DE60303507T2

DE60303507T2 - Aufhängung eines triebwerks unter einer flugzeugtragfläche

Info

Publication number: DE60303507T2
Application number: DE60303507T
Authority: DE
Inventors: Hervω MARCHE
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: FR2836672A1; CA2446214A1; FR2836672B1; AU2003224226A1; US6938855B2; DE60303507D1; EP1480876A1; ES2258717T3; BR0303328B1; BR0303328A; WO2003074359A1; US20040129832A1; ATE317351T1; CA2446214C; EP1480876B1

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mast, der die Aufhängung eines Triebwerk unter einem Tragwerk eines Luftfahrzeugs bewerkstelligen kann. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Mast mit originellem Aufbau sowie auf die Vorrichtung, durch die der Mast am Tragwerk aufgehängt ist.
Ein solche Vorrichtung kann an jeder Art Luftfahrzeug, das unter dem Tragwerk mittels Masten aufgehängte Triebwerke aufweist, eingesetzt werden. Es ist besonders geeignet für Flugzeuge, die mit Triebwerken ausgestattet sind, deren Durchmesser sehr groß in Bezug auf den unter dem Tragwerk verfügbaren Raum sind, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet.
Stand der Technik
Bei existierenden Flugzeugen sind die Triebwerke unterhalb des Tragwerks durch komplexe Strukturen, die als "Maste" ("mâts") aufgehängt sind. Das Dokument US-A-5806792 zeigt beispielsweise einen Aufhängungsmast eines Triebwerks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Diese Strukturen sind im einzelnen so gestaltet, dass sie die Übertragung von statischen und dynamischen Kräften, die von den Triebwerken erzeugt werden (Gewicht, Schubkraft, aerodynamische Kräfte etc.) auf das Tragwerk ermöglichen.
Bei bestehenden Luftfahrzeugen ist die Struktur der Masten allgemein vom "Gehäusekastentyp" ("caisson"), d.h., dass sie durch den Zusammenbau von unteren und oberen Längsträgern gebildet wird, die untereinander durch eine bestimmte Anzahl von Rippen verbunden sind. Um die aerodynamische Luftströmung in dem Raum geringer Höhe, der die Triebwerke vom Tragwerk trennt, nicht zu beeinflussen, wird den Masten eine Breite verliehen, die so gering wie möglich ist, und diese Breite wird auf der gesamten Länge des Masts von dessen Vorderende bis zu seinem hinteren Ende konstant gehalten.
Die Kraftübertragung zwischen dem Mast und dem Tragwerk wird für gewöhnlich durch eine vordere Befestigung, eine hintere Befestigung und einen Zwischen-Kraftaufnahmepunkt gewährleistet.
Die vordere Befestigung umfasst hierbei zwei Schäkelgruppen, die jeweils vertikal auf jeder Seite des Masts angeordnet sind. Jede Schäkelgruppe verbindet ein Doppelkopf-Beschlagteil, das mit den oberen Längsträgern des Masts einstückig bzw. fest verbunden ist, mit einem Doppelkopf-Beschlagteil, das mit einem vorderen Längsträger des Tragwerks einstückig bzw. fest verbunden ist. Die Verbindung zwischen den beiden Schäkelgruppen und den Beschlagteilen werden durch Doppelachsen bewerkstelligt, die in einer Transversalrichtung in Bezug auf das Flugzeug ausgerichtet sind, d.h. in einer orthogonalen Richtung gleichzeitig zur Vertikalen und zur Longitudinalachse des Flugzeugs.
Die hintere Befestigung umfasst zwei Paare dreieckiger Schäkel, die in einer vertikalen Ebene angeordnet sind, welche in einer Transversalrichtung in Bezug auf das Flugzeug ausgerichtet ist. Diese beiden Schäkelpaare verbinden ein mit dem oberen hinteren Längsträger des Masts einstückiges Doppelkopf-Beschlagteil mit einem mit einem Zwischen-Längsträger des Tragwerks einstückigen bzw. fest verbundenen Beschlagteil. Die Verbindungen zwischen den beiden Schäkelpaaren und den Beschlagteilen werden durch Kugelgelenke hergestellt, deren Achsen in einer Longitudinalrichtung in Bezug auf das Flugzeug ausgerichtet sind.
Der Zwischen-Kraftaufnahmepunkt wird von einem Kugelgelenk mit vertikaler Achse gestellt, das an dem oberen hinteren Längsträger des Masts befestigt ist, und von einem Abscherzapfen, der unter dem Tragwerk so befestigt ist, dass er vertikal in das Kugelgelenk vorsteht.
Bei dieser herkömmlichen Anordnung werden die Longitudinalkräfte (Schubkraft, Umkehrkräfte) über den Zwischen-Kraftaufnahmepunkt übertragen. Die transversalen Kräfte verteilen sich zwischen diesem Zwischenpunkt und der hinteren Befestigung. Die Kräfte in der Vertikalrichtung passieren die vorderen und hinteren Befestigungen. Das Moment längs der Longitudinalachse wird von der vorderen Befestigung aufgenommen. Das Moment längs der Transversalachse wird in der Vertikalrichtung durch die von den vorderen und hinteren Befestigungen gebildete Einheit aufgenommen. Schließlich wird das Moment längs der Vertikalachse in der Transversalrichtung durch die von dem Zwischenpunkt und der hinteren Befestigung gebildete Einheit aufgenommen.
Bei bestehenden Luftfahrzeugen gestattet diese Anordnung die Übertragung von statischen und dynamischen Kräften, die von dem Triebwerk unter normalen Flugbedingungen wie unter Extrembedingungen erzeugt werden, auf das Tragwerk.
