DE60307208T2

DE60307208T2 - Crashresistente Hubschrauberzelle und der dabei eingesetzte Stossdämpfer

Info

Publication number: DE60307208T2
Application number: DE60307208T
Authority: DE
Inventors: Tohru Hayashi
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: DE60317110T2; JP2004182136A; EP1426289A1; JP3888630B2; US6959894B2; EP1607655B1; DE60307208D1; EP1426289B1; US20050001093A1; DE60317110D1; EP1607655A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine stoßbeständige Struktur für einen Hubschrauber und eine dafür verwendete Energieabsorbereinrichtung.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Hubschrauber wird häufig bei Sichtflugregeln, oder zwischen Bergen, oder in geringer Flughöhe betrieben, und zwar bedingt durch seine Betriebseigenschaften. Dann besteht immer das Risiko eines Unfalls, bedingt durch einen Kontakt mit einem Hindernis. Daher wird bei einem Hubschrauber dringend eine Stoßbeständigkeit gefordert, um bei Aufprallsituationen die Überlebensfähigkeit von Besatzungsmitgliedern zu erhalten.
Das Grundprinzip für eine stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers besteht darin, einen durchgehenden starken Kiel K für eine leicht zu zerquetschende Nase H und eine leicht zu zerquetschende Unterseite G zu verwenden, die in 16(a) dargestellt sind, um ein strukturelles Versagen eines Bodens D bei einer Bruch- oder Aufprall-Landung zu verhindern, wie in 16(b) dargestellt, eine starke Außenhaut P zu verwenden, wie in 16(c) dargestellt, einen starken Träger B am Kiel K zu verwenden, und einen durchgehenden starken Rahmen F zu verwenden.
Für einen Hubschrauber, dessen Landefahrwerk, beispielsweise ein eingezogenes Fahrwerk, nicht effektiv zur Aufprallenergieabsorption fungieren kann, wird eine stoßbeständige Rumpfstruktur, die über Stoßabsorptionsvermögen verfügt, für die in 17 dargestellte typische Aufprallumgebung benötigt, und zwar in einer Form, die an die tatsächliche Hubschrauber-Rumpfstruktur angepasst ist.
Herkömmlicherweise ist die Bodenstruktur eines Hubschraubers gemäß einer normalen Flugeinsatzbelastung und einer Landebelastung am Erdboden gestaltet. Im Moment wird eine Gesamtstoßabsorption eines unerwarteten Aufprallstoßes, beispielsweise ein Zerquetschen oder "Knautschen", wie dargestellt in 17, nicht in Betracht gezogen.
Herkömmliche stoßbeständige Strukturen für einen Hubschrauber sind in USP Nr. 4593870, USP Nr. 5069318, und USP Nr. 5024399 offenbart. Unterdessen konzentriert sich bei einem Hubschrauber bei der typischen Erdbodenoberfläche, wie dargestellt in 18, die Erdbodenreaktionskraft auf die Außenwand, jedoch ist bei den stoßbeständigen Strukturen, die in den oben erwähnten US-Patenten offenbart sind, ein Bodenelement nicht so angeordnet, wie dies für eine Erdbodenreaktionskraft geeignet ist. Weiter ist, wie in 19 dargestellt (siehe "Full-Scale Crash Test of the Sikorsky Advanced Composite Airframe Program Helicopter", Richard L. Botinott, AHS 56^th), das Stegkreuzungsstellenteil X nur schwer zu stauchen oder zu zerquetschen, und der effektive Unterboden-Hubweg wird nicht in effektiver Weise genutzt, so dass keine ausreichende Bodenbeschleunigungsverringerung realisiert wird. Außerdem ist ein wirksames Funktionieren, unter der Bedingung, bei der das Landefahrgestell nicht effektiv arbeitet, in Anbetracht der kombinierten Aufprallgeschwindigkeitsumgebung aus Horizontalgeschwindigkeit und Fallgeschwindigkeit einer in 17 dargestellten allgemeinen Aufprallumgebung eines Hubschraubers nicht in den US-Patenten offenbart.
Beispiele von stoßbeständigen Absorptionselementen, die bei der stoßbeständigen Struktur eines Hubschraubers und der stoßbeständigen Struktur für allgemeine industrielle Zwecke verwendet werden, sind in den japanischen Offenlegungs-Publikationen Nr. 2002-286066, Nr. 2002-36413, Nr. 2002-153169, Nr. 2002-192432 und USP Nr. 5746537 offenbart, wie etwa ein Beispiel, das eine durch axiale Kompression erfolgende Energieabsorption eines leichten faserverstärkten Kom positmaterialrohrs nutzt, und ein Beispiel, bei dem zur Verbesserung der Energieabsorption in alle Querschnitte ein Schaummaterial eingefüllt ist.
