GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft ein kufenartiges Landegestänge für Helikopter.
STAND DER TECHNIK
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, ein stangenartiges elastisches Element
vorzusehen, das ausgelegt ist, um Energie zu absorbieren. Beispielsweise offenbart
das französische Patent Nr. 1272208 von Derschmidt ein solches Element, das aus
mehreren Komponenten besteht.
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Auf dem Gebiet von Helikopterkufen ist es bekannt, die Kufe aus einem hohlen,
röhrenförmigen Element aufzubauen, das mit den Landestreben des Helikopters
verbunden ist. Wegen der Gefahr eines Durchbrechens der Kufen und zu dem
Zweck, um einen Teil der Spannung auf Grund des Gewichts des Helikopters über
das gesamte röhrenförmige Element zu verteilen, wird gelegentlich eine größere
Wanddicke an den oberen und unteren Abschnitten des Elements vorgesehen.
Trotzdem zeigen Spannungsuntersuchungen, dass solche aus dem Stand der
Technik bekannten Strukturen auf vergleichsweise hohe und ungleichmäßige
Belastungen anfällig sind. Eine alternative Maßnahme, um eine solche Belastung zu
verringern, bestand im Stand der Technik darin, eine hydraulische Vorrichtung zwischen
der Kufe und dem Rahmen des Helikopters vorzusehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung umfasst eine Kufen für einen Helikopter mit einer Wand, die ein
längliches, einstückiges, zylindrisches Rohr und einen Steg aufweist, der sich
vertikal längs der Längsachse der Kufe zwischen einem unteren Abschnitt und einem
oberen Abschnitt der Wand erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Erfindung eine solche Kufe, bei
der die oberen und die unteren Abschnitte der Wand eine konisch zulaufende Dicke
aufweisen, mit Maxima dort, wo der Steg auf die oberen und die unteren
Abschnitte trifft und wobei sich die Wandstärke mit einer Winkelverschiebung entlang
der Wand weg von der vertikalen Achse des Stegs verkleinert.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Erfindung außerdem einen
dickeren Abschnitt entlang von jeder der Seiten des Rohrs.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Erfindung außerdem eine
Anzahl von horizontalen Elementen, die sich entlang der horizontalen Achse des
Rohrs zwischen den Seiten des Rohrs in regelmäßigen Abständen über die gesamte
Längsausdehnung des Rohrs erstrecken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die Erfindung kann besser unter Bezugnahme auf die nun folgende ausführliche
Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verstanden werden, worin:
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Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer rohrförmigen Kufe für einen
Helikopter gemäß dem Stand der Technik ist;
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Kufe für einen Helikopter gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
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Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Struktur in Fig. I unter einem
bestimmten Bodenlastzustand ist, wobei die Spannungsmessungen unter Bezugnahme
auf die Tabelle I unten angegeben sind;
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Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Struktur in Fig. 2 unter demselben
Lastzustand wie in Fig. 3 ist, wobei die Spannungsmessungen unter Bezugnahme auf
die Tabelle I unten angegeben sind;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Kufe für einen Helikopter gemäß der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Struktur in Fig. 1 unter einem
bestimmten Seitenlastzustand ist, wobei die Spannungsmessungen unter Bezugnahme
auf die nachfolgende Tabelle I angegeben sind;
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Fig. 7 eine Querschnittsansicht der Struktur in Fig. 2 unter demselben
Lastzustand wie in Fig. 6 ist, wobei Spannungsmessungen unter Bezugnahme auf die
nachfolgende Tabelle I angegeben sind; und
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Fig. 8 eine Querschnittsansicht der Struktur in Fig. 5 unter demselben
Lastzustand wie in Fig. 6 ist, wobei Spannungsmessungen unter Bezugnahme auf die
nachfolgende Tabelle I bezeichnet sind.
