SE519185C2 - Flygplanspanel - Google Patents

Description

25 30 519 1 85 šjjf ="¿-'j=_ g- a I' c o c o o n ; , . .. 2 till korrosion eller utmattningsproblem. Ett annat problem är knutpunkten där stringrarna passerar spanten. I Saab 340 och Saab 2000 projekten, har spanten urtag för stringrarna, vilket minskar styvhet i spanten. I andra lösningar, utnyttjas fästelement i knutpunkten mellan stringrar och spant för att förbinda spanten med det yttre skalet. Ett problem med denna lösning är att den ökar komplexiteten vid monteringen. Andra tekniker för installation av stringrar kan undanröja några av dessa problem, men är fortfarande tidskrävande och svåra.

Test med nya kompositutformningar pågår i ett antal företag. Kompositlösningarna har potential att sänka vikten väsentligt på grund av den unika möjligheten att skräddarsy dessa. Det finns emellertid några kvarstående, väsentliga bekymmer som återstår att lösa.

De epoxihartser som utnyttjas för de strukturella tillämpningarna, uppfyller inte kraven på eld, giftighet och rök (FTS - Fire, Toxicity and Smoke). Vidare är det svårt att uppfylla kraven på brottfasthet på grund av kompositrnaterialens höga sprödhet. En skalpanel tillverkad av kolfiber kan inte uppta energi i samma utsträckning som en aluminium panel.

Ett problem med de kända lättviktiga utformningarna är att dessa har visat sig vara känsligare för skador och svårare att reparera och underhålla. Båda dessa egenskaper skapar ett motstånd bland flygplansoperatörer att anta dessa nya designlösningar. Detta kommer troligtvis att orsaka mer strukturell uppdelning och därigenom sämre skydd för passagerare om inte nya kompositlösningar utvecklas.

Det är därför synnerligen önskvärt att skapa nya panelstrukturer med reducerad vikt och ökad kostnadseffektivitet vid tillverkningen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ovannämnda och andra syften uppnås av en flygplanspanel innefattande en sandwichkonstruktion med ett yttre skaldel av material med hög hållfasthet, en inre skaldel av material med hög hållfasthet och ett mellanliggande kärnmaterial. Kärnmaterialet innefattar områden av material med låg densitet och ett förstärkande rutnät av material med hög hållfasthet, med längsgående och tvärgående komponenter i rutnätet.

I en utföringsform innefattar kärnmaterialet en lättvikti gt kärna av aluminiumskum och ett förstärkande rutnät av aluminium med längsgående och tvärgående komponenter i rutnätet. 10 15 20 25 30 519 185 u ~ ø - « u . - - u u. 3 I en annan utföringsform, innefattar skalpanelen ett yttre aluminium skal, en mellanliggande förstärkningspanel av aluminium, en lättviktig skumkärna och ett inre aluminiumskal. Den mellanliggande förstärkningspanelen av aluminium och den lättviktiga skumkärnan är distansmaterial som gör att panelen fungerar som en sandwichkonstruktion. Stringrarna är integrerade som de längsgående komponenterna i rutnätet i den mellanliggande förstärkningspanelen och kan bland annat fungera som enheter för att förhindra sprickutbredning.

De uppfinningsenliga utföringsformema är anordnade för att ge farkostkroppen önskad styvhet och tillräcklig mängd material för att motstå all belastning på flygplanet både ur ett statiskt och ur ett utmattningsperspektiv och för att stödja och tillhandahålla fastpunkter för spant inuti flygplanskroppen.

En stor fördel med det uppñnningsenli ga konceptet är att kostnader för tillverkning av stringrar och installation kan undvikas. Vidare krävs inte försvagande urtag för stringrar vid spant i den nya skalpanelen. Den nya panelen uppnår samma eller lägre vikt än nuvarande designlösningar.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA De olika fördelarna med föreliggande uppfinning blir uppenbara för en fackman på området vid genomläsning av följande beskrivning och tillhörande krav och genom referens till följ ande ritningar på vilka: Figur 1 är en vy av insidan av en ytdel för en traditionell flygplanskropp med stringrar och spant.

