DE69011848T2

DE69011848T2 - Container zur anwendung auf flugzeugen und geeignet zum schützen von flugzeugstrukturen.

Info

Publication number: DE69011848T2
Application number: DE69011848T
Authority: DE
Inventors: Peter Lee
Original assignee: Royal Ordnance PLC
Current assignee: BAE Systems Global Combat Systems Munitions Ltd
Priority date: 1989-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2010-11-09
Also published as: JPH04502744A; FI97717C; FI97717B; BR9007005A; CA2042030A1; EP0456779A1; US5360129A; WO1991007337A1; FI913227A0; GB8925193D0; DE69011848D1; AU640426B2; EP0456779B1; AU6644890A; JP2934311B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Schutz von Flugzeugkonstruktionen gegen die Auswirkungen von Explosionen.
Es gab in letzter Zeit eine genügende Anzahl von Bombenattentaten, Verdachten auf Bombenattentaten und vereitelten Bombenattentaten auf Flugzeuge, um bei Vielfliegern die Sorge bewußt werden zu lassen, daß ihr Leben mehr durch vorsätzliche Beschädigung als durch zufällige Ausfälle der komplexen Konstruktionen, in denen sie reisen, in Gefahr sind.
Die genaue Folge von Ereignissen nach der Detonation einer Bombe an Bord eines Flugzeugs hängt von deren Größe und Ort sowie von Größe und Konstruktion des Flugzeugs ab. Gewisse Merkmale sind allerdings die meisten untersuchten Ereignissen gemeinsam.
Es wurde beobachtet, daß ein Flugzeug die Detonation von Bomben an Bord bei Vorhandensein gewisser Merkmale überleben kann. Eine nahe der Außenhaut des Flugzeugs plazierte Bombe reißt höchstwahrscheinlich ein Loch in die Außenhaut und bewirkt so einen Explosionsdruckabbau. Dabei hat jedoch oftmals das Flugzeug normal landen können. Dasselbe scheint für Bomben zu gelten, die im Gepäckabteil älterer Flugzeugtypen explodiert sind. Das Gepäck wird in diesen Flugzeugen in Gepäcknetzen anstatt in den internationalen Standardgepäckbehältern aufgenommen, die bei den moderneren großräumigeren Flugzeugen benutzt werden. Tatsächlich ist die für eine an Bord irgendeines Flugzeugtyps entdeckte Bombe anerkannte Position mit minimalem Risiko das Plazieren an einer Tür, wobei die innenliegende Seite der Bombe mit Kissen gepolstert wird. Die Bomben zerstören selten lebenswichtige Elektronik- oder Hydrauliksysteme und beschädigen nicht immer wesentliche tragende Bauteile mit Schwächung der Gesamtkonstruktion. Außerdem gibt es mehrere neuere Fälle von Flugzeugen, die massive Außenhautverluste um regelmäßig geformte Ermüdungsbrüche in der Flugzeughülle überlebt haben.
In Fällen jedoch, in denen die Bombe an einer Position plaziert ist, die nicht an die Außenhaut angrenzt, können schwere, oftmals fatale Schäden angerichtet werden, insbesondere bei großräumigen Flugzeugen.
Die Passagierkabinenböden in Flugzeugen sind verhältnismäßig leichte Konstruktionen, die auf tragenden Balken aufliegen. Diese Bodenbalken können für Zugbelastung ausgelegte Träger sein. Es ist daher sehr wahrscheinlich, daß eine Bombe die Bodenbalken beschädigt und infolge dessen die Flugzeughaut an vom Explosionsort entfernter Stelle belastet, und zwar sowohl bevor als auch nachdem die Hülle durch die Bombe aufgerissen wird. Der Druck kann auf unterschiedlichen Bahnen innerhalb der hohlen und offenen Kanäle in der Flugzeugkonstruktion über beträchtliche Distanzen wandern und an Punkten austreten, die verhältnismäßig weit vom Ort der Bombe entfernt sind, um an verschiedenen Stellen der Flugzeughaut einen Bruch von Flugzeughaut und Streben zu verursachen. Der Druck kann auch in den verhältnismäßig großen freien Raum der Passagierkabine austreten und wegen des Vorhandenseins starrer und verhältnismäßig großer Strukturen wie beispielsweise Küchen oder Toiletten an der Innenseite der Flugzeughaut entfernt von der Bombenstelle reflektiert werden und dort unerwarteten Schaden anrichten.
Der aus der Flugzeughaut austretende Druck an der Stelle und insbesondere entfernt von der Stelle der Bombe neigt dazu, unregelmäßig geformte Löche zu reißen (im Gegensatz zu den Fällen der eher regelmäßigen Hautbrüche aufgrund von Ermüdung oder beispielsweise bei Verlust einer Tür). Regelmäßig geformte Löcher sind weniger häufig von katastrophalen Ausfällen am Flugzeug begleitet als unregelmäßig geformte. Unregelmäßige Löcher neigen zur Vergrößerung und zur weiteren Flugzeughautbeschädigung durch den heftigen Austritt von Kabinenluft und durch Sogeffekte.