Sie weist jedoch den Nachteil auf, einen beträchtlichen Platzbedarf in einer Vertikalrichtung zu haben, und zwar wegen des Vorhandenseins von die Beschlagteile verbindenden Schäkeln, die nach oben über den Mast und nach unten unter das Tragwerk vorstehen. Dieser Umstand kann von Nachteil sein, wenn ein bestehendes Flugzeug mit leistungsfähigeren Triebwerken ausgestattet werden soll, um beispielsweise seine Nutzlast bei Abheben und/oder seinen Treibstoffverbrauch zu senken. Leistungsfähigere Triebwerke oder Triebwerke mit reduziertem Verbrauch weisen nämlich allgemein einen größeren Durchmesser auf. Wenn man die Platzeinnahme von bestehenden Masten in der Vertikalrichtung berücksichtigt, insbesondere auf Höhe der ihre Aufhängung bewerkstelligenden Vorrichtungen unter dem Tragwerk, scheint es, dass es die Anbringung von Triebwerken größeren Durchmessers wegen der Verringerung des Bodenabstands der Triebwerke, wenn das Flugzeug sich am Boden befindet, sehr einschränkt.
Ein weiteres Problem betrifft die wegen der höheren Leistung und größeren Dimension der Triebwerke erhöhten Kräfte, die vom Mast auf das Tragwerk übertragen werden müssen.
Um die Übertragung der Kräfte unter den erforderlichen Sicherheitsbedingungen zu gewährleisten, müssten die Struktur des Masts und seiner Befestigungen so dimensioniert werden, um die Zunahme der zu übertragenden Kräfte zu berücksichtigen. Dies würde zu einer zusätzlichen Zunahme der Masse des Flugzeugs führen, was der gesetzten Zielsetzung zuwiderläuft.
Abriss der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mast vorzuschlagen, der eine originelle Struktur aufweist, die es ermöglicht, eine neuartige Aufhängungsvorrichtung des Masten unter dem Tragwerk zu verwenden, die in der Lage ist, ein schwereres und größer dimensioniertes Triebwerk zu haltern, wobei sie gleichzeitig eine zufriedenstellende Bodenfreiheit aufweist, und für jedes der Elemente der Aufhängungsvorrichtung Lasten überträgt, die im Vergleich zu denjenigen, die von bei bestehenden Masten vorhandenen Aufhängungsvorrichtungen übertragenen Lasten akzeptabel bleiben.
Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, einen originellen Mast vorzuschlagen, dessen Aufhängungsvorrichtung den Einbau eines schwereren und größer dimensionierten Triebwerks bei einem existierenden Flugzeug gestattet, wobei die am Tragwerk des Flugzeugs vorzunehmenden Modifikationen auf ein Minimum reduziert werden. Gemäß der Erfindung werden diese verschiedenen Aufgaben zumindest zum Teil erfüllt, und zwar dank eines Masts zum Aufhängen eines Triebwerks unter einem Luftfahrzeug-Tragwerk mit einer starren Struktur und Mitteln zum Aufhängen der starren Struktur unter dem Tragwerk, wobei die Aufhängungsmittel eine vordere Befestigung, eine hintere Befestigung und ein Mittel zur Aufnahme von Kräften aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Struktur einen hinteren Abschnitt umfasst, der eine Breite hat, welche nach hinten merklich zunimmt, wobei die hintere Befestigung zwei hintere Beschlagteile aufweist, die an der starren Struktur derart befestigt sind, dass sie lateral an deren beiden Seiten in einem hinteren Abschnitt des hinteren Bereichs vorstehen, wobei mindestens zwei Verbindungselemente jeden der hinteren Beschlagteile mit einem strukturellen Abschnitt des Tragwerks verbinden.
Bei dieser Anordnung ermöglicht die fortschreitende Verbreiterung des Masts in seinem hinteren Teil und die Montage der Verbindungselemente an der hinteren Befestigung, die insbesondere dazu dient, einen Teil der in der Vertikalrichtung übertragenen Kräfte sowie das Moment entlang der Longitudinalachse aufzunehmen, den Abschnitt zwischen den Verbindungselementen im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich zu vergrößern. Infolgedessen wird es möglich, viel stärkere Kräfte bzw. Belastungen zu übertragen, ohne die Größe der Befestigungen wesentlich zu erhöhen. Auf diese Weise können schwerere und leistungsfähigere Triebwerke unter dem Tragwerk von bestehenden Flugzeugen installiert werden.
Außerdem kann der vertikale Platzbedarf des Masts reduziert werden, was die Anbringung von Triebwerken größeren Durchmessers bei Bewahrung einer akzeptablen Bodenfreiheit ermöglicht.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche die Reduktion des vertikalen Platzbedarfs des Masts begünstigt, umfasst jedes der Verbindungselemente eine erste Gelenkachse, einen eine Flügelunterseiten-Verkleidung des Tragwerks durchsetzenden Schäkel sowie eine zu der ersten Gelenkachse parallele zweite Gelenkachse, wobei die erste Gelenkachse eines der hinteren Beschlagteile mit einem unteren Ende des Schäkels verbindet und die zweite Gelenkachse ein oberes Ende des Schäkels mit dem strukturellen Abschnitt des Tragwerks verbindet.
In diesem Fall sind die beiden Gelenkachsen vorzugsweise in einer Longitudinalrichtung des Triebwerks ausgerichtet.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst jedes der Verbindungselemente eine Gelenkachse, mindestens ein erstes, in einem der hinteren Beschlagteile um eine erste Achse drehbar angebrachtes Teil sowie ein an einer an dem strukturellen Teil des Tragwerks unter dessen Flügelunterseiten-Verkleidung um eine zweite Achse drehbar angebrachtes zweites Teil, wobei die Gelenkachse das erste Teil und das zweite Teil durchsetzt und die erste Achse und die zweite Achse untereinander parallel und vertikal zueinander versetzt und in einer Längsrichtung des Triebwerks ausgerichtet sind.
