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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf große Flugzeuge und insbesondere
auf Aufbauten großer
Flugzeuge mit einem vorderen oberen Passagiersitzdeck.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Ertragskraft einer Fluglinie ist direkt mit der Anzahl von Passagieren
und der Menge von frachttragendem Raum, zu deren Transport ihre Flugzeuge
ausgerüstet
sind, verknüpft.
Je größer der Passagiersitzraum,
desto größer sind
die potentiellen Passagiererträge.
In gleicher Weise sind die potentiellen Frachterträge umso
größer, je
größer der
frachttragende Raum ist. Daher kann eine Fluglinie ihre Ertragskraft
erhöhen,
indem sie Passagiersitzplatz und Frachttragfähigkeit vergrößert.
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Ein
Verfahren, einen Passagier- und Frachtraum eines Flugzeugs zu vergrößern, ist
es, die Länge
des Flugzeugrumpfes zu vergrößern. Dieser
Prozess ist allgemein als „strecken" bekannt. Mit dem Strecken
eines Flugzeugs ist eine Anzahl von Problemen verknüpft, umfassend
eine Verringerung des Rotationsspielraums des hinteren Körpers, ein
unverhältnismäßiges Anwachsen
des unteren Frachtraums, eine Verringerung der Manövrierfähigkeit
des Flugzeugs in Flughäfen
und um Flughäfen
herum und eine Verringerung der Fähigkeit des Flugzeugs, in Gates
von Flughäfen
mit Längenbeschränkung zu parken.
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Ein
zweites Verfahren zum Vergrößern des Passagier-
und Frachtraums ist es, ein Hauptsitzdeck voller Länge und
ein zusätzliches
oberes Sitzdeck, welches entweder über die gesamte Länge des Rumpfes, über einem
vorderen oberen Gebiet oder über
einem hinteren oberen Gebiet vorgesehen ist, wobei letzteres beispielsweise
im Dokument
US 5 115 999 offenbart ist,
zu benutzen. Das Vergrößern des
Passagierraums durch die Benutzung eines vorderen, eines hinteren
oder eines vollen oberen Decks ist gegenüber dem Strecken eines Flugzeugs
allgemein bevorzugt, da das sich ergebende Flugzeug in Flughäfen leichter
zu manövrieren
ist und zu größeren Drehwinkeln
während
dem Start und der Landung in der Lage ist. Ein derartiges Flugzeug
weist zudem eine verringerte Strömungsrumpffläche pro Sitz
und daher einen verringerten Luftreibungswiderstand auf einer pro
Sitz Basis auf.
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Es
gibt eine Anzahl von Problemen, welche damit verbunden sind, es
zu versuchen, ein brauchbares Flugzeug mit vollem oberen Deck zu
entwerfen. Ein Problem ist es, dass es schwierig ist, ein großes Flugzeug
mit einem vollen oberen Deck zu entwerfen, welches nicht miteinander
in Konflikt stehende Fluchtwege sowohl von dem Hauptdeck als auch von
dem oberen Deck umfasst. Für
einen Flugzeugaufbau mit einem vollen oberen Deck oder einer vollen
oberen Kabine muss eine hinreichende Anzahl von Türen, welche
mit entfaltbaren Fluchtrutschen ausgerüstet sind, an dem oberen Deck
und auch an dem Hauptdeck bereitgestellt werden, um es allen Passagieren
zu ermöglichen,
in einer Notfallsituation das Flugzeug schnell zu verlassen. Diese
Türen dürfen voneinander
nicht mehr als 60 Fuß in
longitudinaler Richtung beabstandet sein, um die allgemeinen Flugbestimmungen
der Vereinigten Staaten (United States Federal Aviation Regulations)
zu erfüllen.
