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Als Hohl-Bauteil ohne innere Längswände ausgebildetes, metallbeplanktes
Ruder für Luftfahrzeuge Die Erfindung ersreckt sich auf Hohl-Bauteile mit einseitig
gelagertem Schwerpunkt, die als gewichtsausgeglichene Ruder an.Luftfahrzeugen Verwendung
finden. Bei derartigen Bauteilen besteht die Aufgabe, einen zumindest angenäherten
Gewichtsausgleich bei geringstmöglichem Gesamtgewicht bei gleichzeitig leichter
Fertigungsmöglichkeit und größter Unempfindlichkeit des Bauteils gegen Beschädigungen
aller Art zu erzielen.
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Viele der bisher bekannten Bauteile dieser Art weisen zur Lösung der
geschilderten Bauaufgabe einen biegungs- und verdrehfesten Kastenträger im Vorderteil
auf, an den sich ein möglichst leichter, im allgemeinen- mit Stoff bespannter Endteil
anschließt. Diese Bauart ergibt nun zwar bei Verwendung der Stoffbespannung befriedigend
leichte und für die Fertigung vorteilhafte Bauteile, doch besitzt die Stoftbespannung
als solche keine ausreichende Unempfindlichkeit gegen Beschädigungen durch auftreffende
Fremdkörper und durch Witterungseinflüsse. Bei einfachem Ersatz der Stoffbespannung
durch eine feste Beplankung steigt jedoch sofort das Baugewicht vor allem durch
den dann erforderlich werdenden Gewichtsausgleich im Vorderteil erheblich an, während
gleichzeitig die Fertigung des nun ganz geschlossenen Bauteils sehr erschwert wird.
Es
ist auch schon bekannt, Flugzeugteile unter Verzicht auf alle den Innenraum unterteilende,
in Längsrichtung des Bauteils verlaufende Bauglieder, wie Trägerstege u. dgl., als
Hohl-Bauteile herzustellen, bei denen insbesondere durch getrennte Anfertigung eines
Ober- und Unterteiles und nachträglichen Zusammenschluß an vorn und hinten liegenden
Verbindungsstellen die Herstellung ganz. erheblich vereinfacht und beschleunigt
werden kann. Bei den bekannten Bauteilen dieser Art sind jedoch die Gurtquerschnitte
als tragende Schalen über einen erheblichen mittleren Teil der Profiltiefe verteilt
untergebracht oder aber als Einzelgurte an der Stelle größter Profilhöhe angeordnet
zur bestmöglichen Ausnutzung der vorhandenen Bauhöhe. Die Schwerpunkte der Biegungsträger
liegen hierbei naturgemäß weit hinter der bei Rudern u. dgl. mit Rücksicht auf den
aerodynamischen Ausgleich zumeist in etwa % .der Bauteiltiefe Drehachse. Dies gilt
in gleicher Weise auch für eine weiter bekannte Bauart von als Hohl-Bauteile gestalteten
Flügeln von Metallpropellern, deren vordere und hintere Blattkanten mit innenliegenden
Verstärkungen versehen sind, sowie für eine bereits vorgeschlagene Bauweise zur
Herstellung von Hohlkörpern, wie Flächen, Vorflügel u. dgl., für den Flugzeugbau
durch Zusammenbiegen der mit in Flugrichtung durchlaufenden Rippen besetzten einstöckigen
Beplankung.
