DE69113761T2

DE69113761T2 - Verbundbauteil.

Info

Publication number: DE69113761T2
Application number: DE69113761T
Authority: DE
Inventors: Michael J Arnold
Original assignee: Short Brothers PLC
Current assignee: Short Brothers PLC
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2011-06-28
Also published as: WO1992000183A1; DE69113761D1; US5315820A; GB2247712C; JPH05501623A; GB2247712B; AU644894B2; BR9105807A; EP0489894B1; GB9113868D0; EP0489894A1; CA2064755C; GB9014381D0; CA2064755A1; GB2247712A; IL98643A0; AU8214691A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Strukturbauteile aus Verbundmaterial und bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf Strukturbauteile aus Verbundmaterial, die in Triebwerksgondeln von Mantelstromluftfahrzeugtriebwerken verwendet werden, wo Lärmbekämpfung, Materialermüdung und Vibration entscheidende Einflußgrößen sind, die bei der Konstruktion der Triebwerksgondelstruktur beachtet werden müssen.
Um dem von Hochgeschwindigkeitsgasströmen oder von dem Bläser selbst in Mantelstromtriebwerken herrührenden übermäßigen Lärm entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen, an bestimmten Stellen in einer Triebwerksgondel Strukturplatten einzubauen, die geeignet sind, die von solchen Strömen, von dem Triebwerk oder von Hufseinrichtungen erzeugte Schallenergie teilweise zu absorbieren; z.B. in der Einlaufverkleidung, in dem Mantelstromkanal selbst und in der Schubumkehrverschiebungsverkleidung.
Zahlreiche Arten von solchen Platten sind vorgeschlagen worden, weisen aber als ein gemeinsames Merkmal einen Aufbau auf, der aus einer äußeren porösen, mit den Gasströmen in Berührung stehenden Platte, einer einfachen oder mehrfachen von einer porösen Trennplatte getrennte zellenartige Zwischenschicht, z.B. in Gestalt von Bienenwaben, sowie einer rückwärtigen Abschlußplatte besteht.
In früher veröffentlichten älteren Vorschlägen hatte die äußere poröse Platte die Gestalt von (i) einer gelochten Platte aus Metall oder Verbundmaterial, (ii) mehreren Schichten aus Glasfasergewebe oder (iii) Karbonfasergewebe mit großen Maschen.
Z.B. in der Offenlegungsschrift DE-A-20 03 094 ist eine Platte beschrieben, die dafür konstruiert ist, um die Kanäle von Gasturbinentriebwerken auszukleiden. Die Platte umfaßt einen bienenwabenartigen Kern mit einer Vorderseite und einer Rückseite, eine Rückenplatte, die sich über die Enden der Zellen des Bienenwabenkernes auf dessen Rückseite erstreckt, und eine Frontplatte, die sich über die Enden der Zellen des Bienenwabenkernes auf dessen Vorderseite erstreckt. Die Frontplatte besteht aus zwei oder mehr Schichten von Glasfasergewebe, die mit Kunstharz miteinander verbunden sind, und einem korrosionsbeständigen Gitter aus rostfreiem Stahl auf der von dem Bienenwabenkern abliegenden Seite der Frontplatte.
Materialermüdung, das von wiederholten Anregungen von hochfrequenten Geräusch- oder Vibrationspegeln verursachte Phänomen des Versagens der Struktur oder des Systems kann in Einlaufverkleidungen, Mantelstromverkleidungen und Schubumkehrverschiebungsverkleidungen ohne Vorwarnung auftreten.
Einlaufverkleidungen leiden in erster Linie unter akustischer Materialermüdung, die durch hochf requente Anregungen durch die von mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Bläserblattspitzen des Triebwerks hervorgerufen wird.
Mantelstromkanäle leiden im Bereich des Betätigungsgestänges der Blockierklappen einer Schubumkehreinheit unter akustischer und struktureller Materialermüdung infolge von Anregungen durch dem kalten Hochgeschwindigkeitsmantelstrom.
Schubumkehrverkleidungen leiden unter akustischer und struktureller Ermüdung sowie Systemermüdung durch Anregungen des kalten Hochgeschwindigkeitsmantelstroms, die mit Vibrationen gekoppelt sind, die von häufigen Betätigungen der Schubumkehreinrichtung herrühren.
Bei Triebwerksgondeln, die in den beschriebenen Bereichen aus Metall hergestellt sind, zeigt sich die Materialermüdung in Gestalt von Rissen oder Sprüngen in der Struktur. Bei Gondeln, die aus Glasfasergewebe, aus Aramid- oder aus Karbonfasern hergestellt sind, zeigt sich die Materialermüdung in Gestalt von Delamination, Auflösung der Verbindungen oder Rissen zwischen den Schichten.