In vielen Fällen
wird es ein sich ergebendes hohes Risiko geben, dass Rutschen des
oberen Decks, während
sie sich entfalten oder entfaltet sind, an in der Nähe befindliche
Rutschen des unteren Decks und/oder an den Flügel des Flugzeugs stoßen werden
oder auf andere Weise mit diesen in Konflikt geraten. Dies wird
ein besonders herausforderndes Thema für einen großen Flugzeugaufbau mit einer langen
Basissehne und einem niedrigen Flügel. Ein anderes Problem beim
Entwerfen eines brauchbaren Aufbaus mit einem vollen oberen Deck
ist es, dass Flug zeuge mit zwei Decks Verteilungen der Querschnittsfläche über der
longitudinalen Position gemäß der Flächenregel
aufweisen, welche signifikant nicht optimal sind. Daher leiden Aufbauten
mit vollem oberen Deck typischerweise unter einem relativ hohem
Grad von Luftwiderstand bei Flug nahe der Schallgeschwindigkeit.
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Daher
besteht ein Bedürfnis
nach einem verbesserten Aufbau eines großen Flugzeugs mit vergrößerter Sitzkapazität bezogen
auf einen Aufbau mit einem einzigen Deck ohne einen übermäßig langen Rumpfkörper und
ohne die Evakuierungsherausforderungen oder Leistungsnachteile eines
vollen oberen Decks hervorzurufen. Die vorliegende Erfindung ist
darauf gerichtet, dieses Bedürfnis
zu erfüllen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit dieser Erfindung wird ein Passagiertransportflugzeug gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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In Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel des
oberen mittleren Abschnitts als nicht unter Druck stehende Verkleidung
gebildet, welche keine Verbindung zwischen dem vorderen und dem
hinteren oberen Deck bietet. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
umfasst der obere mittlere Abschnitt ein unter Druck gesetztes durchführendes
Segment mit einem Durchgangsweg, welcher das vordere und hintere obere
Deck miteinander verbindet. In ausgewählten Alternativkonfigurationen
wird dieses unter Druck gesetzte Segment für Schlaf-, Wasch-, Lager- und/oder Bordkücheneinrichtungen
benutzt.
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Gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung ist eine Gesamtquerschnittsfläche des Rumpfes in dem longitudinalen
Abschnitt zwischen dem vorderen und hinteren oberen Deck ver ringert, was
einen nützlichen
Luftwiderstandsverringerungseffekt gemäß der „Flächenregel" bei einem Flug nahe der Schallgeschwindigkeit
ergibt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Außenflächenscheitellinie
in dem Mittelabschnitt im Bereich von etwas 0,5 Meter bis etwa 1,5
Meter niedriger als die Scheitellinie der Außenoberfläche des vorderen oberen Abschnitts.
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Die
vordere obere Kabine umfasst bevorzugt mindestens eine Treppe, welche
sie mit dem vorderen Abschnitt des Hauptdecks verbindet, und die
hintere obere Kabine umfasst bevorzugt mindestens eine Treppe, welche
sie mit dem hinteren Abschnitt des Hauptdecks verbindet.
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In Übereinstimmung
mit noch anderen Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung umfasst das vordere obere Deck zumindest ein Paar
von Evakuierungsseitentüren
und das hintere obere Deck umfasst mindestens ein Paar von Evakuierungsseitentüren, wobei
das vordere obere Deck und das hintere obere Deck zum Zwecke der
Evakuierung als getrennte Kabinen behandelt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der longitudinale Abstand zwischen der hinteren Kante der hintersten
Türe der
vorderen oberen Kabine und der vorderen Kante der vordersten Türe der hinteren
oberen Kabine größer als
60 Fuß.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Der
vorstehende Aspekt und viele vorliegenden Vorteile von Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung werden leichter geschätzt, wenn dieselben durch Bezugnahme
auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der
beigefügten
Zeichnung besser verstanden werden, wobei:
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1 eine
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Flugzeugs mit zwei oberen Decks ist, welches in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildet wurde,
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2A eine
Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Flugzeugs mit zwei oberen Decks ist, welches in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildet wurde,
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2B eine
Draufsicht auf eine Anordnung eines mittleren oberen Abschnitts
eines zweiten Ausführungsbeispiels
mit einer Anzahl von Besatzungsschlafeinrichtungen ist,
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3 eine
Querschnittsansicht entlang von Linien 3-3 von 1 und 2 ist, und
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4 eine
graphische Darstellung verschiedener Querschnittsflächen ist,
welche relativ zu einer graphischen Darstellung der optimalen Whitcomb-Kurve
gezeigt werden.