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Bezugnehmend zunächst auf die Fig. 1, ist eine typische Kufe 10 für einen
Helikopter gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Kufe besteht aus einem
länglichen Rohr 11. Der obere Abschnitt 12 und der untere Abschnitt 14 des Rohrs sind
im Vergleich zu den seitlichen Abschnitten 16 und 18 dicker, so dass die Kufe bei
einer Landung seine Unversehrtheit im Wesentlichen bewahren kann, wenn die
Kufe bei einer Landung auf Felsen oder spitze Objekte stößt und so dass die
Spannungen über die gesamte Kufe zu verteilt werden. Eine solche Struktur gemäß dem
Stand der Technik ist jedoch nicht besonders wirksam bei der Verteilung der
Spannung, welche die Kufe während einer Landung erfährt. In solchen Fällen ist die
Kufe anfällig auf vergleichsweise große Spannungen, insbesondere am unteren
Abschnitt 14, und folglich ist sie vergleichsweise anfällig auf ein Durchbohren.
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Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Kufe gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. Die Kufe besteht aus einem geraden, länglichen, zylindrischen Rohr
mit einer Wand 20, die aus einem geeigneten Material hergestellt ist,
beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung.
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Ein vertikaler Steg 22 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des
Rohrs entlang der Längsachse des Rohrs zwischen dem oberen Abschnitt 24 und
dem unteren Abschnitt 26.
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Der obere Abschnitt 24 und der untere Abschnitt 26 der Wand umfassen eine
allmählich zunehmende und konisch zulaufende Verdickung, die ihr Maximum
entlang der vertikalen Achse des Stegs 22 hat, dort wo der Steg auf den oberen und
den unteren Abschnitt 24 und 26 trifft, und die Dicke verkleinert sich bei einer
Winkelverschiebung entlang der Wand weg von der vertikalen Achse. Der Steg 22
ist vorzugsweise einstückig mit dem verdickten oberen und unteren Abschnitt 24
und 26 ausgebildet, das Prinzip der Erfindung findet jedoch auch Anwendung für
den Fall eines einführbaren, stegartigen Stücks, das in das Rohr in ausreichendem
Kontakt mit den verdickten Wänden des oberen und unteren Abschnitts eingeführt
oder in anderer Weise angeordnet würde, um die durch dieses verlaufenden
Spannungen zu verteilen.
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Dickere Abschnitte 28 und 30 der Wand 20 sind entlang den Seiten des Rohrs
vorgesehen. Ohne die Abschnitte 28 und 30 würde die Struktur gemäß Fig. 2 eine um
10% größere Biegungssteifigkeit in vertikaler Richtung und eine um 7,5% kleinere
horizontale Biegungssteifigkeit im Vergleich zu der Struktur gemäß Fig. 1 haben.
Das Hinzufügen der Abschnitte 28 und 30 sorgt für eine zusätzliche Steifigkeit
gegen ein Verbiegen in der horizontalen Ebene. Die Abschnitte 28 und 30 sind
auch dafür nützlich, um eine Oberfläche bereitzustellen, um die Querbolzen zu
verbinden, die dazu verwendet werden, um die Landestreben mit der Kufe zu
verbinden.
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Testergebnisse einer Spannungssimulation demonstrieren, dass die Struktur gemäß
der Erfindung für eine signifikant bessere Verteilung der Spannungen sorgt, die
während einer Landung auf die Kufe wirken. Die Ergebnisse solcher Tests für die
Strukturen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sind in Fig. 3 bzw. Fig. 4 gemeinsam mit der
nachfolgenden Tabelle I dargestellt, in der die Spannungsmessungen für die Stelle
bzw. Stellen gezeigt sind, die durch das jeweilige Bezugszeichen bezeichnet ist
bzw. sind.