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Abweichend von dem Bekannten besteht nun die Erfindung darin, daß
an einem als Hohl-Bauteil ohne innere Längswände ausgebildeten metallbeplankten
Ruder mit in Flugrichtung durchlaufenden, der Profilform angepaßten Ouerrippen zur
einseitigen Verlagerung des Schwerpunktes der vor der Ruderdrehachse liegende Nasenbeplankungsteil
eine größere Wanddicke als der dahinterliegende Beplankungsteil und in Richtung
der Ruderdrehachse verlaufende Längsversteifungen aufweist, die an der Außenkante
der vorzugsweise formgepreßten Rippen angeordnet sind. Diese Ausgestaltung, bei
der die Nasenbeplankung gleichzeitig als Biegungsträger für das Ruder und als Ausgleichsgewicht
zum Vorverlegen des Schwerpunktes dient, vereinigt in sich eine Verminderung des
Gesamtgewichts durch zumindest teilweise Einsparung des besonderen Ausgleichsgewichtes,
gute Fertigungsmöglichkeit durch das Fehlen von allen das Ruder unterteilenden Längswänden
und größte Unempfindlichkeit gegenüber Beschädigungen aller Art durch die gleichzeitig
zur Aufnahme der Verdrehbeanspruchung dienende Außenbeplankung. i Darüber hinaus
sichert die verstärkte Nasenbeplankung ein besonders genaues Einhalten der Ruderquerschnittsforin
an dem wichtigen Profilvorderteil und verbessert dadurch die aerodynamischen Eigenschaften
des damit ausgerüsteten Luftfahrzeuges.
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Bei der neuen Bauweise wird also für die Gestaltung des Biegungsträgers
bewußt auf die beste Ausnutzung der gegebenen Bauhöhe für den Biegungsträger verzichtet,
um durch die möglichst weite Verlagerung des Trägerquerschnittes an die Profilvorderkante
das Trägergewicht an einem möglichst großen Hebelartn vor der Drehachse des Bauteils
als Ausgleichsgewicht für die hinter der Drehachse liebenden Teile tvirken zü lassen.
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Um ein Ausknicken des höchst beanspruchten Teiles der als Träger dienenden
verstärkten Nasenbeplankung schon bei zu niedrigen Spannungen zu verhindern, ist
es vorteilhaft, die in der Längenerstreckung des Ruders verlaufenden Aussteifungen,
insbesondere an der Übergangsstelle, zur dünneren Beplankung anzuordnen, um die
örtliche Festigkeit der an dieser Stelle zumeist nur schwach gekrümmten Beplankung
zu erhöhen.
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Es wäre nun mit Rücksicht auf das Baugewicht unwirtschaftlich, die
ganze Nasenbeplankung aus einem dickwandigeren Werkstoff anzufertigen, als für die
Aufnahme der Biegungsbeanspruchung erforderlich ist. Da durch die als Biegungsträger
verstärkte Ausführung der \?asenbeplankung allein die beabsichtigte Verlagerung
der Schwerachse bis in die Drehachse in der Regel nicht in vollem :Maße erreicht
wird, ist es zumeist erforderlich, je nach den Anforderungen an die aerodynamische
Güte des betreffenden Flugzeuges einen an sich bekannten außen- oder innenliegenden
Gewichtsausgleich mit möglichst großem Abstand von der Drehachse zusätzlich anzuordnen,
Bei hohen Anforderungen an die aerodynamische Güte ist es dabei besonders vorteilhaft,
an der Profilvorderkante eine zusätzliche Verstärkungsbeplankung anzuordnen, die
aus einem Werkstoff mit höherem Elastizitätsmodul und höherem spezifischem Gewicht
als der Beplankungswerkstoff besteht. Auf diese Weise kann nämlich das Verstärkungsglied
außer seiner Eigenschaft als zusätzlicher Gewichtsausgleich trotz seiner geringen
Höhenerstreckung in einem gewissen Umfang auch zur Aufnahme der Biegebeanspruchung
des Ruders mit beitragen.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Ruders läßt sich dadurch noch
besonders vereinfachen, daß die in an sich bekannter Weise einzeln hergestellten
Ruderhälften durch Verbindungsglieder längs der Vorder- und Hinterkante zusammensetzbar
ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft für die äußere Formgebung ist dabei die
Verwendung einer scharnierartigen Verbindung bekannter Art an der Vorderkante des
Bauteils, die eine nach außen
völlig glatte Form ergibt. Da bei
einem solchen zweiteiligen Aufbau die formgebenden Aussteifungsglieder (Rippen)
des Hohl-Bauteils notwendigerweise . auch nur geteilt und deshalb einzeln nur mit
etwa der halben Bauhöhe ausgeführt werden können, bedingt diese Ausführungsform
jedoch einen etwas höheren Gewichtsaufwand als bei ungeteilt hergestelltem Bauteil.
