DE60114455T2

DE60114455T2 - Verbundträger mit integriertem sollbruchinitiator und solche träger enthaltender flugzeugrumpf

Info

Publication number: DE60114455T2
Application number: DE60114455T
Authority: DE
Inventors: Bruno Beral; Jean-Marc Souquet
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: AU2002216157A1; ES2250520T3; FR2817608B1; DE60114455D1; ATE307757T1; EP1349777A1; EP1349777B1; CA2430703C; US20040040252A1; CA2430703A1; FR2817608A1; RU2286918C2; WO2002046036A1; US6948684B2

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundträger, der so gestaltet ist, dass er auf kontrollierte Weise eine intensive und heftige, in Richtung seiner Höhe einwirkende Druckbelastung unter der Einwirkung der von einem heftigen Stoß, wie z.B. der Bruchlandung eines Luftfahrzeugs, erzeugten kinetischen Energie aufnehmen kann.
Ein erfindungsgemäßer Träger kann in all denjenigen Fällen eingesetzt werden, bei denen die Struktur, in die er integriert ist, einem heftigen Stoß ausgesetzt sein kann, der eine kontrollierte Energieaufnahme erfordert.
Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung betrifft die Träger, die in aeronautischen Zellen verwendet werden, und insbesondere die Träger, welche die äußere Verkleidung eines Luftfahrzeugrumpfs mit dem unteren, horizontalen Teil der Verstärkungsrahmen verbindet, an denen diese Verkleidung befestigt ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Luftfahrzeugrumpf, in den mindestens zwei Träger dieser Art integriert sind.
Stand der Technik
Die Rumpfstrukturen von Luftfahrzeugen umfassen Verstärkungsrahmen, die regelmäßig über die ganze Länge des Rumpfes verteilt sind und an denen eine äußere Verkleidung befestigt ist.
Die Verstärkungsrahmen haben eine im wesentlichen kreisförmige oder ovale Form, außer an ihrem unteren Teil, der allgemein gerade und horizontal ist, so dass er einen Fußboden tragen kann.
Die Verbindung zwischen der äußeren Verkleidung des Rumpfes und den unteren horizontalen Teilen der Rahmen wird für gewöhnlich von Trägern hergestellt, die sich im wesentlichen parallel zur Longitudinalachse des Luftfahrzeugs erstrecken. Diese Träger können zwei an der Zahl sein. Sie weisen einen Querschnitt in I-Form oder als umgekehrtes T auf. Bei moderneren Luftfahrzeugen sind sie häufig aus Verbundmaterialien hergestellt.
In einem Dokument mit dem Titel "Development of Trigger Mechanism to Reduce Peak Forces in Crash Loaded Composite Sign Wave Spars", vorgestellt beim "20^th European Rotorcraft Forum" in Amsterdam vom 4.–7.Oktober 1994, und veröffentlicht unter der Referenznummer NLR TP 94319U von National Aircraft Laboratory LNR", Amsterdam, Niederlande, haben W.Lestari, H.G.S.J. Thuis und J.F.M. Wiggenraad das Verhalten von Verbundträgern untersucht, die dazu vorgesehen sind, einen Fußboden in einem Militärhubschrauber im Fall einer Bruchlandung desselben zu halten.
Bei gewissen beschriebenen Konfigurationen weisen die Träger einen Schnitt in I-Form auf. Sie umfassen hierbei eine obere Platte, eine unter Platte und eine Seele bzw. einen Kern, die/der die beiden Platten in einer Vertikalrichtung verbindet, welche mit der Einwirkungsrichtung der Druckkräfte im Fall eines Crashs koinzidiert.
Genauer gesagt weist bei dieser speziellen Konfiguration die Seele bzw. der Kern des Trägers einen horizontalen Schnitt in sinusartiger Form auf und umfasst eine Schichtung, deren zentraler Teil aus eindirektionalen Kohlenstofffasern gebildet ist, die in der Richtung der Druckkräfte ausgerichtet sind, das heißt vertikal. Der obere Teil der Schichtung ist aus hybriden Kohlenstofffasergeweben und aus Aramidfasern gebildet. Die hohe Widerstandskraft und die Dauerhaftigkeit der Kohlenstofffasern gestattet es diesen, die von dem Crash erzeugte Energie aufzunehmen. Die Elastizität der Aramidfasern bewahrt die Unversehrtheit des Trägers nach dem Crash und schließt die Stücke von Kohlenstofffasern ein.