Jedoch wird, um eine Aufprall-Last mittels eines langen Absorptionshubs zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Aufprallenergieabsorption zu realisieren, und zwar dank eines faserverstärkten Kompositmaterialrohrs ohne eine Instabilität einer allgemeinen Gesamtausknickung, wenn der Querschnitt des einzelnen Rohrs einfach größer gemacht wird, die lokale Ausknicktendenz der Rohrwände vergrößert und ein stabiler progressiver Versagensmodus, der für eine Stoßenergieabsorption des faserverstärkten Kompositrohrs geeignet ist, wie in 20 dargestellt, kann nicht erzielt werden. Wenn weiter ein Schaummaterial in alle Querschnitte eingefüllt ist, geht ein Zwischenraum, in den zerstörte kleine Stücke des Kompositmaterials abgegeben werden können, die beim Modus des progressiven Versagens erzeugt werden, verloren, und die zerstörten kleinen Stücke werden verdichtet und es entsteht eine extreme Versteifung der Energieabsorbereinrichtung. Dadurch wird der effektive Hubweg reduziert, und die geforderte Stoßabsorptionsfähigkeit wird nicht erzielt. Weiter wird, um ein lokales instabiles Ausknicken der Rohrwände zu verringern, wenn die Querschnittsgröße des Rohrs kompakt gemacht wird, das Seitenverhältnis (Höhe/Querschnittsbreite der Energieabsorbereinrichtung) der gesamten Energieabsorbereinrichtung lang und dünn, und die Energieabsorbereinrichtung wird schwach gegenüber Biegen und exzentrischem Zusammendrücken, und daher kann eine angestrebte Axialkompressions-Energieabsorptionsfähigkeit nicht erzielt werden. Als Lösung für diese Probleme nimmt, wenn der Querschnitt des Rohrs kompakt gemacht wird und wenn er in eine Bündelform gebracht wird, wenn die Anzahl von Rohren optional angepasst wird, die Anzahl der Kreuzungsstellen zwischen den steifen Wänden mit ansteigender Anzahl der Rohre zu, so dass, wie in 21 dargestellt, der für die Stoßabsorptionsfähigkeit schädliche anfängliche Lastspitzenpegel zunimmt.
US-A-4593870 offenbart eine energieabsorbierende Kompositstruktur eines Luftfahrzeugs, die eine Energieabsorbereinrichtung beinhaltet. Die Energieabsorbereinrichtung beinhaltet ein aus Kompositmaterialien gebildetes dünnes Paneel, das Kompressionskräften entgegenwirkt, die in der Ebene des Paneels zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten wirken. Das Paneel ist so aufgebaut, dass es einem Gesamtbiegeversagen bei Aufbringen einer Kraft auf die gegenüberliegenden Kanten widersteht. Die Energieabsorbereinrichtung beinhaltet weiter eine Kraftaufnahmestruktur, die auf eine der Kanten einwirkende Kräfte direkt aufnimmt und die auf die gegenüberliegende Kante des Paneels einwirkende Kräfte aufnimmt, um für ein fortschreitendes Zusammenquetschen und Zusammenfalten des Paneels ein lokales Zusammenklappen parallel zur anderen Kante einzuleiten.
EP-A-0497142 offenbart eine Energie absorbierende Struktur, die einen zylindrischen Hohlkörper aus einem faserverstärkten thermoplastischen Kunstharz beinhaltet, wobei beide Enden offen sind, und wobei der zylindrische Hohlkörper an der Außenwand eines sich bewegenden Körpers oder der Außenwand eines stationären Körpers befestigt ist, mit dem der sich bewegende Körper in Kontakt kommt, derart, dass die Öffnung des Hohlkörpers der Außenwand zugewandt ist.
INHALT DER ERFINDUNG
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, eine stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers, z. B. für einen Hubschrauber, dessen Landefahrwerk, wie beispielsweise ein eingefahrenes Fahrwerk, nicht effektiv in Aufprallsituationen funktionieren kann, bereitzustellen, um eine Rumpfstruktur, die eine Stoßabsorptionsfähigkeit gegenüber einer tatsächlichen Aufprallumgebung aufweist, bereitzustellen, wobei diese in einer für die tatsächliche Hubschrauber-Rumpfstruktur passenden Form bereitgestellt wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Hochleistungs-Energieabsorbereinrichtung geringen Gewichts bereitzustellen, bei der der anfängliche Spitzenlastpegel verringert ist und bei der die Energieabsorptionsfähigkeit, die durch ein axiales Kompressionsversagen bedingt ist, verbessert ist, und die auch in der Lage ist, nicht nur für eine stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers sondern auch für eine stoßbeständige Struktur für allgemeine industrielle Zwecke zum Einsatz zu kommen und die eine angestrebte Stoßabsorptionsfähigkeit in einer Form aufweist, die für die tatsächliche Hubschrauber-Rumpfstruktur passend ist, und bei der außerdem der effektive Hub vergrößert ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers in Anspruch 1 definiert.