Bei modernen Gondel- und Mantelstromkanalkonstruktionen dominiert die Verwendung von Strukturen aus Verbundmaterialien, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturbauteil aus Verbundmaterial zu schaffen, das nicht oder nicht in demselben Maß unter den oben beschriebenen potentiellen Problemen der Materialermüdung leidet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strukturbauteil geschaffen, mit einer Vorderseite, die (Material-)Ermüdung erzeugender Energie ausgesetzt ist, wobei das Bauteil eine vordere Schicht aus Verbundmaterial aufweist, die die Vorderseite enthält und die eine Matrix sowie ein sehr ermüdungsfestes Gitter aus Metall oder Metallegierung aufweist, wobei das Gitter in die Matrix eingebettet oder zumindest auf deren Vorderseite teilweise eingebettet ist, und wobei die Matrix eine Kunststoffmatrix mit einer offenzelligen Struktur ist. Die offenzellige Struktur kann durch Agglomeration aus Material hergestellt sein, das in Gestalt von Partikeln vorliegt, oder dadurch, daß Material mittels einer Dispersion oder einer ähnlichen Technik in der flüssigen Phase von einem Matrixmaterialkörper wegtransportiert wird, wobei sich ein Verfestigungsschritt anschließt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hier nachfolgend beschrieben wird, ist die Matrix aus einem flächigen Matrixmaterial hergestellt, in welchem das Gitter eingebettet oder auf dessen Vorderseite teilweise eingebettet ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hier nachfolgend beschrieben werden wird, umfaßt oder enthält das Matrixmaterial ein Kunstharz. Vorzugsweise wird die Matrix hergestellt, indem der Kunststoff mit dem eingebetteten oder auf der Vorderseite teilweise eingebetteten Gitter aushärtet.
Die Matrix kann aus einem Matrixmaterial hergestellt sein, das ein verstärkendes Material oder mehrere verstärkende Materialien enthält. Das verstärkende Material kann in Form von Fasern oder diskreten Teilchen vorliegen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der nachfolgend beschriebenen Erfindung weist die Matrix einen Aufbau auf, der zur Aufnahme von Schallenergie geeignet ist.
Wo das Strukturbauteil als Schalldämmbauteil verwendet werden soll, kann die Matrix vorteilhafterweise ein poröses, durchlässiges, thermoplastisches Material aufweisen oder enthalten, das durch Pulversintern des thermoplastischen Materials herstellbar ist, wobei das Gitter darin eingebettet oder auf dessen Vorderseite teilweise eingebettet ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Matrix ein Kunstharz auf, das mit einem aus verstärkenden Fasern gewebten Gewebe verstärkt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist die vordere Schicht eine Frontteilkomponente, wobei zu dem Bauteil außerdem eine zellenartige Komponente gehört und die zellenartige Komponente eine Vorderseite aufweist, die an die Rückseite der Frontteilkomponente angrenzt. Die zellenartige Komponente kann dann eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zellen mit offenen Enden enthalten, sich die Frontteilkomponente auf der Vorderseite der zellenartigen Komponente über die jeweiligen Enden der Zellen erstreckt, und wobei das Bauteil außerdem eine Rückenteilkomponente umfaßt, die sich auf der Rückseite der zellenartigen Komponente über die jeweiligen Enden der Zellen erstreckt.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt die offenzellige Struktur der Matrix Zellen mit einer vorbestimmten ersten Größe und mit einer vorbestimmten ersten Dichte in der vorderen Schicht, was bewirkt, daß dem Vorbeiströmen einer Gasströmung an der Vorderseite ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird und normales Eindringen von Flüssigkeiten durch die Vorderseite in das Bauteil hinein verhindert wird, und wobei das Bauteil unterhalb der vorderen Schicht eine Bodenschicht aufweist, in der die Zellenstruktur Zellen mit einer vorbestimmten zweiten Größe und mit einer vorbestimmten zweiten Dichte aufweist, die Schallenergie absorbieren.
Das Gitter ist vorzugsweise offen gewebt und kann in Gestalt eines offen gewebten Köpergewebes mit wenigen dicken Kettfäden und zahlreichen dünnen Schußfäden ("open twilled dutch weave") vorliegen. Es ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder Titan hergestellt. Das Gitter weist eine vorbestimmte Dicke und Porosität auf und ist so flexibel, daß es drapierbar ist, um sich an solche doppelt gekrümmten Profile anzuschmiegen, wie sie in Triebwerksgondeln und in Mantelstromkanälen angetroffen werden. Ein typisches Drahtgitter ist bei Wire Weavers Ireland Limited, Limerick, Republic of Ireland, erhältlich.
Alternativ dazu kann das Gitter als Robusta (Robusta ist eine Herstellerbezeichnung) oder Köpergewebe mit wenigen dicken Schußfäden und zahlreichen dünnen Kettfäden ("reverse twilled dutch weave") oder als Leinwandgewebe vorliegen.
Bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Luftfahrzeugtriebwerk geschaffen, das ein Basistriebwerk und ein Gehäuse für das Basistriebwerk aufweist, wobei das Gehäuse ein Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung enthält, das so angeordnet ist, daß dessen Vorderseite der von dem Triebwerk abgegebenen Materialermüdung erzeugenden Energie ausgesetzt ist.
Bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Luftfahrzeugtriebwerk mit einem Basistriebwerk und einer das Basistriebwerk umgebenden Gondelstruktur geschaffen, die eine Einlaufverkleidung aufweist, welche einen Lufteinlaufkanal mit einer Kanalwand begrenzt, die von einem Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet ist oder ein solches enthält, wobei die Vorderseite des Bauteils die Vorderseite der Kanalwand bildet oder ein Teil davon bildet.
Bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Mantelstromluftfahrzeugtriebwerk mit einem Basistriebwerk und einer das Basistriebwerk umgebenden Gondelstruktur geschaffen, die einen Mantelstromkanal mit inneren und äußeren Mantelstromkanalwänden begrenzt, wobei eine oder mehrere der Mantelstromkanalwände von einem Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet ist/sind oder ein solches enthält/enthalten, und wobei die Vorderseite des Bauteils die Vorderseite der Kanalwand bildet oder ein Teil davon bildet.
Bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Mantelstromluftfahrzeugtriebwerk mit einem Basistriebwerk und einer das Basistriebwerk umgebenden Gondelstruktur geschaffen, die einen Mantelstromkanal mit ringförmigen inneren und äußeren Mantelstromkanalwänden bildet, wobei die Gondelstruktur eine Schubumkehreinheit enthält, und wobei die äußere Kanalwand mit einem Schubumkehrauslaß versehen ist. Zu der Schubumkehreinheit gehört eine ringförmige Schiebeverkleidung, die innere und äußere Wände aufweist und die zwischen einer ersten Stellung, in welcher die inneren und äußeren ringförmigen Wände der Schiebeverkleidung den Schubumkehrauslaß abschließen, und einer zweiten Stellung verstellbar, in welcher sie von dem Auslaß abliegen, wobei die innere ringförmige Wand der Verkleidung von einem Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet ist oder diese enthält, und wobei die Vorderseite des Bauteils die Vorderseite der inneren ringförmigen Wand der Schiebeverkleidung oder einen Teil davon bildet. Die innere Mantelstromkanalwand kann auch oder alternativ dazu von einem Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet sein oder dieses enthalten, wobei die Vorderseite des Bauteils die Vorderseite der inneren Mantelstromkanalwand bildet oder ein Teil davon bildet.
Bei einem weiteren nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für ein Strukturbauteil eine aus Verbundmaterial bestehende Frontplatte mit einer Vorderseite geschaffen, die (Material-)Ermüdung erzeugender Energie ausgesetzt ist und eine Matrix aus Kunstharz umfaßt, welche die Vorderseite bildet und ein sehr ermüdungsfestes Gitter aus Metall oder einer Metallegierung enthält, wobei das Gitter in die Matrix eingebettet oder auf deren Vorderseite teilweise eingebettet ist und die Kunstharzmatrix einen offenzelligen Aufbau aufweist. Die Kunstharzmatrix kann durch Pulversintern eines thermoplastischen Materials hergestellt sein, wobei das Gitter darin eingebettet oder auf dessen Vorderseite teilweise eingebettet ist. Alternativ dazu weist die Matrix ein Kunstharz auf, das mit einem aus verstärkenden Fasern gewebten Gewebe verstärkt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung des Strukturbauteils gemäß dem ersten Aspekt zur Schalldämmung in einem Luftfahrzeugtriebwerk vorgeschlagen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteiles mit einer Vorderseite vorgeschlagen, die (Material-) Ermüdung erzeugender Energie ausgesetzt ist, wobei das Bauteil eine vordere Schicht aus Verbundmaterial aufweist, die die Vorderseite enthält und die eine Matrix sowie ein sehr ermüdungsfestes Gitter aus Metall oder Metallegierung aufweist, wobei das Gitter in die Matrix eingebettet oder zumindest auf deren Vorderseite teilweise eingebettet ist, und wobei es zu dem Verfahren gehört, daß die Matrix in teilweise ausgehärteter Form ausgelegt wird, und daß die Matrix in einem Aushärtevorgang Bedingungen zur endgültigen Aushärtung ausgesetzt wird, wobei das Gitter während des letzten Aushärteschrittes mit der Matrix in Berührung gebracht wird, um sich beim Aushärten mit der Vorderseite der Matrix zu verbinden. Vorzugsweise erfolgt das Aushärten in einem Gießwerkzeug, wobei die Vorderseite des Bauteiles an eine Werkzeugoberfläche angrenzt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Schalldämmplatte geschaffen, die eine Komponente gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist oder enthält.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie als Strukturbauteile aus Verbundmaterial für ein Mantelstromtriebwerk verwendet werden, werden nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Mantelstromtriebwerk darstellt, das erfindungsgemäße Strukturbauteile aus Verbundmaterial enthält, und einen oberen Halbschnitt mit einer Mantelstromschubumkehreinheit in einer eingefahrenen Stellung sowie einen unteren Halbschnitt mit der Einheit in einer ausgefahrenen Stellung zeigt.