Die vorgenannte Veröffentlichung schlägt auch verschiedene Lösungen vor, um auf kontrollierte Weise den Bruch des Trägers in seinem unteren Teil im Fall eines Crashs auszulösen. Dieses kontrollierte Auslösen bezweckt, die Druckbelastungen im Fall eines Crashs besser zu verteilen, ohne die Widerstandskraft gegenüber einer Abscherung des Trägers unter normalen Funktionsbedingungen wesentlich zu reduzieren.
Die in diesem Dokument vorgeschlagenen Lösungen zum Initiieren des Bruchs des Trägers sind jedoch nicht gänzlich zufriedenstellend. Insbesondere sind sie nicht für Ziviltransportflugzeuge geeignet, bei denen die Beschleunigungspegel mit menschlichen Toleranzen kompatibel bleiben müssen, um das Überleben der Passagiere zu gewährleisten.
Abriss der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist ein Verbundträger, in den Bruch-Initiierungsmittel integriert sind, deren originelle Konzeption es ermöglicht, den Träger bei einem Ziviltransportflugzeug einzusetzen, indem im Fall eines Crashs Beschleunigungspegel entstehen, die mit den menschlichen Toleranzen kompatibel bleiben.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ergebnis mittels eines Verbundträgers gemäß Anspruch 1 erreicht.
Ein so gebildeter Verbundträger ist in der Lage, die bei einem Crash erzeugte Bewegungsenergie durch programmierte strukturelle Beeinträchtigungen, die in dem unteren Teil des Trägers initiiert werden, aufzunehmen bzw. absorbieren. Die Initiierungsmittel lösen den Bruch durch das Ausbreiten einer Zerstörungsfront aus. Diese wird durch eine Konzentration von Belastungskräften aktiviert und setzt sich anschließend auf der gesamten Höhe des Trägers fort. Genauer gesagt ermöglicht das Vorhandensein von Einschnitten im unteren Rand der eindirektionalen Faserlagen eine progressive Initiierung des Bruchs. Auf diese Weise werden die anfängliche Belastungsspitze und die Beschleunigungspegel minimiert, die so mit den menschlichen Toleranzen kompatibel bleiben. Desgleichen ermöglicht die Anordnung gemäß der Erfindung, die Zerstörung während des Berstens des Trägers zu lenken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Platte auf beiden Seiten der Seele des Trägers durch Klebstoffschichten aufgebracht. Diese Klebstoffschichten bilden hierbei ebenfalls einen Teil der in den Träger integrierten Bruch-Initiierungsmittel. Im Fall eines Crashs zerbrechen sie durch Abscherung während einer ersten Bruch-Initiierungsphase des Trägers.
Vorzugsweise umfasst die Platte hierbei zwei Winkelleisten (cornières), die auf beiden Seiten der Seele des Trägers durch Klebstoffschichten aufgebracht sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Rand jeder eindirektionalen Faserlage neben der Platte in Bezug auf entsprechende Ränder der Gewebe zurückversetzt. Diese Zurückversetzung des unteren Randes jeder der Lagen bildet hierbei auch einen Teil der Bruch-Initiierungsmittel. Im Fall eines Crashs führt die Zurückversetzung der eindirektionalen Faserlagen zu einem Bersten der unteren Teile der Gewebe während einer zweiten Bruch-Initiierungsphase des Trägers. Diese zweite Phase folgt hierbei der Abscherphase der Klebstoffschichten und geht dem Bruch des mit Kerben versehenen unteren Teils der eindirektionalen Faserlagen voraus.
Da die in jeder eindirektionalen Faserlage ausgebildeten Einschnitte Sägezahnform aufweisen, umfasst der untere Rand der Lagen Spitzen, welche die progressive Initiierung des Bruchs begünstigen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Winkel am Scheitel der Sägezähne etwa 30 Grad.