Figur 2 är ett fragment av en insida av en ytdel för den uppfinningsenliga flygplanspanelen med integrerade stringrar.

Figur 3 är en förstorad vy av panelen i fig 2.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Med hänvisning till fig 1 visas en traditionell skalpanel i en flygkropp förstärkt med spant 13 som utbreder utmed den krökta ytan och längsgående stringrar 11. Fästelement 13 utnyttjas mellan varje stringer 11 och spant för att förbinda varje spant 12 vid det yttre skalet 10. Fästelementen 13 är nitade mot ytan 10 och mot spanten 12, vilket är en mycket dyr och tidskrävande fástmetod. 10 15 20 25 30 annan nu p I o :nu o u c v c n u o o on Med hänvisning till figur 2 visas en flygkroppspanel innefattande en sandwichkonstruktion med en yttre skaldel 2 av material med hög hållfasthet, en inre skaldel 5 av material med hög hållfasthet och ett mellanliggande kämmaterial. Den yttre skaldelen och den inre skaldelen är företrädesvis båda av aluminium, vilket lämpar sig väl för detta ändamål, både utifrån kostnads- och deformationsaspekter. Utföringsformer där andra höghållfasta material används för en eller båda skaldelarna är även möjliga. Kärnmaterialet innefattar ett distansmaterial som gör att panelen fungerar som en skadetålig sandwichkonstruktion.

Distansmaterialet innefattar områden 3 med kärnmaterial med låg densitet omgivna av ett förstärkande rutnät 4 av material av hög hållfasthet med längsgående komponenter 4a och tvärgående komponenter 4b. I en utföringsform utnyttjas ett plastskum för kärnmaterialet med låg densitet. Ett aluminiumskum kan även utnyttjas. Det förstärkande rutnätet 4 görs företrädesvis av aluminium.

Med hänvisning till fig 3, visas en partiell vy av flygplanspanelen från figur 2. I figur 3 har det förstärkande rutnätet 4 och områdena 3 med kärnmaterial med låg densitet frilagts för att tillhandahålla bättre förståelse för strukturen på det mellanliggande kärnmaterialet. Det mellanliggande kärnmaterialet omges på var sida med en yttre skaldel 2 och en inre skaldel 5, såsom framgår av figur 2.

Det förstärkande rutnätet 4 med de inre och yttre skaldelarna ökar knäckhållfastheten för hela skalpanelen. De tvärgående komponenterna i rutnätet är inrättade för att svara mot de tänkta positionerna av spantar 6. I en utföringsform som visas i figur 2, är det förstärkande rutnätet symmetriskt, med längsgående komponenter parallella och anordnade på jämnt avstånd från varandra. Det mellanliggande förstärkande rutnätet kan enkelt optimeras till nya mönster utmed flygkroppens längdutsträckning beroende på lastnivåerna. Ökad kanttj ocklek runt panelen förenklar sammanfogningsvillkoren till nästa panel.

De längsgående komponenterna 4a i rutnätet motsvarar de stringrar som använts i tidigare utformningar av flygplanskroppspaneler och bidrar till att uppta längsgående laster i en trycksatt kropp och fungerar som komponenter för att förhindra sprickutbildning. I omkretsriktningen, fungerar de tvärgående rutnätskomponenterna 4b som hindrande komponenter för längsgående sprickor. Spantar 6 i omkretsriktningen krävs emellertid för att hantera det allmänna stabilitetsuppförandet och andra installationer i flygplanet och kan 10 15 20 25 30 I I n n :v o an: v. 5 inte ersättas med de tvärgående komponenterna 4b i rutnätet. Spantarna 6 i omkretsriktningen är fästa vid skalpanelen genom ett antal fastelement genom de tvärgående komponenterna 4b i rutnätet. Om en sprickhindrande egenskap införs i längsgående riktning, kan spantarna 6 göras tunnare och därigenom lättare än i tidigare lösningar. Den totala mängden material som åtgår för denna nya panelkonstruktion överstiger inte det material som krävs för tidigare lösning med stringrar.

