34 auf bekannte Weise eine
zentrale Ausnehmung 40, welche den Durchgang von Kabeln,
Kanälen
und anderen, wie z.B. elektrischen Kabeln, im Innern des Reaktionsmasts 10 ermöglicht.
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Bei
der soeben mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen
Anordnung ermöglichen
die Bolzen 26 einen Durchgang der vom Triebwerk erzeugten
Kräfte
zu dem Zwischen-Beschlagteil 24 hin. Diese Kräfte werden
dann von dem Zwischen-Beschlagteil 24 auf die Mast-Beschlagteile 30 über die Bolzen 28 übertragen.
Schließlich
werden die vorgenannten Kräfte
von den Mast-Beschlagteilen 30 auf die lateralen Platten 16 durch
die Bolzen 32 übertragen.
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Infolgedessen
ermöglichen
im Unterschied zu herkömmlichen
Kraftaufnahmevorrichtungen die Mast-Beschlagteile 30 die Übertragung
der Kräfte
in einer bevorzugten Hauptübertragungsrichtung.
Der Großteil
der Kräfte
verläuft
also über
die Mast-Beschlagteile 30 und die Bolzen 32 zu
den lateralen Platten 16 hin. Hingegen verläuft nur
ein geringer Teil der Kräfte
zu der Versteifungsrippe 34 über die Bolzen 36,
was die Integrität
bzw. Unversehrtheit dieser Rippe nicht in Frage stellt, die nur
zum Versteifen bzw. Verstärken
der Gesamtheit vorhanden ist und nicht für eine Kraftübertragung
dimensioniert ist.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die soeben als Beispiel beschriebene Ausführungsform
beschränkt.
Insbesondere können
die Bolzen 26, 28, 32 und 36 durch
beliebige, technisch äquivalente
Befestigungsmittel ersetzt werden, wie z.B. Nieten, Schrauben, etc.,
ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.