Vorteilhafterweise sind die Spitzen der Sägezähne hierbei maximal in Bezug auf die von der Seele des Trägers gebildete sinusförmige Achse versetzt. Wenn die Einkerbungen die Form von Sägezähnen aufweisen, ist höchstens etwa 20 Prozent der Oberfläche der Zähne gegenüber der Platte des Trägers gelegen.
Vorzugsweise ist/sind die direktionale(n) Faserlage(n) aus Kohlenstoff gebildet.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Gewebe Aramidfasergewebe, die mit ± 45 Grad in Bezug auf die Richtung der Höhe des Trägers ausgerichtet sind. In diesem Fall bildet/bilden die eindirektionale(n) Kohlenstofffaserlage(n) einen zentralen Teil der Seele des Trägers. Dieser zentrale Teil ist hierbei zwischen zwei Aramidfasergeweben derart angeordnet, dass jede Lage in Kontakt mit einer von diesen ist.
Außerdem umfassen die Gewebe vorzugsweise Kohlenstofffasergewebe, die mit ± 45 Grad in Bezug auf die Höhenrichtung des Trägers ausgerichtet sind.
In diesem Fall sind die Kohlenstofffasergewebe vorteilhafterweise an den Außenflächen der Seele des Trägers angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist auch ein Luftfahrzeugrumpf mit einem Gerüst und einer an diesem befestigten Außenverkleidung, wobei das Gerüst Verstärkungsrahmen umfasst, von denen ein unterer, im wesentlichen geradliniger Teil mit der Außenverkleidung über mindestens zwei Träger verbunden ist, die auf die soeben definierte Weise hergestellt sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird als nicht-einschränkendes Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung des unteren Teils eines Rumpfgerippestücks eines Luftfahrzeugs, in das zwei gemäß der Erfindung hergestellte Träger integriert sind,
2 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung in vergrößertem Maßstab eines der Träger des in 1 dargestellten Gerippestücks,
3 eine Querschnittansicht des unteren Teils des in 2 dargestellten Trägers, und
4 im oberen Teil die Form der in dem unteren Rand der eindirektionalen Faserlagen eingebrachten Einschnitte, und im unteren Teil die im Horizontalschnitt durch die Seele des Trägers gebildete Sinusform, so dass die Relativposition der Sägezähne der Lagen in Bezug auf Wellungen der Seele bzw. des Kerns veranschaulicht werden.
Detaillierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Wie schematisch in 1 dargestellt ist, umfasst der Rumpf eines Luftfahrzeugs ein Gerippe 10, an dem eine äußere Verkleidung 12 befestigt ist. Die Erfindung ist besonders geeignet für den Fall eines zivilen Transportflugzeugs. Es ist jedoch anzumerken, dass der teilweise in 1 dargestellte Rumpf auch der eines anderen Luftfahrzeugtyps sein kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Das Gerippe 10 des Rumpfes ist hauptsächlich aus Verstärkungsrahmen 14 gebildet, die untereinander durch Holme 16 bzw. Querrippen verbunden sind. Die Verstärkungsrahmen 14 sind regelmäßig über die gesamte Länge des Rumpfes verteilt. Jeder von ihnen ist entlang einem Schnitt durch den Rumpf angeordnet und weist allgemein eine im wesentlichen kreisförmige oder ovale Form auf. Der untere Teil 14a der Verstärkungsrahmen 14 ist für gewöhnlich aber gerade und horizontal, so dass er einen (nicht dargestellten) Boden tragen kann, wie z.B. den Boden eines Gepäckabteils.
In dem unteren Teil des Rumpfes, zwischen den unteren Teilen der Verstärkungsrahmen 14 und der Verkleidung 12 gelegen, umfasst das Gerippe 10 zwei Träger 18. Selbstverständlich könnte die Anzahl von Trägern 18 anders sein, beispielsweise drei oder vier, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Die Träger 18 erstrecken sich parallel zur Longitudinalachse des Luftfahrzeugs, das heißt in einer im wesentlichen horizontalen Richtung, wenn die Lage des Luftfahrzeugs selbst horizontal ist.
Jeder der Träger 18 weist im Schnitt in einer Vertikalrichtung annähernd die Form eines I auf. In einer nicht-dargestellten Ausführungsvariante, die im Rahmen der Erfindung bleibt, können die Träger 18 auch einen Schnitt in Form eines umgekehrten T aufweisen.