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Mantelstromtriebwerks in Unterflügelmontage mit dessen nach außen geschwenkten Wartungstüren zeigt,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht von oben eines Strukturbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt eines Endbereichs der in Fig. 3 dargestellten Platte zeigt, die an einem Kanalhaltebauteil befestigt ist; und
Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht von oben eines Strukturbauteils gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Gemäß Fig. 1 umfaßt das dargestellte Mantelstromtriebwerk ein Basistriebwerk 11, welches Bläserschaufeln 2 trägt und von einer Triebwerksgondelstruktur 12 umgeben ist, die einen ringförmigen Mantelstromkanal 13 bildet, um einen gasförmigen Bläser- oder Mantelstrom hoher Geschwindigkeit zu einer ringförmigen Schubdüse 10 zu leiten.
Ersichtlicherweise enthält die Gondelstruktur 12 an ihrem vorderen Ende eine Einlaufverkleidung 14 die mit Schalldämmplatten 15 versehen ist, welche in Form von erf indungsgemäßen Bauteilen vorliegen und die so aufgebaut sind, wie es nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 und 4 beschrieben ist.
Die Gondelstruktur 12 enthält weiterhin an ihrem hintersten Ende eine Schubumkehreinheit 16, die in der oberen Hälfte von Fig. 1 in einer eingefahrenen Stellung und in der unteren Hälfte von Fig. 1 in der ausgefahrenen Stellung gezeigt ist. Die Schubumkehreinheit 16 verwendet die Triebwerksleistung als eine Verzögerungskraft, indem sie die Richtung des gasförmigen Mantelstroms umkehrt. Bei dem gezeigten Triebwerk bildet der kalte Mantelstrom den Hauptteil des Gesamtschubs des Triebwerks, und der Umkehrschub wird ausschließlich von dem Mantelstrom geliefert. Die Schubumkehreinheit 16 ist ein integrales Bauteil des Mantelstromkanals 13 und der Schubdüse 10. Sie ist von der Bauart mit ringförmigem Auslaß mit feststehenden Umlenkschaufeln 23 (Kaskaden), durch die der Gasstrom für die Umkehrschubbetriebsart umgelenkt wird, wie sie in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist. In der in der oberen Hälfte von Fig. 1 dargestellten Vorwärtsschubstellung sind die Kaskaden 23 durch eine Mantelschubumkehrverkleidung 24 abgeschottet, deren Außenwand 25 die aerodynamische Verkleidung der Gondelstruktur 12 bildet und deren Innenwand 26 Teil der Außenwand des Mantelstromkanals 13 ist. In der in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellten Umkehrschubstellung ist die als Schiebeverkleidung bezeichnete Verkleidung 24 nach hinten verschoben, um die Kaskaden 23 freizulegen. An der Innenwand 26 der Schiebeverkleidung befestigte Blockierklappen 29 bewegen sich gemeinsam mit der Schiebeverkleidung 24 und klappen radial nach innen, um den Mantelstromkanal strömungsabwärts zu verschließen, wie es in der unteren Hälfte von Fig. 1 gezeigt ist, um auf diese Weise den gasförmigen Mantelstrom durch die Kaskaden 23 umzulenken.
Das in Fig. 1 gezeigte Luftfahrzeugtriebwerk ist außerdem in Fig. 2 schematisch dargestellt. Es ist mit oben angelenkten, aufgeschwenkten wartungsklappen 27 und 28 gezeigt. Die Schubumkehreinheit 16 ist in zwei C-förmigen Kanalabschnitten 30 und 31 enthalten, die ebenfalls oben angelenkt sind, um Zugang zu dem Basistriebwerk 11 zu schaffen. Die beiden C-förmigen Abschnitte 30 und 31 bilden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, in ihren in Fig. 2 dargestellten, nach unten um das Basistriebwerk herum festgespannten Stellungen eine Innenwand 32 für den Mantelstromkanal 13 und enthalten die Schubumkehreinheit 16, welche die Außenwand des Kanals 13 bildet.
Um die Gefahr eines Versagens des Bauteils durch Materialermüdung zu vermindern, sind die Innenwand 26 der Verkleidung 24 und die Innenwand 32 des Mantelstromkanals im Bereich des Betätigungsmechanismus der Blockierklappen der Schubumkehreinheit 16 mit erfindungsgemäßen Strukturbauteilen 17 und 18 ausgekleidet, die in Form eines schalldämmenden aus Verbundmaterial bestehenden Strukturbauteils vorliegen, das nun mit Bezug auf Fig. 3 und 4 beschrieben wird.
Gemäß den Fig. 3 und 4 weist ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil 33 eine Rückenplatte 34, einen zellenartigen Kern 35 und eine Frontplatte 36 auf.