Tabelle I
Bezugszeichen MPa (Ibs/in²)
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100 4068 (590,000)
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101 1724 (250,000)
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102 621 (90,000)
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103 2068 (300,000)
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104 62 (9,000)
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105 172 (25,000)
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106 14 (2,000)
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107 276 (40,000)
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108 345 (50,000)
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109 69 (10,000)
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110 758 (110,000)
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111 1241 (180,000)
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112 1448 (210,000)
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113 207 (30,000)
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114 448 (65,000)
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115 1138 (165,000)
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116 724 (105,000)
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117 689 (100,000)
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118 483 (70,000)
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119 248 (36,000)
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120 34 (5,000)
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121 138 (20,000)
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In der aus dem Stand der Technik bekannten Struktur gemäß Fig. 1, wenn eine
Druckkraft von 2720 kg (6000 lbs.) auf die Unterseite der Kufe über eine Fläche
von 9,5 mm · 38 mm (3/8" · 1 1/2") (Fläche A) angelegt wird, treten die größten
Spannungen im Bereich der auftretenden Belastung auf und haben eine Größe von
etwa 2068 MPa (300.000 Psi). In dem Bereich der Seiten 16 und 18 der Struktur
haben die Spannungen eine Größe von etwa 1724 MPa (250.000 Psi). In der
Struktur gemäß Fig. 2, wenn dieselbe Belastung auf dieselbe Fläche A angelegt
wird, werden die Spannungen in dem Steg 22 verteilt, wobei die maximalen
Spannungen eine Größe von etwa 276 MPa (40.000 Psi) aufweisen und in dem Bereich
des Stegs selbst auftreten. Man wird es deshalb zu schätzen wissen, dass die
Struktur gemäß der Erfindung für erheblich bessere
Spannungsverteilungseigenschaften sorgt und gleichzeitig den Widerstand gegen ein Durchbohren der Kufe
während der Landung verbessert.
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Fig. 5 stellt die bevorzugte Ausführungsform der Kufe gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. In der bevorzugten Ausführungsform verlaufen horizontale
Elemente 32 horizontal zwischen den verdickten Abschnitten 28 und 30 der Kufe in
gleichmäßigen Abständen über die gesamte Längserstreckung der Kufe.
Horizontale Elemente 32 sind vorzugsweise hohle Rohre, die einstückig mit Abschnitten 28
und 30 der Wand ausgebildet sind und die durch geeignete Öffnungen in dem Steg
22 verlaufen.
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Testergebnisse einer Spannungssimulation demonstrieren, dass die bevorzugte
Ausführungsform eine Spannung über die gesamte Struktur besser verteilt als sowohl
die bevorzugte Ausführungsform oder die Struktur gemäß dem Stand der Technik,
wenn eine seitliche Belastung einwirkt. Die Ergebnisse solcher Tests für die
Strukturen gemäß Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 5 sind in Fig. 6, Fig. 7 bzw. Fig. 8
gemeinsam mit Tabelle I dargestellt. In der aus dem Stand der Technik bekannten
Struktur gemäß Fig. 1, wenn eine Druckkraft von 1360 kg (3000 lbs.) auf eine der
Seitenwände der Kufe über eine Fläche von 15 mm · 64 mm (3/5" · 2 1/2")
(Fläche B) angelegt wird, treten die größten Spannungen in dem Bereich auf, wo die
Belastung angelegt wird, und haben eine Größe von etwa 1448 MPa (210.000 Psi).
Bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2, wenn dieselbe Belastung auf
dieselbe Fläche B angelegt wird, haben die maximalen Spannungen eine Größe von
etwa 1138 MPa (165.000 Psi) und treten in dem Bereich nahe dem verdickten
Abschnitt auf derjenigen Seite auf, auf die die Belastung einwirkt. Bei der
bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 5, wenn dieselbe Belastung auf dieselbe Fläche B
wirkt, haben die maximalen Spannungen eine Größe von nur 483 MPa (70.000 Psi)
und treten sowohl in dem Bereich nahe dem verdickten Abschnitt auf derjenigen
Seite, wo die Belastung anliegt, als auch in dem Bereich des Stegs 20 nahe dem
oberen Abschnitt der Wand auf. Man wird es deshalb zu schätzen wissen, dass die
Struktur gemäß der bevorzugten Ausführungsform auch erheblich bessere
Spannungsverteilungseigenschaften bietet, wenn eine Belastung auf die Seite der Kufe
einwirkt.
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Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass bestimmte Varianten der
ersten und der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung realisiert werden
können, ohne von den Prinzipien der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 definiert
sind, abzuweichen.