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Wandausschnitt in Höhenkammern von Flugzeugen Die Erfindung erstreckt
sich auf Wandausschnitte in. unter Überdruck stehenden, von der Kugelgestalt abweichenden
Nutzräumen von Flugzeugen mit zumindest angenähert biegungsfreien Einfassungen.
Es ist bereits bei kugelförmigen, unter innerem Überdruck stehenden Gondeln von
Freiballonen bekannt, kreisförmige Ausschnitte für die Fenster und Einstiegöffnungen
anzuordnen. In diesem Sonderfall eines Membrankörpers mit einer in, allen Richtungen
nach dem gleichen Krümmungsradius gewölbten Oberfläche ergibt die fertigungsmäßig
vorteilhafteste kreisrunde Form der Ausschnitte zufällig auch gleichzeitig die festigkeitsmäßig
günstigste Belastung der Einfassungsglieder, die unter den ringsherum gleichmäßig
angreifenden Hautkräften rein auf Zug beansprucht werden. Die Kugelform besitzt
jedoch andererseits einen derart hohen Luftwiderstandsbeiwert, daß sie für unter
überdruck stehende Nutzräume in schnell- bewegten Luftfahrzeugen völlig ungeeignet
ist.
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Man ist deshalb, für Überdruckräume in Flugzeugen von der Kugelgestalt
abgewichen und verwendet statt dessen andere, vorwiegend von. Membranfiächen begrenzte
Raumformen. Unter Membranflächen sind dabei alle solchen Oberflächenformen zu verstehen,
die unter :einem inneren Überdruck allein durch in der Hautebene wirkende Kräfte
im Gleichgewicht gehalten werden. Für solche Flächen gilt die allgemeine Bedingung,
daß die Summe der Flächenkrümmung in zwei . zueinander senkrechten Ebenen konstant
sein muß, also Am häufigsten werden derartige
Druckkörper als Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt, wie sie vom
Dampfkesselbau her allgemein bekannt sind. Im Dampfkesselbau ist es auch bereits
bekannt, Ausschnitte in der
Kesselwandung zum Begehen des Kesselinnenraumes
als sog. Mannlöcher in Anpassung an die Querschnittsform des menschlichen Körpers
oval auszuführen, wobei jedoch abweichend von der an sich bekannten theoretisch
richtigeren Lage mit Lage der großen Achse senkrecht zur Kesselachse meistens die
große Achse des Ausschnitts parallel zur Kesselachse angeordnet wird.
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Gemäß der Erfindung können nun auch Wandausschnitte in derartigen
unter überdruck stehenden, von der Kugelgestalt abweichenden Nutzräumen von Flugzeugen
dadurch mit zumindest angenähert biegungsfreien Einfassungen ausgeführt werden,
daß die Begrenzungslinien der Ausschnitte in den als Membranflächen ausgebildeten
Wartdungsteilen angenähert dem Verlauf eines Seiles nachgeformt werden, das durch
die am Ausschnitt angreifenden Hautkräfte auf Zug beansprucht wird. Durch diese
Maßnahme gelingt es, die den Wandausschnitt einfassenden Randglieder auch in den
von der Kugelform abweichenden Membranflächen nahezu von allen Biegungsbeanspruchungen
aus dem Rauminnendruck zu entlasten, so daß diese Randglieder erheblich dünner und
entsprechend leichter als bisher ausgeführt werden können. Bei einem üblicherweise
als Kreishohlzylinder ausgebildeten Raum stehen nun z. B. die in Umfangs- und Längsrichtung
wirkenden Hautkräfte je Längeneinheit im Verhältnis
Für eine solche Kreiszylindei-fläche ergibt sich daraus als günstigste Wandausschnittsform
nach der Erfindung ein aufrecht stehendes Langrund, bei dem die Durchmesser in Hoch-
und Querrichtung im Verhältnis 1.'#" i stehen.
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Falls die Nutzräume beispielsweise zur günstigeren Ausnutzung des
Rumpfquerschnittes nur zu einem Teil von Membranflächen gebildet werden, ist es
vorteilhaft, nur den in einer Meanbranfläche verlaufenden Teil der Begrenzungslinie
eines Wandausschnitte2 mit einer der Seillinie angenäherten Kr ümmung zu gestalten.
Durch diese Maßnahme gelingt es, auch bei nur teilweise in einer Membranfläche angebrachten
Wandausschnitten Werkstoff und damit Gewicht der Ausschnitteinfassungsgli:eder einzusparen.
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Die restlichen Teile der Begrenzungslinie solcher Wandausschnitte,
die außerhalb der Memhranfläche beispielsweise in einem als ebene biegungssteife
Platte ausgebildeten Wandungsteil liegen, werden dabei vonviegend in einer zur Hautebene
senkrechten Richtung durch den Innendruck auf Biegung beansprucht. Es ist daher
vorteilhaft, diesen Teil des Wandausschnittes geradlinig zu begrenzen, da gerade
Biegungsstäbe leichter herzustellen und Auch besser in ihren Beanspruchungen zu
verfolgen sind als gekrümmte.