Der zellenartige Kern 35 umfaßt eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zellen 37 mit offenen Enden und mit sechseckigem Querschnitt, so daß sich ein Bienenwabenaufbau ergibt. Alternativ dazu können natürlich zellenartige Kerne mit nebeneinander angeordneten Zellen anderer Querschnitte verwendet werden.
Die Rückenplatte 34 ist ungelocht und aus einem undurchlässigen Plattenmaterial hergestellt und ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, durch einen Epoxidklebstoff E1 an der Unterseite des zellenartigen Kernes 35 befestigt.
Die Frontplatte 36 ist aus einer Kunststoffmatrix 38 hergestellt, in der ein sehr ermüdungsfestes Gitter 39 aus Metall oder einer Metallegierung eingebettet ist. Das Gitter 39 liegt in Gestalt eines offen gewebten Köpergewebes mit wenigen dicken Kettfäden und zahlreichen dünnen Schußfäden ("open twilled dutch weave") vor, wobei das Gewebe derart ausgebildet ist, daß es Öffnungen zwischen aneinander angrenzenden Kett- und Schußfäden des Gitters schafft.
Das Gitter 39 ist aus rostfreiem Stahl oder Titan hergestellt und kann so gewebt sein, daß es ein Verhältnis von freier Öffnungsfläche zu der Gesamtoberfläche der Platte von etwa 20% bis 40% aufweist. Gleichzeitig ist das Gitter 39 so gewebt, daß jeweils eine relativ große Anzahl seiner Öffnungen innerhalb der Begrenzung jeder Zelle 37 des zellenartigen Kernes 35 liegt.
Die Matrix 38 besteht aus einem porösen, durchlässigen, thermoplastischen Material und kann durch Pulversintern des thermoplastischen Materials in Plattenform hergestellt werden. Beispiele für geeignete thermoplastische Materialien sind Polyetherketon, Polyether-Etherketon, polyaromatisches Keton, Polyphenylensulfid, Polyamidimid, thermoplastisches Polyimid, Polyetherimid, Polyurethan und Polyethylen.
Alternativ dazu kann die Matrix 38 aus einem porösen, durchlässigen Verbundmaterial hergestellt sein, das aus einem im Inneren mit einem oder mehreren verstärkenden Material/Materialien verstärkten thermoplastischen Material gebildet ist.
Das verstärkende Material kann in Gestalt von Fasern vorliegen, und zu der Matrix kann ein Kunstharz ghören, das mit einem Gewebe verstärkt ist, das aus den verstärkenden Fasern gewebt ist.
Alternativ dazu kann das verstärkende Material in Gestalt von einzelnen Fasern vorliegen. Beispiele von geeigneten verstärkenden Materialien in Gestalt von Fasern sind Karbon/Graphit, Fiberglas, Siliziumkarbid, Quarz, Aluminiumoxid, Borkarbid, Aluminiumoxid/Boroxid/Siliziumdioxid, Bor, Asbestfasern und zerschnittene Glasfaserlitzen.
Alternativ dazu kann die Matrix mit verstärkendem Material verstärkt werden, das aus Partikeln besteht. Die diskreten Partikel können aus den folgenden Materialien bestehen:
(1) Pulver, wobei zu den geeigneten Pulvern Marmormehl, Kreidepulver, Dolomit (Magnesium/Kalziumkarbonat), Sand, Siliziumdioxidmehl, Glimmermehl, Glimmerschieferpulver, Vermikulit, Zirkonmehl, Aluminiumpulver und Banumsulfat gehören.
(2) Mikrokugeln, wobei zu den geeigneten Materialien für die Mikrokugeln Karbon und Siliziumdioxid gehören.
(3) Mikrohohlkugeln, wobei zu den geeigneten Materialien für die Mikrohohlkugeln Phenolmaterialien und Siliziumdioxid/Korund/Fisenoxid gehören.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Frontplatte 36 mit Hilfe eines Epoxidklebstoffes E2 an der Oberseite des zellenartigen Kernes 35 befestigt.
Bei der Herstellung des Bauteils 33 ist es vorteilhaft, die Matrix 38 im teilweise ausgehärteten Zustand zu formen und das Gitter 39 damit während des abschließenden Aushärteschrittes zusammen zu bringen. Die Frontplatte 36 kann danach an der Oberseite des zellenartigen Kernes 12 unter Verwendung des Epoxidklebstoffes E2 befestigt werden.
Die Epoxidklebstoffe E1 und E2 sind z.B. bei Ciba- Geigy Plastics & Additives Company Limited of Cambridge, England, erhältlich. Klebstoffe und Kunstharze müssen jedoch nicht Epoxidharzklebstoffe sein, sondern könnten z.B. Phenol-, Polyimid- oder Thermoplastharze sein.
Die Rückenplatte 34 muß ungelocht und aus einem nicht porösen, undurchlässigen Material gefertigt sein und kann aus einem der folgenden Materialien hergestellt werden:
(i) Verbundmaterial aus Karbon/thermoplastischem Kunststoff, wobei der thermoplastische Kunststoff z.B. Polyether-Etherketon ist und das Material automatisch im Bandwickelverfahren oder aber von Hand verlegt wird,
(ii) Karbon/Epoxidharz,
(iii) einer Aluminiumlegierung.
Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, können die Zellen 37 mit Drainageschlitzen 40 versehen werden, damit Kondensat aus der Komponente 33 abzulaufen kann. Der zellenartige Kern 35 ist vorzugsweise aus einer nicht porösen, undurchlässigen Platte aus einem der folgenden Materialien hergestellt:
(i) thermoplastischem Kunststoff, z.B. Polyether-Etherketon,
(ii) Polyestergewebe/Phenolharz,
(iii) Fiberglas/Phenolharz,
(iv) NOMEX/Phenolharz (wobei NOMEX ein eingetragenes Warenzeichen für ein Aramidfaserpapier ist, das mit verschiedenen Harzen imprägniert wurde, um ein strukturiertes Material zu erzeugen; mit "Aramid" ist ein aromatisches Polyamidpolymer gemeint),
(v) einer Aluminiumlegierung,
(vi) einer Titanlegierung.
Bogenförmige Bauteile 33, möglicherweise mit zweiachsiger Krümmung, werden als Strukturbauteile an den Stellen 15, 17 und 18 des in Fig. 1 dargestellten Triebwerks eingebaut, wobei jede Komponente eine von mehreren bogenförmigen Komponenten ist, die sich in Umfangsrichtung um die Gondelstruktur herum erstreckt.
Selbstverständlich ist es wichtig, daß sich kein Teil der Bauteile von seiner Haltestruktur löst. Die Haltestruktur umfaßt üblicherweise Kanalhalteteile, von denen nur ein Bauteil 41 in Fig. 4 gezeigt ist. Das Bauteil 33 ist an dem Bauteil 41 befestigt, indem die Frontplatte 36 mit der Außenseite eines Flansches 42 des Kanalbauteiles 41 unter Verwendung einer Karbon-Karbon-Verbindung 43 verbunden ist und indem die Rückenplatte 34 mit der Außenseite eines Flansches 44 des Kanalbauteiles 41 durch eine Karbon-Karbon-Verbindung 45 verbunden ist. Der Spalt zwischen dem Bauteil 33 und dem Boden 46 des Kanalbauteiles 41 kann unter Verwendung einer Füllmasse 47 versiegelt oder verschlossen werden.
Bei einem in Fig. 5 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat ein Strukturbauteil 331 dieselbe Gestalt wie das mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene Bauteil 33, außer insofern, als die Frontplatte 36 aus Fig. 3 durch eine aus einer Kunststoffmatrix 38¹ hergestellte Frontplatte 36¹ ersetzt ist, auf deren Vorderseite das sehr ermüdungsfeste Gitter 39 aus Metall oder der Metallegierung teilweise eingebettet ist. Wie dargestellt, ragt das Gitter 39 teilweise aus der Kunststoffmatrix 38¹ heraus. Das Gitter 39 kann in die Matrix 38¹ teilweise eingebettet werden, indem das Gitter 39 an einer Werkzeugoberfläche angrenzend aufgelegt und von einer teilweise ausgehärteten Matrixplatte 38 bedeckt wird, und indem die Matrixplatte 38 mit dem Gitter 39 beim endgültigen Aushärteschritt verbunden wird.
Die Matrix 38¹ kann die Form der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Matrix 38 haben oder kann, abhängig von dem Verwendungszweck des Bauteils, andere Formen annehmen. Die Matrix 38¹ eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung ist als Verbundmaterialbauteil ausgebildet, das aus Kunstharz hergestellt ist, welches mit einem aus verstärkenden Fasern gewebten Gewebe, z.B. aus Karbon, verstärkt ist.
Ein Strukturbauteil aus Verbundmaterial, das erfindungsgemäß und wie es mit Bezug auf Fig. 3 und 4 oder 5 der Zeichnung beschrieben ist aufgebaut ist, bietet die folgenden Hauptvorteile:
(1) Das Bauteil enthält ein zusammenhaltendes Element in Gestalt des Gitters 39, das, weil es in dem Ausgangsverbundmaterial gleichzeitig bei dessen Aushärten eingebunden (verklebt) wird, eine übermäßige Bewegung der/an der Bauteiloberfläche verhindert und daher den Aufbau "verdichtet" sowie dazu beiträgt, eine Ablösung oder Delamination auf Grund von Materialermüdung oder Vibration zu verhindern.
(2) Die Anbringung des Gitters 39 an der äußeren porösen Schicht einer Schalldämmplatte beeinträchtigt die akustischen Dämmeigenschaften des Bautells aus Verbundmaterial nicht;
(3) das Gitter 39 hat ein geringes Gewicht und ist einfach anzubringen.
(4) Das Gitter 39 ist gegen umweltbedingte Beschädigung widerstandsfähig, d.h. Beschädigung durch Ozon, Regen, Hagel und Salznebel.
(5) Das Gitter 39 ist gegenüber der Betriebsumgebung widerstandsfähig, d.h. gegenüber Öl, Wasser, Treibstoff, Hydraulikfluiden.
(6) Die Kombination des Gitters 39 mit anderen Bauteilkomponenten der Struktur aus Verbundmaterial führt nicht durch Korrosion zu schädlichen Auswirkungen in dem Gitter 39, wenn es in den unter (4) und (5) genannten Umgebungen eingesetzt wird.
(7) Das Gitter 39 bietet aufgrund seiner gleichmäßigen Elastizität eine weitere zusammenhaltende Eigenschaft, indem es die Bauteiloberfläche gegen Beschädigung durch Bläserpartikel im Falle eines Schadens schützt, falls eine Störung auftritt, der zum Brechen der Bläsereinlaßschaufeln führt.
(8) Indem nachträgliche Aushärtetechniken verwendet werden und indem das Gitter an die werkzeugoberfläche angrenzend gelegt wird, kann eine Oberflächengüte von hoher aerodynamischer Qualität erzielt werden.