Vorzugsweise weist die stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers weiter eine Mehrzahl von gekrümmten Paneelen auf, die eine durch eine Vorwärtsaufprallgeschwindigkeit bedingte horizontale Last aufnehmen und durch eine vertikale Last zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation zu einer Pantograph-Form zerquetscht werden, und die fast in Längsrichtung des Hubschraubers angeordnet sind und mit einer Unterboden-Außenhaut oder -bahn des Hubschraubers verbunden sind.
Vorzugsweise weist eine stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers weiter einen Fachwerkrahmen auf, der die gekrümmten Paneele fast in einer X-Form verbindet, so dass er als Rahmenelement zum Halten der gekrümmten Paneele während eines normalen Betriebseinsatzes hält, und nicht verhindert, dass sich die gekrümmten Paneele im Fall eines Aufpralls in die Pantograph-Form verformen.
Vorzugsweise ist bei der stoßbeständigen Struktur eines Hubschraubers ein Bodenträger des Hubschraubers auf den gekrümmten Paneelen angeordnet, wobei der Bodenträger mit dem Rahmen verbunden ist, mit dem die Energieabsorbereinrichtung direkt verbunden ist, wodurch eine Rahmenboden-Trägerstruktur ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist bei der stoßbeständigen Struktur eines Hubschraubers eine Kabinenstruktur in Torform oberhalb der Rahmenboden-Trägerstruktur positioniert, wobei die Kabinenstruktur mit dem Rahmen an beiden Seitenenden des Rahmens verbunden ist.
Vorzugsweise sind bei der Energieabsorbereinrichtung die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial und/oder die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial für ein Bündeln der Hohlrohre in einer Mehrzahl von Schichten in Dickenrichtung ausgebildet, wobei ein filmförmiges Schichtmaterial geringerer Festigkeit als die des Basismaterials zwischen Endabschnitte der Mehrzahl von Schichten eingefügt ist.
Vorzugsweise sind bei der Energieabsorbereinrichtung die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial und die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial für ein Bündeln der Hohlrohre integral ausgebildet.
Vorzugsweise ist bei der Energieabsorbereinrichtung ein Schaummaterial in einen Zwischenraum eingebracht, der geeignet ausgewählt ist, und zwar zwischen die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial, zwischen die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial und der Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial, und im Inneren der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial.
Vorzugsweise sind bei der Energieabsorbereinrichtung die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial mit einem Querschnitts-Zwischenraum versehen, der zerstörte kleine Stücke aufnimmt, die bei fortschreitendem Zerquetschen sequentiell erzeugt werden.
Vorzugsweise sind in der Energieabsorbereinrichtung die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial in einer Reihe oder in mehreren Reihen angeordnet, und diese sind kreisförmig, elliptisch, rechteckig oder quadratisch durch die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial gebündelt.
Vorzugsweise sind bei der Energieabsorbereinrichtung die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial, das Schaummaterial und die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial integral ausgebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar hervor; in diesen sind:
1 eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Skelettstruktur des Unterbodens eines Hubschraubers zeigt, auf den die stoßbeständige Struktur einer Ausführungsform der Erfindung angewandt ist;
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Querschnittes A;
3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Querschnittes B;
4 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der torförmigen Struktur zeigt, die auf der Rahmenboden-Trägerstruktur der stoßbeständigen Struktur der Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist;
5 eine perspektivische Ansicht, welche eine der Energieabsorbereinrichtungen der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
6 eine perspektivische Ansicht, die ein partiell modifiziertes Beispiel der in 5 dargestellten Energieabsorbereinrichtung darstellt;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Energieabsorbereinrichtungen der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
8 eine Zeichnung, welche Beispiele der Querschnittsformen der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial der Energieabsorbereinrichtungen zeigt, die keine Ausführungsformen der Erfindung sind;
9 eine Zeichnung, die Beispiele einer Bündelanordnung der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial darstellt, die jeweils einen achteckigen Querschnitt haben.