Gemäß der Erfindung haben die Träger eine spezielle Struktur, die es gestattet, dass ihr Bruch im unteren Teil auf kontrollierte Weise initiiert wird, wenn der Träger einer intensiven und heftigen Druckbelastung ausgesetzt wird, die in Richtung seiner Höhe erfolgt, das heißt im wesentlichen vertikal bei der beschriebenen Anwendung. Diese Situation ergibt sich bei bestimmten Arten von Crashs, wie z.B. einer Notlandung. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass die Aufbringung einer solchen Drucklast auf einen Träger sehr unterschiedliche Ursachen haben kann, wenn der Träger in eine andere Struktur integriert ist als in ein Luftfahrzeug-Rumpfgerippe. Mit anderen Worten kann ein Träger gemäß der Erfindung wesentlich andere Anwendungen haben und beispielsweise in ein Landfahrzeug, in ein Schiff oder in eine Maschine ganz anderer Art integriert sein.
Wie insbesondere 2 und 3 darstellen, umfasst ein Träger 18 gemäß der Erfindung eine Seele bzw. einen Kern 20, eine untere Platte 22 und, in der dargestellten Ausführungsform, die einen Träger mit einem Schnitt in Form eines I betrifft, eine obere Platte 24. Es ist anzumerken, dass die letztere Platte nicht vorhanden ist, wenn der Träger einen Schnitt in Form eines umgekehrten T aufweist.
Wie insbesondere in 2 und im unteren Teil der 4 gezeigt ist, weist die Seele 20 des Trägers 18 die Form einer Sinuswelle auf, wenn sie im Schnitt in einer zur Höhenrichtung senkrechten Ebene betrachtet wird, das heißt, in einer Horizontalebene in der beschriebenen Anwendung. Das Sinusprofil der Seele 20 ist durch eine Aufeinanderfolge von kreisförmigen Segmenten eines konstanten Radius und eines ebenfalls konstanten Öffnungswinkels gebildet. Dieses Profil stabilisiert den Träger 18, wenn dieser einer Druckbelastung in seiner Höhenrichtung bei dem Aufprall und während dem auf einen Crash folgenden Zerbrechen ausgesetzt ist.
Der Träger 18 ist aus einem Verbundmaterial hergestellt. So ist der Kern 20 aus einer Schichtung von Lagen gebildet. Genauer gesagt umfasst diese Schichtung mindestens eine Lage 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern, die einen zentralen Teil der Seele 20 bilden, Aramidgewebe 28, die auf beiden Seiten dieses zentralen Teils angeordnet sind, sowie Kohlenstofffasergewebe 30, die an den Außenflächen der Seele des Trägers angeordnet sind.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die Seele 20 des Trägers 18 zwei Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern, zwei Aramidgewebe 28 und zwei Kohlenstofffasergewebe 30. Diese Anordnung ermöglicht es, dass jede der eindirektionalen Kohlenstofffaserlagen 26 in Kontakt mit einem Aramidfasergewebe 28 ist.
Die Anordnung der eindirektionalen Kohlenstofffaserlagen 26 in der Seele 20 des Trägers 18 ist derart, dass die Fasern in der Höhenrichtung des Trägers ausgerichtet sind, das heißt vertikal in der beschriebenen Ausführungsform. Diese Ausrichtung entspricht der Richtung der Einwirkung von Zug- und Druckkräften, die von dem Träger ertragen werden, wenn er in das Gerippe des Luftfahrzeugrumpfes integriert ist. Sie ermöglicht es, dass die Kohlenstofffasern diese Kräfte bzw. Belastungen unter normalen Nutzungsbedingungen übertragen und den Großteil der bei einem Crash entstehenden Bewegungsenergie aufnehmen.
Die Aramidgewebe 28, welche die Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern umschließen, sind aus Fasern gebildet, die mit ± 45 Grad in Bezug auf die Höhenrichtung des Trägers ausgerichtet sind, d.h. vertikal in der beschriebenen Ausführungsform. Diese Gewebe verbessern die Steifigkeit bzw. Starrheit der Seele des Trägers. Sie ermöglichen auch eine lokale Fixierung und Eingrenzung der Splitterstücke der Kohlenstofffasern, und in Kombination mit den Geweben 30 aus Kohlenstofffasern eine Stabilisierung der Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern, wenn diese Druckkräften in vorgenannten Richtung ausgesetzt sind.