Es ist möglich, daß manches moderne großräumige Flugzeug mehr verletzlich durch Bomben einer Größe ist, die nicht immer den Absturz kleinerer Flugzeuge verursacht haben. Eine Theorie ist die, daß großräumige Flugzeuge ein Außenhautblech verwenden, das nur geringfügig dicker als das bei sehr viel kleineren Flugzeugen verwendete ist, so daß die letzteren viel steifere Konstruktionen als die ersteren darstellen. Infolgedessen können die kleineren Flugzeuge einer größeren relativen Beschädigung ihrer Außenhaut und ihrer Längsversteifungsträger als die größeren Flugzeuge standhalten.
Das US-Patent Nr. 443 285 beschreibt einen Behälter zur Notunterbringung eines an Bord eines Flugzeugs gefundenen Sprengkörpers. Dieser Behälter weist ein ein kübelförmiges Behältnis mit laminierter Wandkonstruktion auf, das sowohl Stoßwellen dämpfen als auch eine Stoßwelle vorzugsweise in Richtung eines lösbaren Deckels richten soll, der für minimale Dämpfungseigenschaften ausgebildet ist.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Frachtbehälters, der die Gefahr einer Beschädigung einer Flugzeugkonstruktion durch Detonation einer Bombe oder eines anderen Sprengkörpers in dem Behälter verringern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein zur Verwendung in einem Flugzeug ausgebildeter Behälter verstärkte Wände auf, die aus explosionsfestem Material hergestellt und/oder damit verstärkt sind, und mindestens eine geschwächte Platte oder Wand auf, so daß der Explosionsdruck eines im Behälter detonierenden oder explodierenden Köpers hauptsächlich durch die geschwächte Platte oder Wand aus dem Behälter austritt, wobei der Behälter ein Flugzeugfrachbehälter ist und die geschwächte Platte oder Wand, die aus einem gegen Explosionsdruck verhältnismäßig wenig festen Material hergestellt ist, im Gebrauch so orientiert ist, daß der Explosionsdruck des detonierenden oder explodierenden Körpers hauptsächlich entlang der Flugzeuglängsachse gerichtet wird.
Der Behälter weist zwei geschwächte Platten oder Wände an gegenüberliegenden Seiten auf, die im Gebrauch die mit Bezug auf die Flugzeuglängsachse nach vorne und nach hinten weisenden Seiten sind.
Die Erfindung arbeitet nach dem Prinzip, daß die nach vorne und hinten weisende Seite bzw. Seiten brechen, wenn eine Bombe oder ein anderer Sprengkörper im Gepäckbehälter detoniert, und der Explosionsdruck in Längsrichtung entlang des Frachtraums wandern kann. Er wird durch Auftreffen und vielfache Reflektionen an den durch anderen Containern und darin befindliches Gepäck hergestellten Barrieren gedämpft.
Jeder Gepäckbehälter kann mit jedem benachbarten Behälter in der gleichen Längsreihe verriegelbar ausgebildet sein. Zwischen benachbarten Behältern (entweder zwischen sämtlichen Behältern oder zwischen benachbarten Behältern in gewählten Intervallen) kann druckdämpfendes Material, beispielsweise Vermikulit, angeordnet sein, um die Dämpfung der entlang des Frachtraums wandernden Druckwelle zu vergrößern. Wünschenswerter Weise sind die oberen und unteren Extremitäten der Räume zwischen den Behältern durch druckbeständiges Material blockiert, um ein Auslecken des Explosionsdrucks nach oben oder unten zu verhindern.
Zweckmäßiger Weise kann an einer gewählten geschwächten Seitenwand des Behälters eine Kante in Form eines Simses oder einer Haube gebildet sein, die über die benachbarte geschwächte Seitenwand des nächsten Behälters paßt, was ein Ineinandergreifen und Verschalen mit druckbeständigem Material ermöglicht.
Zusätzlich kann die im Gebrauch an die Flugzeughülle angrenzende Wand des Behälters ebenfalls geschwächt sein, so daß ein Teil der Energie des Explosionsdrucks nach außen aus dem Flugzeug heraus gerichtet wird. Die Flugzeughülle kann speziell vorgesehene regelmäßig geformte Bruchplatten in ihrer Konstruktion aufweisen, die durch Schläge und Beanspruchungen im normalen Betrieb nicht beeinträchtigt werden, aber im Falle einer Explosion einen Auslaß für den Explosionsdruck herstellen. Obwohl dann an der Flugzeugkonstruktion Schaden verursacht wird, kann dies (unabhängig von dem Ort im Behälter, wo die Bombe plaziert ist) mehr lokalisiert werden, so daß eine gute Aussicht besteht, daß das Flugzeug noch gesteuert und danach sicher gelandet werden kann.