Diese zweite Ausführungsform der Erfindung ermöglicht im Vergleich zu der vorangehenden die Weglassung jeglicher Ausnehmung in der Flügelunterseiten-Verkleidung des Tragwerks. Auf diese Weise wird eine Zunahme der Komplexität und der Kosten des Tragwerks, die Dichtheitsprobleme des Treibstoffbehälters, der in dem Tragwerk integriert ist, sowie die Verringerung der Kapazität dieses Behälters, die sich aus dem Vorhandensein von Ausnehmungen in der Flügelunterseiten-Verkleidung des Tragwerks ergibt, vermieden.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind Anti-Rotationsmittel vorteilhafterweise zwischen der Gelenkachse und jedem der ersten und zweiten Teile vorgesehen, so dass jegliche Rotation relativ zueinander verhindert wird.
Vorzugsweise hat gemäß einer Perfektionierung der zweiten Ausführungsform der Erfindung jeder der hinteren Beschlagteile die Form eines U-förmigen Bügels, der zwei parallele Platten umfasst, zwischen denen die Halterung angeordnet ist, wobei ein erstes Teil in jeder der Platten des hinteren Beschlagteils angebracht ist.
Vorteilhafterweise sind zwei erste Teile jeweils in jeder der beiden Platten jedes hinteren Beschlagteils angebracht, und die ersten Teile wirken mit den zwei Platten des hinteren Beschlagteils über Oberflächen in Form von Kugelabschnitten zusammen, die zwischen den Platten und den Teilen eine Kugelgelenkverbindung festlegen.
In diesem Fall können Zwischenteile, die Kugelgelenckäfige bilden, in/an jeder der beiden Platten des hinteren Beschlagteils befestigt sein, und über Innenflächen in der Form von Kugelabschnitten mit den Außenflächen in der Form von Kugelabschnitten der ersten Teile zusammenwirken.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung liegt, in Bezug auf das Luftfahrzeug in seiner Gesamtheit betrachtet, eines der Verbindungselemente, das sogenannte "innere", näher an dem Rumpf als das andere, das "äußere" Verbindungselement.
Vorteilhafterweise liegt dabei das äußere Verbindungselement näher an einer durch eine Longitudinalachse des Triebwerks verlaufenden Vertikalebene als das innere Verbindungselement.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kraftaufnahmemittel ein an dem hinteren Abschnitt der starren Struktur zwischen den beiden hinteren Beschlagteilen befestigtes Kugelgelenk sowie ein an dem Tragwerk befestigtes und das Kugelgelenk durchsetzendes Abscherteil.
In diesem Fall ist das Abscherteil vorzugsweise an dem strukturellen Abschnitt des Tragwerks befestigt, und ist in einer durch eine Längsachse des Triebwerks hindurchgehenden Vertikalebene gelegen.
Vorteilhafterweise umfasst die vordere Befestigung ein vorderes Beschlagteil, das an einem vorderen Bereich des hinteren Abschnitts befestigt ist, sowie eine Montageachse des vorderen Beschlagteils am Tragwerk, wobei die Montageachse in einer Längsrichtung ausgerichtet ist.
In diesem Fall ist die Montageachse vorzugsweise an einem vorderen Längsträger des Tragwerks befestigt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im folgenden werden anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine Draufsicht, die schematisch die starre Struktur eines Masts gemäß der Erfindung darstellt, aufgehängt unter einem Flugzeugflügel, dessen Wände absichtlich weggelassen sind,
2 eine perspektivische Ansicht von hinten zu drei Vierteln, die im einzelnen die hintere Befestigung und das Kräfteaufnahmemittel darstellt, welche zwischen das Triebwerk und den hinteren Bereich des hinteren Teils des Masts eingefügt sind, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine perspektivische Vorderansicht zu drei Vierteln, welche die zwischen das Tragwerk und den vorderen Bereich des hinteren Teils des Masts eingefügte vordere Befestigung darstellt,
4 eine perspektivische Ansicht von oben und von vorne zu drei Vierteln, welche eine Variante der vorderen Befestigung darstellt,
5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine zweite Ausführungsform der hinteren Befestigung gemäß der Erfindung darstellt,
6 eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht, die eine Perfektionierung der zweiten Ausführungsform der hinteren Befestigung gemäß der Erfindung darstellt, und
7 eine Schnittansicht, die eine Variante der in 6 dargestellten Perfektionierung darstellt.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Vereinbarungsgemäß wird eine der Longitudinalachse des Triebwerks oder des Luftfahrzeugs entsprechende Richtung mit X bezeichnet, eine transversal in Bezug auf das Luftfahrzeug ausgerichtete Richtung mit Y, und die Vertikalrichtung mit Z, wobei diese drei Richtungen untereinander orthogonal sind.
In den Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein einen gemäß der Erfindung hergestellten Aufhängungsmast. Dieser Mast 10 ist unter einem Tragwerk 12 eines Luftfahrzeugs durch erste Aufhängungsmittel 14 angebracht. Ein Triebwerk 16 ist am Mast 10 durch zwei Aufhängungsmittel (nicht dargestellt) aufgehängt. Wie genauer in 1 dargestellt ist, umfasst die starre Struktur des Masts 10 einen vorderen Abschnitt 20a von im wesentlicher konstanter Breite, und einen hinteren Abschnitt 20b, dessen Breite fortschreitend nach hinten wesentlich zunimmt. So geht die Breite des hinteren Abschnitts 20b von einem Wert, der im wesentlichen gleich demjenigen des vorderen Abschnitts ist, in seinem vorderen Bereich zu einem demgegenüber mindestens doppelten Wert in seinem hinteren Bereich über.