Die Gewebe 30 aus Kohlenstofffasern, welche die Außenflächen der Seele 20 des Trägers 18 bilden, sind aus Kohlenstofffasern gebildet, die mit ± 45 Grad in Bezug auf die Höhenrichtung des Trägers ausgerichtet sind, das heißt vertikal in der beschriebenen Ausführungsform. Diese Gewebe tragen zur Stabilisierung der Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern bei, wenn diese Druckkräften in vorgenannten Richtung ausgesetzt sind. Die untere Platte 28 umfasst zwei Winkelleisten 32, die beide einen Querschnitt in V-Form aufweisen. Die Winkelleisten 32 sind auf beiden Seiten der Seele 26 des Trägers derart angeordnet, dass sie die Verbindung zwischen der Seele und der Außenverkleidung 12 herstellen.
Jede der Winkelleisten 32 ist durch eine Schichtung aus Kohlenstofffasergeweben gebildet. Beispielsweise kann jede Winkelleiste zwei übereinandergelagerte Kohlenstofffasergewebe umfassen. Die in diesen Geweben enthaltenen Kohlenstofffasern sind vorteilhafterweise unter 0 Grad und unter 90 Grad auf die Longitudinalrichtung des Trägers 18 ausgerichtet.
Der Flügel jeder der Winkelleisten 32, der zur Befestigung an der Außenverkleidung 12 vorgesehen ist, nimmt dessen Profil an. Demgegenüber weist der Flügel jeder Winkelleiste 32, das zur Befestigung an der Seele 20 des Trägers 18 vorgesehen ist, einen Längsschnitt in Sinusform, der vergleichbar mit dem der Seele 20 ist, auf. Der zwischen den beiden Flügeln der Winkelleisten 32 gebildete Winkel hängt von der geographischen Position des Trägers 20 im Rumpf ab. Er kann gerade, spitz oder stumpf sein.
Die Befestigung der Winkelleisten 32 an der Seele 20 des Trägers erfolgt durch Heißverkleben mittels zweier Klebstoffschichten auf beiden Seiten der Seele. Ein Füllharz 34 füllt die Zwischenräume zwischen den Platten und der Außenverkleidung.
Die obere Platte 24 umfasst eine plane und horizontale Platte 36 sowie zwei auf beiden Seiten der Seele 20 des Trägers angeordnete Winkelleisten 38. Die plane Platte 36 wird durch eine Schichtung von Kohlenstofffaserlagen gebildet. Die Anzahl dieser Lagen hängt von der gewünschten Starrheit bzw. Steifigkeit ab. Die Winkelleisten 38 weisen ähnliche Eigenschaften auf wie die Winkelleisten 32 der unteren Platte 22. Sie sind aber allgemein aus drei Kohlenstofffasergeweben gebildet, und der zwischen den Flügeln jeder der Winkelleisten gebildete Winkel ist ein rechter Winkel.
Gemäß der Erfindung, und wie im Detail mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, sind in dem Träger 18 in dessen unterem Teil Bruch-Initiierungsmittel integriert. Diese Mittel sind so gestaltet, dass sie eine gestufte Beeinträchtigung des Trägers in dem unteren Teil von dessen Seele beginnen, wobei sie seine Stabilität bei einem eventuellen Crash gewährleisten.
Die Bruch-Initiierungsmittel gemäß der Erfindung umfassen zunächst Einschnitte 40, die in dem unteren Rand jeder der Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern eingebracht sind, das heißt an dem Rand der Lagen angrenzend an die untere Platte 22. Die Einschnitte 40 bilden regelmäßig am unteren Rand jeder der Lagen 26 verteilte Sägezähne. Diese Sägezähne sind alle identisch und bilden Spitzen 42, die nach unten gewandt sind und von denen jede die Form eines gleichschenkligen Dreiecks hat. Der Winkel am Scheitel dieses gleichschenkligen Dreiecks ist vorzugsweise etwa 30 Grad.