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Detaillierte Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Bezugnehmend
auf 1 und 2A sind zwei Ausführungsbeispiele
eines Flugzeuges 10 mit zwei oberen Decks, welches in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildet ist, bereitgestellt. Das
Flugzeug umfasst einen Rumpf 12 mit einem Hauptpassagiersitzdeck 14,
einem vorderen oberen Passagiersitzdeck 16 und einem hinteren
oberen Passagiersitzdeck 18. Das vordere obere Deck ist hinter
dem Cockpit angeordnet. Das hintere obere Deck 18 ist im
Wesentlichen hinter dem Mittelabschnitt des Flügels angeordnet. Ein mittlerer
oberer Abschnitt 20 ist an einem longitudinalen Ort zwischen dem
vorderen und hinteren oberen Deck angeordnet. Der mittlere Abschnitt
umfasst eine Querschnittsfläche,
welche wesentlich kleiner ist als die Querschnittsfläche des
vorderen oder hinteren oberen Decks. Der mittlere obere Abschnitt
steht nicht zum Sitzen zur Verfügung
und wird daher nicht als Passagiersitzkabine betrachtet. Der mittlere
obere Abschnitt kann gemäß einer
Vielzahl von Wegen gebildet sein, umfassend die Ausführungsbeispiele,
welche unten beschrieben sind und in 1, 2A und 2B gezeigt
sind.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 1 umfasst der mittlere Abschnitt 20 eine
Verkleidung 22, welche die äußere Rumpfform zwischen dem
vorderen und hinteren oberen Passagierdeck überbrückt. Der mittlere Abschnitt
selbst ist, obwohl er als Teil des Rumpfes gebildet ist, getrennt
von den Kabinenstrukturen und kann daher nicht unter Druck gesetzt
werden. 3 stellt einen repräsentativen
Rumpfquerschnitt in den Doppeldeckabschnitten dar, welche bevorzugt
als Kombination eines unteren Kreises mit einem Radius R1 und einem oberen Kreis mit einem Radius
R2, welcher kleiner ist als R1,
gebildet sind. Andere, nicht kreisförmige Bogenformen können benutzt
werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Rumpf an dem vorderen Doppeldeck bezüglich der Querschnittsgröße ähnlich dem
Rumpfabschnitt an dem hinteren Doppeldeck. Der zwischen dem vorderen
und hinteren Doppeldeck angeordnete Rumpfabschnitt weist eine Querschnittsform
auf, welche nur dem unteren Kreis entspricht. Die Verkleidung des mittleren
Abschnitts weist eine geringere Höhe auf als die vorderen oder
hinteren Doppeldeckrumpfabschnitte. Dies gibt der oberen Oberfläche des
Rumpfes ein Erscheinungsbild mit zwei „Buckeln" oder umgekehrt einer mittleren „Senke" wie in 1 gezeigt und
mit Teil 24 bezeichnet.