10 eine Zeichnung, welche verschiedene Beispiele der Energieabsorbereinrichtungen zeigt (von denen lediglich die rechteckige Form eine Ausführungsform der Erfindung ist), bei denen ein Schaummaterial in Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial eingebracht ist, welche den glei chen kreisförmigen Querschnitt, quadratischen Querschnitt und achteckigen Querschnitt haben, und welche gebündelt und mittels einer aus faserverstärktem Kompositmaterial bestehenden Außenschicht angeordnet sind;
11 eine Zeichnung, welche die Konfiguration von Energieabsorbereinrichtungen des herkömmlichen Beispiels und der Konfiguration von Energieabsorbereinrichtungen der Ausführungsformen 1 und 2 darstellt, für welche die Last/Verschiebungs-Kennlinienprüfung zum Messen der anfänglichen Lastspitze ausgeführt werden sollen;
12 ein Graph, der die Ergebnisse der Last/Verschiebungs-Kennlinienprüfung der Energieabsorbereinrichtungen des herkömmlichen Beispiels und der Ausführungsformen 1 und 2 darstellt, die in 11 dargestellt sind;
13 eine perspektivische Ansicht, welche eine Energieabsorbereinrichtung der Ausführungsform und Energieabsorbereinrichtungen der herkömmlichen Beispiele 1 und 2 dargestellt, für welche die Stoßenergieabsorptionsfähigkeit gemessen werden soll;
14 ein Graph, der die gemessenen Ergebnisse der Energieabsorptionsfähigkeit der Energieabsorbereinrichtung der Ausführungsform und der Energieabsorbereinrichtungen der herkömmlichen Beispiele 1 und 2 darstellt, die in 13 gezeigt sind;
15 ein Graph, der das Vorhandensein des effektiven Hubes mittels der Last/Verschiebungs-Kennlinienprüfung der Energieabsorbereinrichtungen des herkömmlichen Beispiels und der Energieabsorbereinrichtungen der Ausführungsformen 1 und 2 darstellt;
16 eine Zeichnung zur Erläuterung des Grundprinzips der stoßbeständigen Struktur eines Hubschraubers, wobei (a) eine schematische vertikale Querschnittansicht des Helikopters auf der Nasenseite, (b) eine schematische Seitenansicht auf der Nasenseite zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation, und (c) eine schematische vertikale Querschnittansicht des Rumpfes ist.
17 eine Zeichnung, welche die allgemeine Aufprallumgebung eines Helikopters darstellt;
18 eine Zeichnung, welche den Zustand darstellt, bei dem die Unterboden-Zerquetschlast der gesamten Erdbodenfläche auf die Außenwand konzentriert ist;
19 eine perspektivische Ansicht, welche den Zerquetschungszustand eines Bodenelementes eines herkömmlichen Hubschraubers darstellt;
20 eine Zeichnung, welche den bevorzugten und stabilen sequentiellen Zerstörungsmodus für eine Aufprallenergieabsorption zeigt, die aus Kompositmaterial bestehenden Rohren eigen ist; und
21 eine Zeichnung, welche die allgemeine Last/Verschiebungs-Kennlinie von Rohren aus Kompositmaterial zum Zeitpunkt eines Zerquetschens in axialer Richtung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine stoßbeständige Struktur für einen Hubschrauber einer Ausführungsform der Erfindung und eine in dieser verwendete Energieabsorbereinrichtung einer Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
Als Erstes wird die stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers mit Bezug auf 1 bis 3 erläutert. Die in 1 grau dargestellten Teile sind Energieabsorbereinrichtungen im Rohrbündel-Zustand. Die Energieabsorbereinrichtungen 1 sind unter dem Boden gemäß der Erdboden-Reaktionskraftverteilung zum Zeitpunkt einer in 17 dargestellten Aufprallsituation auf einer allgemeinen Erdbodenoberfläche angeordnet und sind direkt mit einem Rahmen 2 verbunden, wie in 2 und 3 dargestellt.
Die Energieabsorbereinrichtungen im Rohrbündel-Zustand können direkt mit dem Rahmen 2 verbunden sein, und zwar fast direkt unter der Seitenwand des Rahmens 2, bei dem sich zum Zeitpunkt der in 17 dargestellten Aufprallsituation die Aufprall-Last konzentriert. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 3 eine Unterboden- Außenhaut oder -bahn, und auf der Unterboden-Außenhaut oder -bahn 3 sind viele gekrümmte Paneele 4 integral und parallel zueinander fast in Längsrichtung des Hubschraubers angeordnet. Die gekrümmten Paneele 4 fungieren während des normalen Betriebseinsatzes als Kielträger, wie dargestellt in 2 und 3, empfangen die Horizontallast, die durch die Vorwärtsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt einer in 17 dargestellten Aufprallsituation bedingt ist, und werden zu einer Pantograph-Form durch die vertikale Last zerquetscht.
Zwischen den gekrümmten Paneelen 4 ist ein Fachwerkrahmen 5 in annähernd einer X-Form eingebaut, wie in 2 dargestellt. Der Fachwerkrahmen 5 hält die gekrümmten Paneele während des normalen Betriebseinsatzes. Der Fachwerkrahmen 5 verhindert nicht die Verformung der gekrümmten Paneele 4 zum Zeitpunkt eines Aufpralls. Ein Bodenträger 6 ist auf den gekrümmten Paneelen 4 angeordnet. Der Bodenträger 6 ist mit dem Rahmen 2 verbunden, mit dem die Energieabsorbereinrichtungen 1 direkt verbunden sind, wie in 2 dargestellt, wodurch eine Rahmenboden-Trägerstruktur 7 gebildet wird.