Den mellanliggande aluminiumförstärkningen förbättrar skadetoleranskaraktäristiken i termer av kvarvarande hållfasthet och sprickutbredning. Panelen har en återhållande effekt på sprickutbredning tack vare den högre styvheten i panelen och därigenom mindre knäckverkan. Den mellanliggande aluminiumförstärkningen ger ett effektivare sprickhinder.

Den nya utformningen tillhandahåller möjligheten att eliminera de inre stringrar som visas i figur 1 utan att ge avkall på fältstabilitetsstyvheten i panelerna. Spantarna 6 i omkretsriktningen är fastsatta vid skalpanelen 1 genom ett antal fastelement och de tvärgående komponenterna 4b i rutnätet bör därför dimensioneras så att åtminstone en rad av fästelement möjliggörs. Spanten kan nitas direkt mot de tvärgående komponenterna i rutnätet och behöver inte några försvagande urtag för stringrar. Ökad skaltj ocklek på grund av sandwichkonstruktionen underlättar valet av fästelement för att installera spanten. Den nya skalpanelen kommer att ha en positiv temperaturisolerande karaktäristik och förbättrar även den ljudisolerande karaktäristiken. Detta ger möjlighet till reducerad vikt i den normala kabinisoleringen och bättre ljudförhållanden inuti kabinen.

Fackmän på området inser från föregående beskrivning att den uppfinningsenliga lärorna kan implementeras på en mängd olika sätt. Därför, trots att uppfinningen har beskrivits i anslutning till specifika exempel för denna, begränsas skyddsomfånget för uppfinningen inte till dessa eftersom andra modifieringar blir uppenbara för en fackman på området vid genomgång av ritningar, beskrivning och efterföljande krav.

Claims (1)

1. l0 15 20 25 519 135 c n n I c v o s u o no PATENTKRAV

1. Flygplanspanel (1) innefattande en sandwichkonstruktion med en yttre skaldel (2) av ett material med hög hållfasthet, en inre skaldel (5) av ett material med hög hållfasthet och ett mellanliggande kärnmaterial, kännetecknad av att kärnmaterialet innefattar områden (3) med kärnmaterial med låg densitet och ett förstärkande rutnät av material med hög hållfasthet, med komponenter (4a) i rutnätet med längsgående utsträckning och komponenter (4b) i rutnätet med tvärgående utsträckning. Flygplanspanel (l) i enlighet med patentkrav l, kännetecknad av, att materialet med hög hållfasthet är aluminium. Flygplanspanel (l) i enlighet med krav 1 eller 2, kännetecknad av, att kärnmaterialet med låg densitet är ett lättviktigt plastskum. Flygplanspanel (1) i enlighet med krav 1 eller 2, kännetecknad av att kärnmaterialet med låg densitet är ett lättviktigt aluminiumskum. Flygplanspanel (l) i enlighet med krav 1, kännetecknad av att de tvärgående komponenterna (4b) i rutnätet är inrättade att stödja och utgöra fastpunkter för spantar (6). Flygplanspanel (1) innefattande en sandwichkonstruktion med en yttre skaldel av aluminium, en inre skaldel av aluminium och ett mellanliggande kärnmaterial, kännetecknad av, att kärnmaterialet innefattar områden (3) med lättviktigt plastskum och ett förstärkande rutnätet (4) av aluminium med längsgående komponenter i rutnätet och tvärgående komponenter i rutnätet och att kärnmaterialet, det inre och det yttre skalet bildar en sandwichpanel.