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Immer
noch auf das Ausführungsbeispiel von 1 bezugnehmend
umfasst der mittlere Abschnitt 20 keinen durchgehenden
Gang oder eine Verbindung in irgendeiner Weise zwischen dem vorderen
und hinteren oberen Deck. Um das Flugzeug während Notfällen zu verlassen, sind ein
oder mehrere Paare von Seitentüren 26, 28 sowohl
in dem vorderen als auch in dem hinteren oberen Deck verfügbar. Das
Hauptdeck 14 umfasst eine Anzahl von Paaren von Seitentüren 30,
welche longitudinal entlang des Rumpfes beabstandet sind. Die Ausgangstüren sind
bevorzugt herkömmliche
Türen vom
Typ „A". Es ist wichtig,
die Platzierung der Ausgangstüren
des oberen Decks longitudinal mit den Ausgangstüren des Hauptdecks abzuwechseln,
so dass ihre jeweiligen Evakuierungsrutschen sich während der
Benutzung nicht behindern werden. Weiterhin sind zwischen dem vorderen
oberen Deck und dem Hauptdeck als Teil 34 angezeigt und
zwischen dem hinteren oberen Deck und dem Hauptdeck als Teil 36 angezeigt
eine oder mehrere Treppen vorgesehen.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Flugzeuges mit zwei oberen
Decks ist in 2A gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der mittlere Abschnitt 20 ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel,
was einschließt,
dass er eine verringerte Querschnittsfläche relativ zu den Querschnittsflächen des
vorderen und hinteren Doppeldecks aufweist. Der mittlere Abschnitt
des zweiten Ausführungsbeispiels
umfasst jedoch weiterhin ein strukturelles Durchführungssegment 40,
in welchem ein unter Druck gesetzter Durchgangsweg vorgesehen ist, um
zwischen dem vorderen und hinteren oberen Deck zu verbinden. Alternativ
kann der mittlere obere Abschnitt unter Druck gesetzt sein und für Schlafeinrichtungen
für Besatzung
und/oder Passagiere, Waschräume,
Bordküchen,
Speicherraum und/oder andere Speichernutzungen benutzt werden. 2B stellt
ein Ausführungsbeispiel
dar, in welchem der mittlere obere Abschnitt 20 eine Anzahl
von Schlafkojen oder persönlichen
Raumeinheiten 25 umfasst, welche als eine Passagierschlafeinrichtung
oder Besatzungsausruheinrichtung nutzbar sind. Das Ausführungsbeispiel
umfasst weiterhin eine Bordküche 41,
welche eine Bordküchenwaagenstaufläche beinhaltet,
einen Wasch raum 42 und einen Schrank oder eine Speicherfläche 43.
Es ist zu bemerken, dass alternative Anordnungen dieser Merkmale,
beispielsweise die Benutzung von transversal ausgerichteten Kojen
anstelle von longitudinal ausgerichteten Kojen, in Abwandlungen
dieses Ausführungsbeispiels
ebenso machbar sind.
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Die
Hinzufügung
eines Durchgangsweges zwischen dem vorderen und hinteren oberen
Deck ist insofern wünschenswert,
als dass sie eine alternative Ausgangsroute für die Passagiere des vorderen
und hinteren oberen Decks bereitstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist der unter Druck gesetzte Durchgangsweg eine Größe auf,
einen stehenden Erwachsenen durchschnittlicher Höhe und Breite aufzunehmen.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
weist der mittlere Abschnitt eine geringere Höhe als entweder der vordere
oder hintere Deckrumpfabschnitt auf, was das zweibucklige Erscheinungsbild
des Rumpfes aufrecht erhält.
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Die
Größe der Senke
in dem mittleren oberen Abschnitt wird stark von der Größe und dem
Aufbau des jeweiligen Flugzeuges abhängen. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die obere Außenoberfläche (Scheitellinie)
des mittleren oberen Abschnitts 20 im Bereich von etwa
0,5 Meter bis etwas 1,5 Meter unterhalb der oberen Außenoberfläche des
vorderen oberen Abschnitts.
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Die äußere Form
der vorliegenden Erfindung stimmt nicht mit bekannten Flugzeugdesignübungen überein.