Der vordere Teil des Masts 10 befindet sich im wesentlichen unterhalb des Triebwerks 16, und der hintere Teil 20b befindet sich im wesentlichen unterhalb des Tragwerks 12.
Die starre Struktur des Masts 10 ist auf herkömmliche Weise durch eine Baueinheit aus Längsträgern und Rippen gebildet, die derart angeordnet sind, dass die Kraftübertragung zwischen dem Triebwerk 16 und dem Tragwerk 12 sukzessive über (nicht dargestellte) zweite Aufhängungsmittel sowie über die ersten Aufhängungsmittel 14 erfolgt. Diese Anordnung der Längsträger und der Rippen wird vom Fachmann auf der Basis durchschnittlicher Kenntnisse realisiert. Sie bildet keinen Teil der Erfindung, und es wird keine detaillierte Beschreibung hierzu gegeben.
Für das gute Verständnis der Beschreibung der ersten Aufhängungsmittel 14 wird einfach darauf hingewiesen, dass bei der dargestellten Ausführungsform der hintere Teil 20b der starren Struktur des Masts 10 zwei laterale Längsträger 21, einen zentralen Längsträger 23, eine vordere Rippe 25 und eine hintere Rippe 27 umfasst. Die lateralen Längsträger 21 bilden die lateralen Wände des hinteren Teils 20b. Der zentrale Längsträger 23 ist in der Vertikalebene XZ gelegen, die durch die Longitudinalachse des Triebwerks 16 hindurchgeht. Schließlich sind die vorderen 25 und hinteren 27 Rippen in Querebenen YZ gelegen, und zwar jeweils an der Verbindungsstelle mit dem vorderen Teil 20a und dem hinteren Abschnitt des Masts 10.
Der hintere Teil 20b der starren Struktur des Masts 10 umfasst auch einen oberen horizontalen Längsträger in Form einer Platte, der/die in den Figuren nicht dargestellt ist, um deren Ansicht zu vereinfachen. Aus dem gleichen Grund ist auch die äußere Umhüllung des Masts 10 in den Figuren nicht dargestellt.
Desgleichen ist in den Figuren nur die interne Struktur des Tragwerks 12 dargestellt, d.h., dass die Verkleidung desselben absichtlich weggelassen wurde. So ist im vorderen Teil des Tragwerks 12, das das Triebwerk 10 haltert, zu erkennen, dass diese interne Struktur vordere und hintere Längsträger 31, zwei longitudinale, untereinander die vorderen und hinteren Längsträger 31 verbindende Rippen, eine die Longitudinalrippen 32 verbindende Transversalrippe 33 parallel zu den Längsträgern 31, zwei den vorderen Längsträger 31 mit der Transversalrippe 33 in einer Ebene XZ verbindende Zwischenripppen 35 sowie eine zwei Zwischenrippen 35 in einer Ebene YZ untereinander verbindende Quer-Zwischenrippe 37 umfasst. Zu diesen gewöhnlichen Elementen der internen Struktur des Tragwerks kommen zwei zusätzliche Rippen hinzu, welche die Zwischenrippen 35 mit den Longitudinalrippen 32 in der die Transversal-Zwischenrippe 37 enthaltenden Ebene YZ verbindet. Aus Klarheitsgründen ist die Transversal-Zwischenrippe 37 und diese beiden zusätzlichen Rippen mit der gleichen Bezugsziffer 37 bezeichnet.
Die ersten Aufhängungsmittel 14 umfassen eine vordere Befestigung 22, eine hintere Befestigung 24 und ein Mittel 26 zur Aufnahme von Kräften.
Bei der in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die vordere Befestigung 22 ein vorderes Beschlagteil 29, das sich in der Verlängerung der vorderen Rippe 25 des Masts 10 befindet, und einen integralen Teil des Beschlagteils bildet. Genauer gesagt steht das vordere Beschlagteil 29 nach oben in eine Ebene YZ aus einem vorderen Bereich des hinteren Teils 20b des Masts 10 vor. Es haltert ein Kugelgelenk 28, dessen Achse in der Longitudinalrichtung X ausgerichtet ist.
Die vordere Befestigung 22 umfasst auch eine Montageachse 30, die am vorderen Längsträger 31 des Tragwerks 12 befestigt ist. Genauer gesagt ist die Montageachse 30 an der Vorderseite des vorderen Längsträgers 31 des Flügels mittels einer Konsole 34 derart befestigt, dass sie nach vorne in der Longitudinalrichtung X vorsteht. Die Montageachse 30 durchsetzt ohne Spiel das von dem Beschlagteil 29 getragene Kugelgelenk 28, so dass sie im einzelnen die Übertragung der in der Vertikalrichtung Z und der Transversalrichtung Y ausgerichteten Kräfte zwischen dem Mast 10 und dem Tragwerk 12 sicherstellt.
Es ist anzumerken, dass die vordere Befestigung 22 gänzlich im Innern der Verkleidung (nicht dargestellt) des Tragwerks untergebracht ist, und zwar so, dass der innere Teil des Beschlagteils 29 den flügelunterseitigen Bereich desselben durchsetzt. Abdichtungselemente, wie z.B. Lippendichtungen, sind vorteilhafterweise vorgesehen, um den so zwischen dem Beschlagteil 30 und der Verkleidung des Tragwerks entstehenden Zwischenraum zu schließen.