Claims

1. Strukturbauteil (33) mit einer Vorderseite, die (Material-)Ermüdung erzeugender Energie ausgesetzt ist, wobei das Bauteil eine vordere Schicht (36) aus Verbundmaterial aufweist, die die Vorderseite enthält und die eine Matrix (38) sowie ein sehr ermüdungsfestes Gitter (39) aus Metall oder Metallegierung aufweist, wobei das Gitter in die Matrix eingebettet oder zumindest auf deren Vorderseite teilweise eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix eine Kunststoffmatrix mit einer offenzelligen Struktur ist.

2. Bauteil (33) nach Anspruch 1, wobei die Matrix (38) aus einem flächigen Matrixmaterial hergestellt ist, in welchem das Gitter eingebettet oder auf dessen Vorderseite teilweise eingebettet ist.

3. Bauteil (33) nach Anspruch 2, wobei das Matrixmaterial ein Kunstharz aufweist oder enthält.

4. Bauteil (33) nach Anspruch 3, wobei die Matrix (38) hergestellt wird, indem der Kunststoff mit dem eingebetteten oder auf der Vorderseite teilweise eingebetteten Gitter (39) aushärtet.

5. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Matrix (38) aus einem Matrixmaterial hergestellt ist, das ein verstärkendes Material oder mehrere verstärkende Materialien enthält.

6. Bauteil (33) Anspruch 5, wobei das verstärkende Material oder eines der verstärkenden Materialien in Form von Fasern vorliegt.