Insbesondere ist die Außenform
mit zwei Buckeln der vorliegenden Erfindung zu typischen strukturellen
Designzielen des Bereitstellens einer maximalen Rumpfhöhe, um effizient
auf Rumpfbiegemomente einzuwirken, entgegengesetzt. Daher erscheint
die Senke in der oberen Oberfläche
in dem Rumpf verglichen mit einem Doppeldeckflugzeugaufbau mit konstantem
Querschnitt als strukturell nicht optimal. Verglichen mit einem
Flugzeug mit nur einem Hauptdeck oder einem Flugzeug mit nur einem teilweisen
oberen Deck mit derselben Passagieranzahl ist die zweibucklige Anordnung
der vorliegenden Erfindung pro Sitz gerechnet effizienter, da der
Einzeldeckquerschnitt über
dem Flügel
ein noch höheres
Biegemoment aufgrund des beträchtlich
längeren hinteren
Rumpfs, welcher erforderlich ist, zusätzliche Passagiere aufzunehmen,
tragen muss.
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Die
Erfinder haben hier entdeckt, dass das Vorsehen einer Senke in der
oberen Oberfläche
in der Tat den aerodynamischen Luftwiderstand verringern kann, sowohl
den parasitären
als auch den Wellenwiderstand. Die Vorteile dieser Luftwiderstandsverringerungen übertreffen
jegliche damit verbundenen strukturellen Nachteile und Gewichtsnachteile. 4 ist
eine graphische Darstellung einer Volumenverteilung eines in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Flugzeugs verglichen mit
der Whitcomb-Körpervolumenverteilungskurve. Als
Hintergrund bezüglich
der Flächenregeltheorie
ist es eine wichtige aerodynamische Betrachtung beim Entwurf von Überschall-
und Hochunterschallflugzeuganordnungen, den Wellenwiderstand zu
minimieren, eine Art von Druckwiderstand aufgrund der Bildung von
Verdichtungsstößen entlang
den Flugzeugoberflächen.
Es wurde gezeigt, dass der Wellenwiderstand mit Veränderungen
in der Querschnittsfläche
des Flugzeugs in der longitudinalen Richtung, auch als „Volumenverteilung" bezeichnet, zusammenhängt. Verschiedene
optimale Körperformen wurden
gefunden, wobei die Bezugskurve von 4 diejenige
eines Whitcomb-Körpers
ist. Daher weist eine gute Flächenverteilung
unter dem Gesichtspunkt des Wellenwiderstands Änderungen der Flugzeugquerschnittsfläche auf,
welche longitudinal in einer Weise verteilt sind, dass sie die größte Fläche unter
der Kurve ausfüllen
und weiche Übergänge beinhalten.
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Falls
ein Überschall-(und
Hochunterschall-)Flugzeug mit einer Volumenverteilung ähnlich der
Whitcombverteilung entworfen werden könnte, hätte ein derartiges Flugzeug
beim Erreichen von Überschallgeschwindigkeit,
Mach 1,0, minimalen Wellenwiderstand. Da die Hauptbeitragenden zu
der Querschnittsfläche
der Flügel
und der Rumpf sind, ist das Ziel für die meisten Entwickler, die
Volumenverteilungsform zu glätten.
Manche Entwickler haben dies für Überschallflugzeuge
getan, indem die Breite des Rumpfs bei den Flügeln verringert wurde, so dass
in Draufsicht dem Rumpf eine Sanduhr- oder „Colaflaschen"-Form gegeben wird.
Das Ausgestalten in Form einer Colaflasche wurde auf Militärflugzeuge
mit verschiedenen Waffentyplasten und auf treibstofftanksbeherbergende
Rumpfstrukturen angewendet. Horizontale Flächenregelung mit ganzen Passagiersitzen
führt zu
Ineffizienzen innerhalb der Übergangsbereiche
und wird als solche als nicht gangbare Alternative betrachtet.