Bei der stoßbeständigen Struktur eines Hubschraubers der vorliegenden Ausführungsform, der wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, sind die Energieabsorbereinrichtungen 1 im Rohrbündel-Zustand unter dem Boden gemäß der Erdboden-Reaktionskraftverteilung zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation auf einer allgemeinen Erdbodenoberfläche angeordnet und sind direkt mit dem Rahmen 2 verbunden. Dadurch wird, sogar wenn die Unterboden-Zerquetschlast auf die Außenwand konzentriert wird, die Aufprallenergie in stabiler Weise durch die Energieabsorbereinrichtungen 1 im Rohrbündel-Zustand absorbiert, die eine hervorragende Energieabsorption pro Gewichtseinheit aufweisen.
Weiter nehmen an der Unterboden-Außenhaut oder -bahn 3 viele gekrümmte Paneele 4, die während eines normalen Betriebseinsatzes als Kielträger fungieren, die Horizontallast auf, die durch die Vorwärtsaufprallgeschwindigkeit zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation bedingt ist, und werden durch die vertikale Last zu einer Pantograph-Form zerquetscht, und sind integral und parallel zueinander fast in Längsrichtung der Struktur angeordnet. Dadurch wird der Unterboden-Hub S bewahrt und zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation effektiv ausgenutzt, und die Bodenoberseitenbeschleunigung wird ausreichend vermindert.
Außerdem ist der Fachwerkrahmen 5 zwischen den gekrümmten Paneelen 4 eingebaut, so dass der Fachwerkrahmen 5 während eines normalen Betriebseinsatzes als Rahmenelement zum Halten der gekrümmten Paneele 4 fungiert, und zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation werden die gekrümmten Paneele 4 zu einer Pantograph-Form zerquetscht, ohne dass eine Verformung verhindert wird, und die Aufprallstoßabsorptionsfähigkeit des Unterbodens ist verbessert.
Außerdem kann, da der auf den gekrümmten Paneelen 4 angeordnete Bodenträger 6 mit dem Rahmen 2 verbunden ist, mit dem die Energieabsorbereinrichtungen 1 im Rohrbündel-Zustand direkt verbunden sind, so dass die Rahmen-Bodenträgerstruktur 7 ausgebildet wird, eine torförmige Kabinenstruktur 8, die mit dem Rahmen 2 an beiden seitlichen Enden verbunden ist, wie in 4 dargestellt, oberhalb der Rahmen-Bodenträgerstruktur 7 ausgebildet sein. Während des normalen Betriebseinsatzes wird die Kabinenstruktur 8 durch die Rahmen-Bodenträgerstruktur 7 getragen, und zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation wird eine Zerstörung der Rahmen-Bodenträgerstruktur 7 verhindert, da der Stoß durch die Energieabsorbereinrichtungen 1 im Rohrbündel-Zustand und durch die gekrümmten Paneele 4 absorbiert wird. Dadurch wird auch eine Zerstörung der Kabinenstruktur 8 verhindert, und ein Überlebensraumvolumen 9 für die Besatzung im Inneren der Kabinenstruktur 8 wird aufrechterhalten, und die Überlebensfähigkeit der Besatzung wird verbessert. Außerdem ist die Kabinenstruktur 8 eine Besatzungs-Schutzhüllenstruktur, die verhindert, dass an der Decke befindliche schwere Geräte, z. B. Getriebe, Motor, etc., zum Zeitpunkt einer Aufprallsituation in die Kabine fallen oder eindringen, und dadurch wird das Besatzungs-Überlebensraumvolumen bewahrt.
Als Nächstes wird die Energieabsorbereinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform, die bei der zuvor erwähnten stoßbeständigen Struktur eines Hubschraubers verwendet wird, mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Im Wesentlichen wird bezüglich der Energieabsorbereinrichtungen 1 angestrebt, eine Mehrzahl von Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial zu bündeln, die Anzahl der sich kreuzenden Wände der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial zu reduzieren und diese integral auszubilden. Jedoch ist ein uneingeschränktes Beispiel der Energieabsorbereinrichtungen 1 das in 5 dargestellte, bei dem eine Mehrzahl von unabhängigen Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial 10, die einen kleinen Öffnungsquerschnitt aufweisen, durch eine aus faserverstärktem Kompositmaterial 11 bestehende Außenschicht gebündelt sind, wodurch die Wände der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10, die geringes Gewicht und hervorragende Energieabsorption aufweisen, gegen ein lokales Ausknicken stabilisiert sind.
Bei den Energieabsorbereinrichtungen 1 wird, wenn die Anzahl von Kreuzungsstellen der Wände der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 verringert wird und die Anzahl der Kreuzungswände 10 der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 oder der aus faserverstärktem Kompositmaterial 11 bestehenden Außenschicht verringert wird, ein Versteifen der Kreuzungsstellen verhindert, und die anfängliche, für die Überlebensfähigkeit der Besatzung schädliche Lastspitze wird abgesenkt.