Diese Anordnung der vorderen Befestigung 22 ermöglicht es, den Mast 10 so nahe wie möglich an dem Tragwerk 12 anzuordnen, was die Anbringung eines Triebwerks 16 größeren Durchmessers begünstigt.
In der in 4 dargestellten Ausführungsvariante umfasst die Konsole 34 einen vor dem Beschlagteil 29 befindlichen Teil 34a derart, dass die Achse 30 auf beiden Seiten des Kugelgelenks 28 gehaltert bzw. gelagert ist.
Die hintere Befestigung 24 umfasst zwei hintere Beschlagteile 36, die beispielsweise durch Bolzen auf beiden Seiten des Masts 10 in einem hinteren Bereich von dessen hinteren Teil 20b befestigt sind. Die hinteren Beschlagteile 36 können im einzelnen am oberen horizontalen Längsträger (nicht dargestellt) befestigt sein, der die Rippen 21, 23, 25 und 27 untereinander verbindet. Genauer gesagt stehen die hinteren Beschlagteile 36 auf beiden Seiten des Masts 10 in der Transversalrichtung Y in unmittelbarer Nähe der Oberseite des Masts 10 und in der Verlängerung der hinteren Rippe 27 der starren Struktur des Masts 10 vor.
Zusätzlich zu dem hinteren Beschlagteil 36 umfasst jede der hinteren Befestigungen 24 ein Verbindungselement, welches jedes der hinteren Beschlagteile 36 mit einem strukturellen Teil des Tragwerks 12 verbindet, das in diesem Fall von der Transversal-Zwischenrippe 37 gebildet wird. Eine erste Ausführungsform dieses Verbindungselements wird im folgenden mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
Bei dieser ersten Ausführungsform umfasst das Verbindungselement jeder hinteren Befestigung 24 einen Schäkel 35, vorzugsweise einen Doppelschäkel, der das Beschlagteil 36 mit dem Tragwerk 12 verbindet. Genauer gesagt, ist jeder der Schäkel 38 im wesentlichen in der Vertikalrichtung Z ausgerichtet und verbindet eines der hinteren Beschlagteile 36 mit der Transversal-Zwischenrippe 37 in Nähe der Longitudinalrippen 32. Die Schäkel 38 befinden sich in der selben Ebene YZ und sind jeweils mit den Beschlagteilen 36 und der Rippe 37 über erste Gelenkachse 44 und zweite Gelenkachsen 46, die in der Longitudinalrichtung X des Triebwerks ausgerichtet sind, gelenkig verbunden.
Jeder der Schäkel 38 bildet mit den Gelenkachsen 44 und 46, über die er gelenkig verbunden ist, an den Beschlagteilen 36 und an der Rippe 37 eines der vorgenannten Verbindungselemente.
In einer Variante können die Beschlagteile 36 und die Schäkel 38 auch in zueinander parallelen Ebenen YZ gelegen sein.
Diese Anordnung gestattet es, dass die hintere Befestigung 24 auf das Tragwerk 12 einen Teil der vom Triebwerk 16 herrührenden Kräfte in einer Vertikalrichtung Z überträgt.
Es ist anzumerken, dass die Schäkel 38 die Flügelunterseiten-Verkleidung des Tragwerks 12 durchsetzen, um gelenkig mit der Transversal-Zwischenrippe 37 verbunden zu sein. Abdichtungselemente, wie z.B. Lippendichtungen, sind vorteilhafterweise dazu vorgesehen, den so entstehenden Zwischenraum zwischen den Schäkeln und der Umhüllung bzw. Verkleidung des Tragwerks zu schließen.
Diese Anordnung der hinteren Befestigung 24 ermöglicht es, den Mast 10 vertikal so nahe wie möglich am Tragwerk 12 anzuordnen, was die Anbringung eines Triebwerks 16 größeren Durchmessers begünstigt.
Wie auch in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst bei der dargestellten Ausführungsform das Mittel 26 zur Aufnahme von Kräften ein Kugelgelenk 40, das am Mast 10 befestigt ist, sowie einen Abscherzapfen 42, der am Tragwerk 12 befestigt ist.
Genauer gesagt ist das Kugelgelenk 40 am oberen horizontalen Längsträger (nicht dargestellt) befestigt, welcher die Rippen 21, 23, 25 und 27 untereinander verbindet und damit die starre Struktur des Masts 10 in einer durch die Longitudinalachse des Triebwerks 16 verlaufenden Vertikalebene XZ herstellt. Der Abscherzapfen 42 ist an der Transversal-Zwischenrippe 37 des Tragwerks befestigt und steht nach unten in der Vertikalrichtung Z vor. Schließlich ist das Kugelgelenk 40 durch eine in der Vertikalrichtung Z ausgerichtete Bohrung durchsetzt, in die der Abscherzapfen 42 ohne Spiel aufgenommen ist.
Diese Anordnung ermöglicht dem Mittel 26 zur Aufnahme von Kräften, einen Teil der vom Triebwerk 16 herrührenden und in den X- und Y-Richtungen ausgerichteten Kräfte auf das Tragwerk 12 zu übertragen.
Wie insbesondere 1 zeigt, sind die zwei Verbindungselemente der hinteren Befestigung 24 vorzugsweise auf asymmetrische Art in Bezug auf die durch die Longitudinalachse des Triebwerks 15 und durch das Kraftaufnahmemittel 26 hindurchgehende Vertikalebene XZ angeordnet. Genauer gesagt ist der Abstand, der diese Vertikalebene XZ des äußeren Verbindungselements in Bezug auf das Luftfahrzeug trennt (nach unten in 1) kleiner als der Abstand, der die Vertikalebene XZ des inneren Verbindungselements in Bezug auf das Luftfahrzeug trennt (nach oben in 1).