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Falls die Aufgabe auftritt, an einem erfindungsgemäßen Bauteil einen
im. vorgeschriebenen Ruderumriß verlaufenden Ansatzkörper, beispielsweise eine Enteisernase,
lösbar anzubringen, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, daß ein Teil der Nasenbeplankung
innerhalb des - Ruderumrisses verläuft und durch den: profilierten Ansatzkörper
zu dem-Ruderprofil ergänzt wird.
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Sind bei dem erfindungsgemäßen Ruder mit im Innern verlaufender Drehachse
mehrere Lagerpunkte über die Längenerstreckung angeordnet, so werden vorteilhaft
die erforderlichen Ausschnitte in der Nasenbeplankung durch hinter den Ausschnitten
angeordnete kurze Hilfsträger überbrückt.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des neuen Ruders
dargestellt, und zwar zeigen die Abb. i bis 4 vier verschiedene Flugzeugruder im
Schnitt und Abb. 5 ein Ruder mit Ausschnitten in der Beplankung für die Lagerung
in Draufsicht. In dem Ruder der Abb. i dient die verstärkte Nasenbeplankung i gleichzeitig
als Biegungsträgei und als Ausgleichsgewicht für die. zum größeren Teil hinter der
Drehachse 5 liegende dünne Außenbeplankung 2 und die formgebenden Rippen 3. An der
Übergangsstelle von der dicken Nasenbeplankung i zu der dünnen Außenhaut .2 des
Ruderhinterendes sind die in Richtung der Ruderlängenerstrek-. kung verlaufenden
Aussteifungsglieder 4 zur Erhöhung der örtlichen Knickfestigkeit der Nasenbeplankung
angeordnet, die entweder mit der Beplankung aus einem Stück bestehen oder auch als
besondere Bauglieder ausgeführt sein können.
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Das Ruder nach Abb. 2 zeigt grundsätzlich den gleichen Aufbau wie
das nach Abb. i mit dem Unterschied, daß zur weiteren Verlagerung des Schwerpunktes
an der Nasenbeplankung i ein zusätzliches Verstärkungsglied 6 angebracht ist, das
aus einem Werkstoff mit größerem Elastizitätsmodul und höherem spezifischem Gewicht
besteht, als sie der Beplankungswerkstoff aufweist. Das Verstärkungsglied 6 erfüllt
dadurch neben seiner Hauptaufgabe als zusätzlicher Gewichtsausgleich gleichzeitig
den Zweck, die Nasenbeplankung von einem Teil der Biegungsbeanspruchung zu entlasten,
da in dem Verstärkungsglied aus dem steiferen Werkstoff bei einer bestimmten Durchbiegung
des ganzen Bauteils trotz der geringeren Bauhöhe erhebliche Biegespannungen auftreten.
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Die Abb.3 zeigt ein in zwei Teilen hergestelltes und nachträglich
zusammengesetztes Ruder. Die jeweils aus einer verstärkten Nasenbeplankung i bzw.
i' mit Aussteifungen 4 bzw. q.' einer dünnen restlichen Bep:lankung 2 bzw. 2' und
einem formgebenden Aussteifungsglied 3 bzw. 3'- bestehenden Teilstücke sind bei
diesem Ausführungsbeispiel vorn an den scharnierartigenVerbindungsgliedern 7, 7'
durch den Scharnierstift 8 und hinten durch Nieten 9 miteinander verbunden.
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:In dem gleichfalls aus mehreren Teilen zusammengesetzten. Ruder der
Abb. 4 ist gezeigt, wie der verstärkte Nasenteil i' des Unterteils nach innen von
dem Profilumriß abweicht, um Platz zu lassen für den abnehmbaren Heizkörper io,
der das Bauteil zum Gesamtprofil ergänzt.
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Abb. 5 zeigt schließlich ein Ruder nach der Erfindung im Grundriß,
an dem die verstärkte Nasenbeplankung i Ausschnitte i i für Lagerarme zur Halterung
des Bauteils in der im Inneren des Bauteils verlaufenden Drehachse 5 aufweist. Zur
Umleitung der Biegemomente an den Ausschnitten sind in diesem Fall kurze Hilfsträger
1a hinter dem Ausschnitt in den Bauteil eingefügt.