Insbesondere sind die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und die aus faserverstärktem Kompositmaterial bestehende Außenschicht 11, welche diese bündelt, derart angeordnet, dass die Anzahl von sich kreuzenden Wänden der Hohlrohre oder der Außenschicht weniger als vier Flächen beträgt. Dadurch wird die für die Überlebensfähigkeit der Besatzung schädliche anfängliche Lastspitze noch stärker abgesenkt.
Weiter wird, wenn die aus faserverstärktem Kompositmaterial bestehende Außenschicht 11, wie in 6 dargestellt, in einer Mehrzahl von Schichten in Dickerichtung ausgebildet ist und zwischen den Endabschnitten 12 der Außenschicht 11 ein filmförmiges Schichtmaterial geringer Festigkeit, beispielsweise Delaminierfilme 13 eingelegt sind, wird die für die Überlebensfähigkeit der Besatzung schädliche anfängliche Lastspitze noch stärker abgesenkt. Weiter wird in den Energieabsorbereinrichtungen 1, wenn die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und die aus faserverstärktem Kompositmaterial bestehende Außenschicht 11, welche diese bündelt, integral ausgebildet sind, die Aufprallenergie vorzugsweise in stabiler Weise absorbiert.
Ein weiteres Beispiel der Energieabsorbereinrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist das in 7 dargestellte, bei dem im Zwischenraum zwischen den Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und im Zwischenraum zwischen den Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und der aus dem faserverstärkten Kompositmaterial bestehenden Außenschicht 11, welche die Rohre bündelt, ein Schaummaterial 14 eingebracht ist. Dadurch werden die Wände der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 stärker gegen ein lokales Ausknicken stabilisiert.
Weiter ist das Schaummaterial 14 nicht nur in den Zwischenraum zwischen den Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und in den Zwischenraum zwischen den Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und die faserverstärktem Kompositmaterial bestehende Außenschicht 11 eingebracht, sondern auch in ausgewählte Innenräume der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10.
Weiter sind die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 mit einem Querschnitt 15 versehen, um zerstörte kleine Stücke aufzunehmen, die sequentiell durch fortschreitendes Zerquetschen erzeugt werden, so dass verhindert wird, dass die gesamte Energieabsorbereinrichtung bedingt durch ein Verdichten der zerstörten kleinen Stücke versteift wird.
Und bei den in 7 dargestellten Energieabsorbereinrichtungen 1 kann, wenn die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10, das Schaummaterial 14 und die aus faserverstärktem Kompositmaterial 11 bestehende Außenschicht, welche die Rohre bündelt, integral ausgebildet sind, die Festigkeit für ein Biegen und exzentrisches Zusammendrücken erzielt werden, und die Aufprallenergie kann in stabiler Weise absorbiert werden.
Bei den Energieabsorbereinrichtungen 1 der vorliegenden Ausführungsform ist die Querschnittsform eines jeden der in der Zeichnung dargestellten Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 achteckig.
Weiter können, wie in 9 dargestellt, die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 beispielsweise einen Achteckquerschnitt haben, können in einer Reihe, zwei Reihen oder drei Reihen angeordnet sein und können durch die aus faserverstärktem Kompositmaterial bestehende Außenschicht 11 rechteckig, quadratisch, kreisförmig oder elliptisch gebündelt sein.
Weiter weisen, wie in 10 dargestellt, die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 und das Schaummaterial 14 die gleiche Querschnittsform von einem Achteck auf und sind durch die aus faserverstärktem Kompositmaterial bestehende Außenschicht 11 gebündelt und angeordnet. In diesem Fall ist es auch zu bevorzugen, dass das Schaummaterial in die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial eingebracht ist und die gleiche Querschnittsform aufweist wie die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10.
Bei den Energieabsorbereinrichtungen 1 der vorliegenden Ausführungsform sind die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial 10 aus Fasern und die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial aus Harz aufgebaut, und als Fasern werden wahlweise Fasern aus Glas, Carbon, Alamid, Metall oder Bor, und konjugierte Fasern verwendet, und als Harz wird wahlweise wärmehärtendes Harz und thermoplastische Kunststoffe verwendet. Für das Schaummaterial 14 werden wahlweise verschiedene Materialien wie beispielsweise aus der Reihe der Polyethylene, Polyurethane, Polystyrole, Epoxidharze, Phenolharze und Polymethacrylimide verwendet.
Um die Wirkung der Absenkung der anfänglichen Lastspitze durch die Energieabsorbereinrichtungen 1 der vorliegenden Ausführungsform zu verdeutlichen, wird die Last/Verschiebungs-Kennlinienprüfung bei einer Energieabsorbereinrichtung des herkömmlichen Beispiels und Energieabsorbereinrichtungen der Ausführungsformen 1 und 2 ausgeführt.