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Bei einem Nutzraum, der nur auf der Oberseite durch eine Membranfläche
mit daran anschließenden ebenen biegungssteifen Wandteilen umgeben wird, ist es
besonders vorteilhaft, die Wandausschnitte so auszubilden, vorteilhaft-, sie nur
von einem oberen, in der M embranfläche verlaufenden, nach einer Seillinie gekrümmten
Randteil und einem unteren geradlinigen Randteil begrenzt werden, wobei der untere
Rand zweckmäßig mit der Übergangsstelle der gekrümmten Zlembranfl.äche in die ebene
Seitenwand zusammenfällt. Bei dieser Anordnung der Ausschnitte ergibt sich eine
besonders einfache Form des Ausschnittes, der nur von einer Kurve und einer Geraden
begrenzt wird. Die untere geradlinige Begrenzung des Ausschnittes wird dabei von
dem oberen Randstab der biegungssteifen ebenen Seitenwand des Raumes -ebildet. der
ohne alle störenden Kräfteumleitungen gerade durchlaufen kann.
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Die Breite der Wandausschnitte wird dabei vorteilhaft angenähert entsprechend
dem Spantabstand gewählt, so daß die oberen bogenförmigen Randstäbe auf die Knotenpunkte
zwischen den Spanten und den unteren Randstäben der Ausschnitte zu laufen. Die hierbei
entstehende Ausschnittform ergibt als Fenster besonders günstige Sichtverhältnisse
für die Fluggäste insbesondere nach unten hei verhältnismäßig kleinen, aus Gewichtsgründen
vorteilhaften Scheibenflächen. Ferner können auf diese Weise die in den oberen gekrümmten
Randgliedern der Ausschnitte gesammelten, aus dem Innendruck auf die obere Membranfläche
stammenden Kräfte unmittelbar in die seitlichen Spantstäbe «eitergeleitet v.-erden,
in denen sie sich mit den Gegenkräften aus dem Innendruck auf den Boden des Raumes
ausgleichen. Bei größerer Längenerstreckung eines -zylindrischen Nutzraumes «-erden
schließlich vorteilhaft eine Mehrzahl solcher :Ausschnitte in gleicher Lage zu den
Spanten hintereinander angeordnet, wodurch der Rumpf in besonders einfacher Weise
unter Verwendung lauter gleicher Teile so aufgebaut «-erden kann, daß auch die Rumpfbeanspruchungen
aus den Leitwerks- und Spornkräften in günstiger Weise: durch die mit Ausschnitten
versehenen Wandungsteile fortgeleitet «-erden können, wobei die Einfassungsglieder
der Wandausschnitte in Art von Fachwerkstäben gleichfalls vorwiegend auf Längskräfte
beansprucht werden.
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In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele für überdrucknutzräume
von Flugzeugen mit Wandausschnitten nach
der Erfindung schaubildlich
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i Wandausschnitte in einem kreiszylindrischen Rumpf
und Abb.2 Wandausschnitte in einem Rumpf, der nur auf der Oberseite von einer Membranfläche
mit daran anschließenden ebenen Wandungsteilen umschlossen wird.
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Bei dem in Abb. i dargestellten Rumpf wird der unter Überdruck zu
setzende Nutzraum i ringsherum durch eine kreiszylinderförmige Membranfläche 2 begrenzt.
In der Membranfläche sind Wandausschnitte in Form von Fenstern 3 und der Einsteigtür
4 angeordnet, deren Einfassungen 5 und 6 dadurch von Biegungsbeanspruchungen aus
dem inneren Überdruck nahezu völlig entlastet sind, daß die Begrenzungslinien der
Ausschnitte nach der Form ,eines durch die ,am Ausschnittrand angreifenden Hautkräfte
auf Zug beanspruchten Seiles gekrümmt verlaufen.
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In dem Ausführungsbeispiel der Abb.2 wird der Überdruckraum nur ,auf
der Oberseite durch eine Membzanfläche 7 begrenzt, an die sich die biegungssteifen
ebenen Seitenwände 8 und 9 und der gleichfalls biiegungssteife Boden io anschließen.
Die Wandausschnitte für die Fenster 3 und die Tür 4 liegen hierbei nur teilweise
innerhalb der Membramfläche 7. Ihre oberen, in der Mernbranfläche liegenden Randglieder
i i und 12 sind auch hier wieder nach einer Seillinie gekrümmt, während die außerhalb
der Membranfläche liegenden Teile 13 und 14 der Randglieder geradlinig verlaufen.
Die Fensterausschnitte 3 werden auf diese Weise nur jeweils von einem krummen oberen
Randglied i I und :einem unteren geraden Teil. 13
umschlossen, wobei der untere
Rand gerade an der Übergangsstelle der gekrümmten Membranfläche 7 in die ebenen
Seitenwände 8 und 9 liegt. Die unteren geradlinigen Randglieder 13 der Fensterausschnitte
3 werden auf diese Weise von den oberen Randstäben der biegungssteifen Seitenwände
8 und 9 gebildet, so daß an dieser Stelle besondere Randstäbe für die Fenstereinfassung
eingespart werden. Die Fensterausschnitte i i besitzen alle ,eine .angenähert dem
Abstand der Spante 16 entsprechende Breite, so daß ihre oberen gekrümmten Randglieder
i i etwa auf die Knotenpunkte 15 zwischen den Spanten 16 und den Randstäben
13 zu laufen, an denen sich die aus dem inneren Überdruckentstehenden Kräfte
auf die Ober- und Unterseite des Raumes ausgleichen.