7. Bauteil (33) nach Anspruch 6, wobei die Matrix (38) aus Kunstharz besteht, das mit einem aus verstärkenden Fasern gewebten Gewebe verstärkt ist.

8. Bauteil (33) nach Anspruch 7, wobei die Fasern endlose Fäden aus Glas oder Karbon sind.

9. Bauteil (33) nach Anspruch 5, wobei das verstärkende Material oder eines der verstärkenden Materialien in Gestalt von diskreten Teilchen vorliegt.

10. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Matrix (38) einen Aufbau aufweist, der zur Aufnahme von Schallenergie geeignet ist.

11. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die offenzellige Struktur durch Agglomeration aus Material hergestellt ist, das in Gestalt von Partikeln vorliegt.

12. Bauteil (33) nach Anspruch 11, wobei die Matrix (38) ein poröses, durchlässiges, thermoplastisches Material aufweist oder beinhaltet.

13. Bauteil (33) nach Anspruch 12, wobei die Matrix (38) durch Pulversintern des thermoplastischen Materials hergestellt ist, wobei das Gitter (39) darin eingebettet oder auf dessen Vorderseite teilweise eingebettet ist.

14. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die offenzellige Struktur erhalten wird, indem Material vermittels einer Dispersion oder einer ähnlichen Technik in der flüssigen Phase von einem Matrixmaterialkörper wegtransportiert wird, und wobei sich ein Verfestigungsschritt anschließt.

15. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die vordere Schicht (36) eine Frontteilkomponente ist, wobei zu dem Bauteil außerdem eine zellenartige Komponente (35) gehört, und wobei die zellenartige Komponente eine Vorderseite aufweist, die an die Rückseite der Frontteilkomponente angrenzt.

16. Bauteil (33) nach Anspruch 15, bei dem die zellenartige Komponente (35) eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zellen (37) mit offenen Enden enthält, wobei sich die Frontteilkomponente auf der Vorderseite der zellenartigen Komponente über die jeweiligen Enden der Zellen erstreckt, und wobei das Bauteil außerdem eine Rückenteilkomponente (34) umfaßt, die sich auf der Rückseite der zellenartigen Komponente über die jeweiligen Enden der Zellen erstreckt.

17. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die offenzellige Struktur der Matrix (38) Zellen mit einer vorbestimmten ersten Größe und mit einer vorbestimmten ersten Dichte in der vorderen Schicht (36) ergibt, was bewirkt, daß dem Vorbeiströmen einer Gasströmung an der Vorderseite ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird und normales Eindringen von Flüssigkeiten durch die Vorderseite In das Bauteil hinein verhindert wird, und wobei das Bauteil unterhalb der vorderen Schicht eine Bodenschicht aufweist, in der die Zellenstruktur Zellen mit einer vorbestimmten zweiten Größe und mit einer vorbestimmten zweiten Dichte aufweist, die Schallenergle absorbieren.

18. Bauteil (33) nach Anspruch 17, wobei das Bauteil eine erste zellenartige Komponente, zu der die vordere Schicht (36) gehört, sowie eine zweite zellenartige Komponente (35) mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zellen (37) mit offenen Enden aufweist.

19. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Gitter (39) offen gewebt ist.

20. Bauteil (33) nach Anspruch 19, wobei das Gitter (39) ein offen gewebtes Köpergewebe ist ("open twilled dutch weave").

21. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Gitter (39) aus rostfreiem Stahl besteht.

22. Bauteil (33) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Gitter (39) aus Titan besteht.

23. Verwendung eines Strukturbauteils (33) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Geräuschdämmung in einem Luftfahrzeugtriebwerk.

24. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (33) mit einer Vorderseite, die (Material-)Ermüdung erzeugender Energie ausgesetzt ist, wobei das Bauteil eine vordere Schicht (36) aus Verbundmaterial aufweist, die die Vorderseite enthält und die eine Matrix (38) sowie ein sehr ermüdungsfestes Gitter (39) aus Metall oder Metallegierung aufweist, wobei das Gitter in die Matrix eingebettet oder zumindest auf deren Vorderseite teilweise eingebettet ist, und wobei es zu dem Verfahren gehört, daß die Matrix in teilweise ausgehärteter Form aufgelegt wird, und daß die Matrix in einem Aushärtevorgang Bedingungen zur endgültigen Aushärtung ausgesetzt wird, wobei das Gitter während des letzten Aushärteschrittes mit der Matrix in Berührung gebracht wird, um sich beim Aushärten mit der Vorderseite der Matrix zu verbinden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Aushärten in einem Gießwerkzeug erfolgt, wobei die Vorderseite des Bauteils (33) an eine Werkzeugoberfläche angrenzt.