Die Konfiguration der Energieabsorbereinrichtungen des herkömmlichen Beispiels und die Konfigurationen der Energieabsorbereinrichtungen der Ausführungsformen 1 und 2 sind 11 dargestellt, und die Ergebnisse der Last/Verschiebungs-Kennlinienprüfung der Energieabsorbereinrichtungen sind in den Graphen von 12 dargestellt. Bei der Energieabsorbereinrichtung des herkömmlichen Beispiels ist die für die Stoßabsorptionsfähigkeit schädliche anfängliche Lastspitze extrem groß, hingegen ist bei der Energieabsorbereinrichtung von Ausführungsform 1 die anfängliche Lastspitze extrem vermindert, und bei der Energieabsorbereinrichtung von Ausführungsform 2 ist die anfängliche Lastspitze beseitigt.
Weiter wird, um die Effekte der Absenkung der anfänglichen Lastspitze durch die Energieabsorbereinrichtungen 1 der vorliegenden Ausführungsform zu verdeutlichen, die Energieabsorptionsfähigkeit pro Masseneinheit der Energieabsorbereinrichtung der in 13 dargestellten Ausführungsform und der Energieabsorbereinrichtung der herkömmlichen Beispiele 1 und 2 gemessen. Der Graph von 14 zeigt, dass die Energieabsorbereinrichtung der Ausführungsform eine extrem große Stoßenergieabsorptionsfähigkeit im Vergleich zu den Energieabsorbereinrichtungen der herkömmlichen Beispiele 1 und 2 aufweist.
Außerdem wird, um die Effekte der Energieabsorbereinrichtungen der vorliegenden Ausführungsform auf den effektiven Hub zu verdeutlichen, bei einer herkömmlichen Energieabsorbereinrichtung, einer Energieabsorbereinrichtung, bei der durch Einbringen des Schaummaterials von Ausführungsform 1 kein Querschnitts-Zwischenraum vorhanden ist, und bei einer Energieabsorbereinrichtung, die einen Querschnitts-Zwischenraum von Ausführungsform 2 aufweist, eine Last/Verschiebungs-Kennlinienprüfung ausgeführt.
Die Graphen in 15 zeigen, dass bei der Energieabsorbereinrichtung des herkömmlichen Beispiels der effektive Hub, bedingt durch die instabile Zerstörung, nicht in effektiver Weise genutzt wird, wodurch die Energie nicht absorbiert werden kann. Andererseits erfolgt bei der Energieabsorbereinrichtung von Ausführungsform 1 ein Einschneiden von zerstörten kleinen Stücken in das Schaummaterial, und somit wird bei dem Element in seiner Gesamtheit ein Versteifen bedingt durch ein Verdichten der zerstörten kleinen Stücke verhindert, und der effektive Hub wird in ausreichender Weise genutzt. Außerdem erfolgt bei der Energieabsorbereinrichtung von Ausführungsform 2 ein Aufnehmen von zerstörten kleinen Stücken in den Querschnittszwischenraum, wodurch verhindert wird, dass das Element in seiner Gesamtheit bedingt durch ein Verdichten der zerstörten kleinen Stücke versteift wird, und der effektive Hub wird in ausreichender Weise genutzt.
Wie zuvor erwähnt, kann die erfindungsgemäße stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers, z. B. eines Hubschraubers, dessen Landefahrwerk, beispielsweise ein eingefahrenes Fahrwerk, nicht in effektiver Weise arbeiten kann, den hervorragenden Effekt erzeugen, dass die Rumpfstruktur mit einer Stoßabsorptionsfähigkeit gegenüber einer tatsächlichen Aufprallumgebung versehen werden kann, und zwar in einer an die tatsächliche Hubschrauber-Rumpfstruktur angepassten Form.
Weiter kann die Energieabsorbereinrichtung der Erfindung die für die Uberlebensfähigkeit der Besatzung schädliche anfängliche Lastspitze absenken, die Absorptionsfähigkeit für die Kompresionszerquetschungsenergie verbessern, und den effektiven Hub vergrößern, so dass sie nicht nur für die stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers sondern auch für eine stoßbeständige Struktur für allgemeine industrielle Zwecke angewandt werden kann, und eine gewünschte Stoßabsorptionsfähigkeit in einer an die tatsächliche Hubschrauber-Rumpfstruktur angepassten Form bereitgestellt werden kann.