Insgesamt gesehen werden bei der soeben als Beispiel mit Bezug auf 1 bis 3 beschriebenen Anordnung die von dem Triebwerk 16 in der Longitudinalrichtung X ausgeübten Kräfte auf das Tragwerk 12 über das Mittel 26 zur Aufnahme von Schubkräften übertragen, die von dem Triebwerk 16 in der Transversal-Richtung Y ausgeübten Kräfte werden auf das Tragwerk 12 gemeinsam durch das Mittel zur Aufnahme von Schubkräften und durch die vordere Befestigung 22 übertragen, und die von dem Triebwerk 16 in der Vertikalrichtung Z ausgeübten Kräfte werden auf das Tragwerk 12 gemeinsam von den vorderen 22 und hinteren Befestigungen 24 übertragen.
Darüberhinaus wird das Moment in der Richtung der Longitudinalachse X von der vorderen Befestigung 24 in Form von zwei Kräften aufgenommen, die in entgegengesetzter Richtung entlang der Vertikalachse Z ausgerichtet sind, das Moment entlang der Richtung der Transversalachse Y wird gemeinsam von der vorderen Befestigung 22 und der hinteren Befestigung 24 in Form von entlang der Vertikalachse Z ausgeübten Kräften aufgenommen, und das Moment entlang der Vertikalachse Z wird gemeinsam von dem Kraftaufnahmemittel 26 und der vorderen Befestigung 22 in Form von in der Transversalrichtung Y ausgerichteten Kräften aufgenommen.
So ergäbe eine Zunahme um etwa ein Drittel der Masse des Triebwerks im Durchschnitt eine geringfügige Verringerung der von jedem der Elemente der Aufhängungsvorrichtung übertragenen Lasten unter normalen Flugbedingungen.
Andererseits ermöglicht trotz der Zunahme des Durchmessers, der mit der Massezunahme des Triebwerks verbunden ist, die beschriebene Anordnung die Beibehaltung einer akzeptablen Bodenfreiheit, ohne zu größeren Modifikationen des Tragwerks zu führen.
Bei der soeben mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst die hintere Befestigung 24 zwei Verbindungselemente, von denen jedes einen Schäkel aufweist, dessen oberer Abschnitt in einer in dem Tragwerk ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen ist und die Flügelunterseiten-Verkleidung desselben durchsetzt. Diese Anordnung hat eine größere Komplexität und höhere Kosten des Tragwerks, das Auftreten von Dichtheitsproblemen des in das Tragwerk integrierten Treibstofftanks und eine Verringerung der Kapazität dieses Tanks zur Folge.
Diese Nachteile werden bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgeschaltet, die im folgenden mit Bezug auf 5 beschrieben wird.
Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Schäkel weggelassen, und jedes der Verbindungselemente umfasst eine einzige Gelenkachse 48, ein erstes Teil 50 in Form einer Scheibe und ein zweites Teil 52 in Form einer Scheibe, das allgemein mit dem ersten identisch ist.
Genauer gesagt ist das erste Teil 50 in Form einer Scheibe in einem zylindrischen Loch 56 angebracht, welches eines der hinteren Beschlagteile 36 entlang einer ersten, in einer Longitudinalachse des Triebwerks ausgerichteten Achse A1 so durchsetzt, so dass sich das erste Teil 50 frei um diese erste Achse drehen kann.
Desgleichen ist das zweite Teil 52 in Form einer Scheibe in einem zylindrischen Loch 58 angebracht, welches eine die Halterung 54 bildende Klaue entlang einer in einer Longitudinalrichtung des Triebwerks ausgerichteten Achse A2 durchsetzt, so dass sich das zweite Teil 52 frei um diese zweite Achse drehen kann. Genauer gesagt ist die die Halterung 54 bildende Klaue an dem strukturellen Abschnitt des Tragwerks befestigt und steht nach unten unter die Flügelunterseiten-Verkleidung desselben vor, ohne dass irgendeine Öffnung oder ein Spalt in dieser Verkleidung bestünde. Die zweite Achse A2 ist parallel zur ersten Achse A1. Außerdem ist die zweite Achse A2 vertikal nach oben in Bezug zur ersten Achse A1 um eine Strecke D versetzt, die geringfügig über, im wesentlichen auf gleicher Höhe oder auch unter dem Durchmesser der Gelenkachse 48 liegen kann.
Die Gelenkachse 48 hat einen geringfügig kleineren Durchmesser als die Teile 50 und 52. Sie durchsetzt zylindrische Löcher 60 und 62, die jeweils in das erste Teil 50 in Form einer Scheibe und in das zweite Teil 52 in Form einer Scheibe eingebracht sind. Genauer gesagt ist die den zylindrischen Löchern 60 und 62 sowie der Gelenkachse 48 gemeinsame Achse A3 in Bezug auf die jeweiligen Achsen A1 und A2 der Teile 50 und 52 exzentrisch.
Die soeben mit Bezug auf 5 beschriebene Anordnung ermöglicht eine Verringerung der Höhe der Verbindungselemente der hinteren Befestigung 24, welche das Tragwerk mit der starren Struktur des Masts verbinden, im Verhältnis zu der beschriebenen ersten Ausführungsform. Infolgedessen ist es bei einem Abstand zwischen dem Mast und der Unterseite des Tragwerks, der im wesentlichen identisch mit dem der ersten Ausführungsform ist, nicht notwendig, Ausnehmungen im Tragwerk vorzusehen, um darin die Verbindungselemente aufzunehmen.