Wie insbesondere in 4 gezeigt ist, ist die Höhe der Spitzen 42 so gewählt, dass sich die Teilung der Sägezähne von derjenigen der von der Seele 20 des Trägers 18 gebildeten Sinuswelle unterscheidet. Genauer gesagt beträgt die Teilung der Sägezähne einen Bruchteil derjenigen der durch die Seele 20 gebildeten Sinuswelle (ein Verhältnis von 1 : 4 ist in 4 dargestellt). Außerdem sind die Spitzen 42 maximal in Bezug auf die Achse 46 der Sinuswelle versetzt, damit die unteren Teile der von der Seele 20 des Trägers gebildeten Wellungen mit dem Boden der Einschnitte 40 koinzidieren.
Vorzugsweise sind die Einschnitte 40 ausreichend eingekerbt, damit der Großteil der Oberfläche der Spitzen 42 oberhalb der oberen Ränder der Winkelleisten 32 gelegen ist. Genauer gesagt sind etwa 20 Prozent der Oberfläche der Sägezähne gegenüber den die untere Platte 22 bildenden Winkelleistenn 32 gelegen.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Bruch-Initiierungsmittel ist der untere Rand jeder der Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffaser nach oben versetzt, das heißt in Bezug auf den unteren Rand der Gewebe 28 und 30 zurückgezogen. Diese Versetzung entspricht der Distanz D zwischen den Enden der Spitzen 42 und dem unteren Rand 44 der Gewebe 28 und 30 in 4.
Die Bruch-Initiierungsmittel umfassen auch Klebstoffschichten, die zwischen die Winkelleisten 32 der unteren Platte 22 und die Seele 20 des Trägers 18 eingefügt sind.
Wenn ein Träger 18, in den die soeben beschriebenen Bruch-Initiierungsmittel integriert sind, Druckbelastungen in der Richtung seiner Höhe anschließend an einen Crash ausgesetzt ist, erfolgt die Bruchinitiierung in mehreren Etappen. Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Spitze der anfänglichen Belastung zu eliminieren.
Die erste Etappe bzw. der erste Schnitt besteht in einem Zerreißen der Klebstoffschicht, welche die Grenzfläche zwischen der Seele 20 des Trägers 18 und den Winkelleistenn 32 der unteren Platte 22 bildet, durch Abscheren. Die Klebstoffschicht spielt so die Rolle einer Sicherung zwischen der Seele des Trägers und der unteren Platte, die selbst wiederum an der Außenverkleidung 12 befestigt ist. Die Abscherung kann unter der kombinierten Wirkung von Kräften in der Longitudinalrichtung X und in der Höhenrichtung Z des Trägers 18 erfolgen.
Auf der zweiten Stufe des Zerbrechens brechen die unteren Teile der Gewebe 28 und 30, die sich unterhalb der Spitzen 42 der Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern befinden, wenn der Träger in Kontakt mit dem Boden kommt.
Die folgende Stufe ist durch den Bruch der Spitzen 42 der Lagen 26 eindirektionaler Fasern gekennzeichnet. Die Einschnitte 40 ermöglichen es, die Lagen, welche die stärkste Druckfestigkeit besitzen, zu belasten und progressiv zu zerstören. Der Träger 18 zerfällt anschließend auf seiner gesamten Höhe.
Die Träger 18 gemäß der Erfindung werden in zwei Stufen hergestellt.
Die erste Stufe besteht in der Herstellung der Seele 20 durch Drapieren an einem sinusförmigen Dorn. Die unteren Ränder der Lagen 26 aus eindirektionalen Kohlenstofffasern werden im Voraus in Sägezähnen ausgeschnitten, um die Zähne 42 zu bilden. Der Drapierung folgt eine Polymerisierung in Autoklaven, wobei die Schichtung der Lagen und der Gewebe zwischen den Dorn und eine dichte Blase eingebracht ist.
Der zweite Schritt ermöglicht die Anfügung der unteren 22 und oberen 24 Platten an die Seele 20 des Trägers 18. Die vorpolymerisierten Teile 32 und 38 sowie die plane Platte 36 werden auf die Haut 20 in einem einzigen Arbeitsgang aufgebracht, dem eine zweite Polymersierung im Autoklaven folgt. Der Backvorgang stellt die Verbindung zwischen den Winkelleistenn und der Seele durch Hinzufügung der Klebstoffschichten her, die an der Grenzfläche zwischen diesen Elementen gelegen sind, während die plane Platte 36 polymerisiert wird.