Zwar wurde die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen mit einem gewissen Grad an Spezifität beschrieben, jedoch sind bei diesen offensichtlich viele Änderungen und Modifikationen möglich. Es versteht sich daher, dass die Erfindung in der Praxis anders als hier speziell beschrieben ausgeführt sein kann, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers, aufweisend: eine Mehrzahl von Energieabsorbereinrichtungen (1), von denen jede in einem Rohrbündel-Zustand ausgebildet ist, und die unter einem Boden des Hubschraubers positioniert sind und direkt mit einem Kabinenrahmen (2) des Hubschraubers verbunden sind, wobei die Energieabsorbereinrichtungen (1) gemäß der Verteilung von Erdboden-Reaktionskräften auf einer üblichen Erdbodenoberfläche im Fall eines Aufpralls angeordnet sind, wobei jede der Energieabsorbereinrichtungen (1) eine Mehrzahl von unabhängigen Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) beinhaltet, die durch Bündeln der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial mittels einer Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial integral ausgebildet sind, wobei die Hohlrohre in mindestens einer Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittform der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) achteckig ist, wodurch Zwischenräume zwischen den Hohlrohren und/oder der Außenschicht ausgebildet sind und wodurch die Hohlrohre und die Außenschicht mit einer minimalen Anzahl an sich schneidenden Wänden der Hohlrohre und/oder der Außenschicht angeordnet sind.
Stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers nach Anspruch 1, bei der die Energieabsorbereinrichtungen (1) im Wesentlichen unter einem Paar von Seitenwänden des Kabinenrahmens positioniert sind.
Stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers nach Anspruch 1 oder 2, welche weiter eine Mehrzahl von gekrümmten Paneelen (4) aufweist, die zur Aufnahme einer horizontalen Last dienen und die ausgebildet sind, um, bedingt durch eine Vertikalbelastung im Fall eines Aufpralls, in eine Parallelogrammform zusammengequetscht zu werden, wobei die gekrümmten Paneele (4) im Wesentlichen in Längsrichtung des Hubschraubers angeordnet sind, so dass eine erwartete Knicklinie des gekrümmten Paneels im Fall eines Aufpralls sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Hubschraubers erstreckt und die gekrümmten Paneele mit einer Unterboden-Außenhaut oder -bahn des Hubschraubers verbunden sind.
Stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers nach Anspruch 3, welche weiter einen Fachwerkrahmen (5) aufweist, der die gekrümmten Paneele (4) im Wesentlichen in einer X-Form verbindet, so dass er als Rahmenelement zum Halten der gekrümmten Paneele während eines normalen Betriebseinsatzes hält, jedoch nicht verhindert, dass sich die gekrümmten Paneele im Fall eines Aufpralls in die Parallelogrammform verformen.
Stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers nach Anspruch 3, bei der ein Bodenträger (6) des Hubschraubers auf den gekrümmten Paneelen (4) angeordnet ist, wobei der Bodenträger (6) mit dem Rahmen (2) verbunden ist, mit dem die Energieabsorbereinrichtung direkt verbunden ist, wodurch eine Rahmenboden-Trägerstruktur ausgebildet ist.
Stoßbeständige Struktur eines Hubschraubers nach Anspruch 5, bei der eine Kabinenstruktur oberhalb der Rahmenboden-Trägerstruktur positioniert ist, wobei die Kabinenstruktur mit dem Rahmen (2) an beiden Seitenenden des Rahmens verbunden ist.
Stoßbeständige Struktur nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei jedes der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) in einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet ist und ein filmförmiges Schichtmaterial (13), das eine geringere Festigkeit als das faserverstärkte Kompositmaterial aufweist, zwischen die Endabschnitte der Mehrzahl von Schichten des faserverstärkten Kompositmaterials eingesetzt ist.
Stoßbeständige Struktur nach Anspruch 7, bei der die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) und/oder die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial (11) in einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet sind, wobei ein filmförmiges Schichtmaterial von geringerer Festigkeit als das faserverstärkte Kompositmaterial zwischen Endabschnitte der Mehrzahl von Schichten eingefügt ist.
Stoßbeständige Struktur nach Anspruch 8, wobei die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial und die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial zum Bündeln der Hohlrohre integral sind.
Stoßbeständige Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der ein Schaummaterial (14) in den Zwischenraum zwischen den Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) und/oder den Zwischenraum zwischen den Hohlrohren aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) und die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial (11), und/oder einen Zwischenraum im Inneren der Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial eingebracht ist.
Stoßbeständige Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) mit einem innenlie genden Freiraum versehen sind, welcher kleine Stücke aufnimmt, die durch fortschreitendes Zerquetschen im Fall eines Aufpralls erzeugt werden.
Stoßbeständige Struktur nach Anspruch 8, bei der die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial (10) in mehreren Reihen angeordnet sind und durch die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial kreisförmig, elliptisch, quadratisch oder rechteckig gebündelt sind.
Stoßbeständige Struktur nach Anspruch 10, bei der die Hohlrohre aus faserverstärktem Kompositmaterial (10), das Schaummaterial (14) und die Außenschicht aus faserverstärktem Kompositmaterial (14) integral sind.