Vorzugsweise, und wie schematisch in 5 dargestellt ist, sind Anti-Rotationsmittel zwischen der Gelenkachse 48 und jedem der Teile 50 und 52 in Form einer Scheibe vorgesehen. Diese Anti-Rotationsmittel umfassen beispielsweise Zahnungen oder Kehlungen 64, die auf der Umfangsfläche der Gelenkachse 48 ausgebildet sind und im Eingriff mit komplementären Zahnungen oder Kehlungen 66 und 68 stehen, die jeweils in den zylindrischen Löchern 60 und 62 ausgebildet sind.
Diese letztere Anordnung ermöglicht den Wegfall eines Freiheitsgrades in der so erhaltenen Verbindung zwischen dem Mast und der unter dem Tragwerk befestigen Halterung 54.
Die 6 veranschaulicht eine Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der jeder der zwei hinteren Beschlagteile 36 der hinteren Befestigung 24 die Form eines U-förmigen Gabelgelenks aufweist. Genauer gesagt umfasst das in 6 dargestellte Beschlagteil 36 zwei plane Platten 70, die zueinander parallel sind. In diesem Fall ist ein zylindrisches Loch 56 in jede der Platten 70 so eingebracht, dass die beiden Löcher 56 auf der gleichen Achse A1 zentriert sind.
Jedes der zylindrischen Löcher 56 nimmt dabei ein Teil 50 in Form einer Scheibe auf, das von einem zylindrischen Loch 60 durchsetzt ist, dessen Durchmesser der gleiche wie der der Gelenkachse 48 ist.
In diesem Fall ist die die Halterung 54 bildende Klaue zwischen den parallelen Platten 70 des hinteren Beschlagteils 36 angeordnet, wobei das Teil in Form einer Scheibe 52 auf drehbare weise in dem zylindrischen Loch 58 wie bei der Ausführungsform der 5 aufgenommen ist.
Die Gelenkachse 48 durchsetzt dabei gleichzeitig jedes der zylindrischen Löcher 60 und 62, die jeweils in den beiden Teilen in Form einer Scheibe 50 und in dem Teil in Form einer Scheibe 52 ausgebildet sind. Die Gelenkachse 48 stellt somit die Verbindung zwischen dem hinteren Beschlagteil 36 des Masts 10 und der Halterung 54 sicher. Der Zusammenhalt dieser Verbindung kann im einzelnen durch Flansche, Muttern etc. hergestellt werden, die an den Enden der Gelenkachse 48 angeordnet sind.
Wie bei der Ausführungsform der 5 können Anti-Rotationsmittel, wie z.B. Kehlungen, zwischen der Gelenkachse 48 und den zylindrischen Löchern 60 und 62, in denen diese Achse aufgenommen ist, vorgesehen sein. Auf diese Weise wird ein Freiheitsgrad in der zwischen dem Mast 10 und der unter dem Tragwerk befestigten Halterung 54 vorgesehenen Verbindung gemindert.
In 7 ist eine Perfektionierung der soeben mit Bezug auf 6 beschriebenen Ausführungsvariante dargestellt.
In diesem Fall wird jedem der Verbindungselemente, durch die jedes der hinteren Beschlagteile 36 mit dem strukturellen Teil des Tragwerks verbunden ist, eine "Kugelgelenk"-Funktion hinzugefügt.
Genauer gesagt weist jedes der Teile in Form einer Scheibe 50, die an den Platten 70 des hinteren Beschlagteils 36 angebracht sind, eine Umfangsfläche 72 in Form eines sphärischen Teils auf. Zwischenstücke 74, welche Kugellagerkäfige bilden, sind in jeder der Platten 70 angebracht, um darin Innenflächen 56' in Form von sphärischen Teilen festzulegen. Diese Innenflächen sind komplementär zu Umfangsflächen 72 der Teile in Form einer Scheibe 50 und bilden ein gemeinsames Drehzentrum. Auf diese Weise stellen die Teile in Form einer Scheibe 50, wenn sie in den Zwischenstücken 74 aufgenommen sind, eine Verbindung vom Kugelgelenktyp zwischen der Dreh-/Schwenkachse 48 und dem hinteren Beschlagteil 36 her.
Desgleichen weist das Teil in Form einer Scheibe 52 eine äußere Umfangsfläche 76 in Form eines sphärischen Abschnitts auf, der komplementär zu einer Innenfläche 58' in Form eines sphärischen Abschnitts der Halterung 54 ist. Wenn das Teil in Form einer Scheibe 52 in der Halterung 54 aufgenommen ist, verbinden so die komplementären Flächen 76 und 58' die Dreh-/Schwenkachse 48 und die Halterung 54 über eine Verbindung vom Kugelgelenktyp.
Wie in 7 dargestellt ist, haben die beiden so gebildeten Verbindungen vom Kugelgelenktyp Zentren, die um eine Strecke D zueinander in der Vertikalrichtung versetzt sind. Diese Strecke D ist die gleiche wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform der 5. Sie kann eingestellt bzw. angepasst werden, um die integrale Anbringung der Halterung 54 unterhalb des Tragwerks des Luftfahrzeugs zu ermöglichen.
Bei der soeben mit Bezug auf 7 beschriebenen Perfektionierung ist nur ein Freiheitsgrad der Verbindungselemente der hinteren Befestigungen feststehend. Außerdem geht die größere Kompaktheit der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Verhältnis zur ersten auch Hand in Hand mit einer Gewichtsreduzierung.