Außer zahlreichen bereits erwähnten Vorteilen ist anzumerken, dass die Schichtung der Materialschichten unterschiedlicher Arten, welche die Seele 20 des Trägers bilden, eine gute Energieaufnahme erbringt und die Masse des Aufbaus minimiert.

Claims

Verbundträger, der in Richtung seiner Höhe einer Druckkraft ausgesetzt werden kann, die seinen Bruch hervorrufen kann, wobei der Träger (18) einen Kern (20) mit einem Abschnitt von im wesentlichen Sinusform in einer Ebene senkrecht zu der genannten Richtung, und eine Basisplatte (22), welche so ausgelegt ist, das sie den Kern (20) mit einer Struktur (12) zum Aufbringen der Druckkraft verbindet, umfasst, wobei der Kern (20) eine Schichtung aus mindestens einer Schicht (26) aus in der genannten Richtung ausgerichteten, eindirektionalen Fasern und aus Geweben (28, 30) umfasst, wobei der Träger (18) Bruchinitiierungsmittel aufweist, so dass die Schicht (26) bei Aufbringung der Druckkraft belastet und progressiv beschädigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchinitiierungsmittel an einem Rand angrenzend an die Basisplatte (22) ausgebildete Ausschnitte (40) aufweisen, wobei die Ausschnitte (40) die Form von Sägezähnen aufweisen, die regelmäßig am Rand jeder Schicht (26) aus eindirektionalen Fasern in einer Beabstandung verteilt sind, die einen Teilbetrag desjenigen der im Schnitt durch den Kern (20) des Trägers (18) gebildeten Sinusform beträgt.
Verbundträger nach Anspruch 1, wobei auf der Basisplatte (22) auf beiden Seiten des Kerns (20) Klebeschichten aufgebracht sind, und die Bruchinitiierungsmittel ebenfalls die Klebeschichten aufweisen.
Verbundträger nach Anspruch 2, wobei die Basisplatte (22) zwei Eckleisten (32) umfasst, die auf beiden Seiten des Kerns (20) durch die Klebeschichten angebracht sind.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rand jeder Schicht (26) aus eindirektionalen Fasern in Bezug auf entsprechende Ränder (44) der Gewebe (28, 30) zurückversetzt bzw. abgesetzt ist, und die Bruchinitiierungsmittel ebenfalls den Absatz (D) aufweisen.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sägezähne einen Winkel mit einem Scheitel von etwa 30° aufweisen.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spitzen (42) der Sägezähne in Bezug auf die Achse (46) der Sinusform maximal versetzt sind.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich höchstens etwa 20% der Oberfläche der Sägezähne gegenüber der Basisplatte (22) befinden.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede Schicht (26) eindirektionaler Fasern aus Kohlenstofffasern gebildet ist.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gewebe Aramid-Fasergewebe (28) umfassen, die mit ± 45° in Bezug auf die genannte Richtung ausgerichtet sind.
Verbundträger nach den Ansprüchen 8 und 9 in Kombination, wobei die Schicht(en) (26) aus eindirektionalen Kohlenstofffasern einen zentralen Teil des Kerns (20) des Trägers (18) bilden, und wobei sich der zentrale Teil zwischen zwei Aramid-Fasergeweben (26) befindet, so dass jede Schicht (26) mit mindestens einem von diesen in Kontakt steht.
Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Gewebe Kohlenstoff-Fasergewebe (30) umfassen, die mit ± 45° in Bezug auf die genannte Richtung ausgerichtet sind.
Verbundträger nach Anspruch 11, wobei die Gewebe (30) aus Kohlenstofffasern an den Außenflächen des Kerns (20) des Trägers (18) angeordnet sind.
Luftfahrzeugrumpf mit einem Gerippe (10) und einer äußeren Verkleidung (12), die an diesem befestigt ist, wobei das Gerippe (10) Verstärkungsrahmen (14) umfasst, deren unterer, im wesentlichen geradliniger Abschnitt (14a) mit der äußeren Verkleidung (12) durch mindestens zwei gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellte Träger (18) verbunden ist.