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Die
Erfinder haben hier entdeckt, dass das Ausgestalten des Rumpfes
in Form einer Colaflasche in der vertikalen Ebene, um die Rumpfquerschnittsfläche an dem
Ort der Flügel
zu verringern, ebenso die gewünschten
Flächenregelvorteile
geben wird. Zudem ermöglicht
das eine effizientere ganzzahlige Passagiersitzanordnung. Weiterhin
verringert ein Flugzeug mit einem in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung gebildeten Rumpf im Gegensatz zu herkömmlichem Wissen bezüglich aerodynamischen
Rumpfentwurfs tatsächlich
den gesamten Luftwiderstand des Flugzeugs pro Sitz gerechnet bezogen
auf entweder ein volles oberes Deck oder ein vorderes oder hinteres
oberes Deck alleine. Mit der Flächenregel
wird zudem ein Vorteil bezüglich
der Reisegeschwindigkeit für
einen gegebenen Flügelentwurf
entstehen.
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Detaillierter
und bezugnehmend auf 4 stellt die durchgezogene Linie 50 die
Flächenverteilungskurve
für ein
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gebildetes Flugzeug dar. Die gestrichelte
Linie 60 stellt eine graphi sche Darstellung der Flächenverteilung
für bekannt
Flugzeugaufbauten mit nur einem vorderen oberen Deck dar. Damit entspricht
das mit 80 bezeichnete schattierte Gebiet einer Verringerung
des Luftwiderstands bei der graphischen Darstellung der vorliegenden
Erfindung 50 relativ zu der graphischen Darstellung 60 des
einzelnen oberen vorderen Deckaufbaus. Das Feinheitsverhältnis, welches
die totale Länge
durch einen äquivalenten
Durchmesser teilt, ist günstig
(hoch), da die verringerte Körperquerschnittsfläche mit
der maximalen Flügelquerschnittsfläche zusammenfällt.
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Die
Strichpunktlinie 70 stellt eine graphische Darstellung
der Flächenregel
für einen
Aufbau mit einem volleren oberen Deck dar. Die Strichpunktlinie 70 würde eine
höhere
Whitcomb-Körperlinie
erfordern, da die größte Fläche des
Aufbaus mit vollem oberen Deck sich über die gezeigte Whitcomb-Körperkurve erstreckt. Eine passende
Vergrößerung der Whitcomb-Körperkurve
würde zu
einer sogar noch größeren Lücke vor
und hinter den Flügeln
führen, was
zu einem größeren Luftwiderstand
für diesen Aufbau
führen
würde.
Wie aus der Betrachtung von 4 ersichtlich
werden wird, verringert die zusammengezogene Rumpfform in dem mittleren
Abschnitt der vorliegenden Erfindung dort die Querschnittsfläche, was
dieses Übermaß vermeidet.
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Wie
aus dem oben stehenden ersichtlich, vergrößern Gestaltungen mit vorderem
und hinterem oberen Deck der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
wesentlich die Passagiersitzkapazität, ohne dass das Flugzeug gestreckt
werden muss. Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel weisen einen zusätzlichen
Vorteil des Vermeidens der Leistungseinbußen einer Gestaltung mit vollem
oberen Passagierdeck auf. Diese einzigartigen Körpergeometrien führen zu
geringerem Wellenwiderstand und akzeptablen Rumpfluftflusseigenschaften.
Bei allen Ausführungsbeispielen
ermöglicht
die Benutzung von einem oder mehreren Ausgangstürenpaaren des oberen Decks
in jeder der oberen Kabinen, welche abwechselnd mit den Ausgangstüren des
Hauptdecks beabstandet sind, es, eine Evakuierung der Passagiere
schnell und mit minimalen Störungen
zu erreichen.
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Während verschiedene
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung hier beschrieben und dargestellt wurden, ist zu verstehen,
dass verschiedene Modifikationen an dem Flugzeug mit zwei oberen
Decks vorgenommen werden können,
ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind somit als beispielhaft zu betrachten, und die Erfindung sollte
nur wie in den folgenden Ansprüchen
definiert ausgewertet werden.