Es ist anzumerken, dass die soeben als Beispiele beschriebenen Ausführungsformen die Aufhängung eines Masts unter einem Tragwerk betreffen, die einen bestimmten Typ einer strukturellen Architektur darstellen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Typ eines Tragwerks beschränkt, sondern kann auch bei Luftfahrzeugen eingesetzt werden, deren Tragwerk eine andere strukturelle Architektur aufweist. In diesem Fall können die Verbindungselemente, welche die hintere Befestigung und den Abscherzapfen 42 bilden, mit einem anderen strukturellen Teil des Tragwerks zusammenwirken.

Claims

Mast zum Aufhängen (10) eines Triebwerks (16) unter einem Luftfahrzeug-Tragwerk (12), mit einer starren Struktur und Mitteln zum Aufhängen der starren Struktur unter dem Tragwerk, wobei die Aufhängungsmittel eine vordere Befestigung (22), eine hintere Befestigung (24) und ein Mittel (26) zur Aufnahme von Kräften aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Struktur einen hinteren Abschnitt (20b) umfasst, der eine Breite hat, welche nach hinten merklich zunimmt, wobei die hintere Befestigung (24) zwei hintere Beschlagteile (36) umfasst, die an der starren Struktur derart befestigt sind, dass sie lateral an deren beiden Seiten in einem hinteren Bereich des hinteren Abschnitts (20b) vorstehen, wobei mindestens zwei Verbindungselemente jeden der hinteren Beschlagteile (36) mit einem strukturellen Abschnitt (37) des Tragwerks (12) verbinden.
Mast nach Anspruch 1, wobei jedes der Verbindungselemente eine erste Gelenkachse, einen eine Flügelunterseiten-Verkleidung des Tragwerks (12) durchsetzenden Schäkel (38) sowie eine zu der ersten (Gelenkachse) parallele zweite Gelenkachse umfasst, wobei die erste Gelenkachse eines der hinteren Beschlagteile (36) mit einem unteren Ende des Schäkels verbindet und die zweite Gelenkachse ein oberes Ende des Schäkels mit dem strukturellen Abschnitt (37) des Tragwerks (12) verbindet.
Mast nach Anspruch 2, wobei die erste Gelenkachse und die zweite Gelenkachse in einer Längsrichtung des Triebwerks ausgerichtet sind.
Mast nach Anspruch 1, wobei jedes der Verbindungselemente eine Gelenkachse (48), mindestens ein erstes, in einem der hinteren Beschlagteile (36) um eine erste Achse (A1) drehbar angebrachtes erstes Teil (50) sowie ein an einer an dem strukturellen Teil des Tragwerks unter dessen Flügelunterseiten-Verkleidung um eine zweite Achse (A2) drehbar angebrachtes zweites Teil (52) umfasst, wobei die Gelenkachse (48) das erste Teil (50) und das zweite Teil (52) durchsetzt, und die erste Achse (A1) und die zweite Achse (A2) untereinander parallel und vertikal zueinander versetzt und in einer Längsrichtung des Triebwerks ausgerichtet sind.
Mast nach Anspruch 4, wobei Anti-Rotationsmittel (64, 66, 68) zwischen der Gelenkachse (48) und jedem der ersten und zweiten Teile (50, 52) derart vorgesehen sind, dass sie jegliche Rotation relativ zueinander verhindern.
Mast nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei jeder der hinteren Beschlagteile (36) die Form eines U-förmigen Bügels aufweist, der zwei parallele Platten (70) umfasst, zwischen denen die Halterung (54) angeordnet ist, wobei ein erstes Teil (50) in jeder der Platten (70) des hinteren Beschlagteils (36) angebracht ist.
Mast nach Anspruch 6, wobei zwei erste Teile (50) jeweils in jeder der beiden Platten (70) jedes hinteren Beschlagteils (36) angebracht sind, und die ersten Teile (50) mit den zwei Platten (70) des hinteren Beschlagteils (36) über Oberflächen (72, 56') in Form von Kugelabschnitten, die zwischen den Platten (70) und den Teilen (50) eine Kugelgelenkverbindung festlegen, zusammenwirken.
Mast nach Anspruch 7, wobei Zwischenteile (74), die Kugelgelenkkäfige bilden, in/an jeder der beiden Platten (70) des hinteren Beschlagteils (36) befestigt sind, und über Innenflächen (56') in der Form von Kugelabschnitten mit den Außenflächen (72) in der Form von Kugelabschnitten der ersten Teile (50) zusammenwirken.
Mast nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungselemente ein äußeres Verbindungselement und ein inneres Verbindungselement in Bezug auf das Luftfahrzeug aufweisen, und das äußere Verbindungselement näher an einer durch eine Längsachse des Triebwerks (16) hindurchgehenden Vertikalebene als das innere Verbindungselement liegt.
Mast nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mittel (26) zur Aufnahme von Kräften ein an dem hinteren Abschnitt (20b) der starren Struktur zwischen den beiden hinteren Beschlagteilen (36) befestigtes Kugelgelenk (40) sowie ein an dem Tragwerk (12) befestigtes und das Kugelgelenk (40) durchsetzendes Abscherstück (42) umfasst.
Mast nach Anspruch 10, wobei das Abscherstück (42) an dem strukturellen Abschnitt (37) des Tragwerks (12) befestigt ist und in einer durch eine Längsachse des Triebwerks (16) hindurchgehenden Vertikalebene gelegen ist.
Mast nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vordere Befestigung (22) ein vorderes Beschlagteil (29), das an einem vorderen Bereich des hinteren Abschnitts (20b) befestigt ist, sowie eine Montageachse (30) des vorderen Beschlagteils (29) am Tragwerk (12) umfasst, wobei die Montageachse (30) in einer Längsrichtung ausgerichtet ist.
Mast nach Anspruch 12, wobei die Montageachse (30) an einem vorderen Längsträger (31) des Tragwerks befestigt ist.