Die verstärkten Wände des Gepäckbehälters, und vorzugsweise auch der Flugzeughüllenauskleidung können aus detonationsfestem Material hergestellt und/oder damit verstärkt sein, vorzugsweise in Form einer Kompositkonstruktion aus leichtem geschäumtem oder zelligem Material und aus einem schlagfesten Material mit Durchgangsbohrungen, wie in einer parallelen internationalen Anmeldung gleichen Datums durch die vorliegenden Anmelder aufgrund der UK-Patentanmeldungen 89 25 192 und 89 25 194 beschrieben ist.
Die Blasen oder Zellen des geschäumten oder zelligen Materials bilden zusammen mit den Löchern des schlagbeständigen Materials eine Vielzahl von Luftkanälen, durch welche Luft entlüftet werden kann. Wenn das explosionsdruckabsorbierende Material nach der vorliegenden Erfindung an einer Seite Luftkanälen ausgesetzt ist, kann Luft entlüftet werden. Wenn das explosionsdruckabsorbierende Material nach der vorliegenden Erfindung an einer Seite Luft in einer Detonationswelle ausgesetzt ist, dämpfen Größe und Anzahl der Luftpfade die Druckwelle so, daß der Druckverlauf der Explosion über der Zeit von einem schmalen Impuls sehr hoher Intensität in einen breiten Impuls viel geringerer Intensität umgesetzt wird.
Das geschäumte oder zellige Material ist vorzugsweise ein Material, das unter mäßigem Druck steif ist, das aber unter hohem Druck (beispielsweise im Zusammenhang mit einer Explosionswelle) zusammendrückbar ist.
Es kann alternativ ein Material sein, dessen Form ein elastisches Formrückstellvermögen hat, so daß, wenn das Material zusammengedrückt wird, es Energie enthält, um entgegen dem Explosionsdruck Arbeit zu verrichten, um seine Form wieder herzustellen.
Die Verwendung nicht entflammbarer Kunststoffe wird bevorzugt, und die Verwendung von solchen Kunststoffen, die sich zu toxischen Produkten zersetzen, wird vorzugsweise vermieden, so daß irgendeine mit dem Explosionsdruck verbundene Stickflamme keine solchen Produkte aus dem Kompositmaterial in die umgebende Atmosphäre freisetzen.
Vorzugsweise liegt die Dichte des geschäumten oder zelligen Materials im Bereich von 0,05 bis 0,35 x 10³ kg pro m³. Die mittlere Schaumblasen- oder Zellengröße liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm und wird durch ein Verfahren erzeugt, in welchem die Blasen- bzw. Zellengröße steuerbar und reproduzierbar ist.
Das geschäumte oder zellige Material kann beispielsweise ein offen- oder geschlossenzelliger Schaum sein, der beispielsweise aus einem organischen oder anorganischem Material wie Polyäthersulphon, geschäumte Silika, geschäumter Glimmer und dgl. sein.
Das geschäumte oder zellige Material kann seinerseits in den Zellen eines steifen zelligen, beispielsweise honigwabenförmigen Materials untergebracht sein.
Das leichte schlagbeständige Material der genannten Schichten ist wünschenswerter Weise ein steifes Material, das dem Kompositmaterial mechanische Festigkeit verleiht. Das Material kann eine Schicht aus massivem leichtem Material sein, beispielsweise einem leichten Metall und/oder eine faserverstärkte Kompositschicht, in der Durchgangsöffnungen gebildet sind. Alternativ dazu kann das Material eine Schicht aus einem leichten Metall und/oder eine Kompositschicht sein, die als Vielfachrohr oder vielzellige Struktur ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein solches Material eine Netz- oder Wabenstruktur aufweisen. Es kann aus einem leichten Metall (z.B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung von beispielsweise 25 um bis 100 um Dicke) und/oder faserverstärktem Kompositmaterial bestehen. Eine Wabenstruktur aus phaserverstärktem Kompositmaterial kann beispielsweise nach dem in der UK-Patentanmeldung GB 20 58 661B beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise haben die Zellen, beispielsweise Wabenzellen, in einer solchen Konstruktion einen mittleren Durchmesser zwischen gegenüberliegenden Seiten von 5 mm bis 20 mm.
Wo das schlagfeste Material eine Mehrfachrohr-, Netz- oder Wabenkonstruktion aufweist, haben die Zellenwände der Struktur vorzugsweise darin gebildete Durchgangsöffnungen, so daß Luft und andere Gase bei einer Explosionswelle seitwärts durch die Konstruktion hindurchdiffundieren können.
Vorzugsweise sind die Positionen von Queröffnungen durch benachbarte Schichten des schlagfesten Materials relativ zueinander gestaffelt angeordnet, insbesondere in dem Fall, wo die Öffnungen in einem massivem Blech oder einer Schicht aus schlagbeständigem Material bestehen, so daß die Weglänge für Gas durch die Queröffnungen der geschichteten Konstruktion hindurch vergrößert und vorzugsweise maximiert ist. Beispielsweise kann eine Mehrschichtkonstruktion aus schlagfestem Material mit zwei verschiedenen Lochmustern hergestellt sein, wobei die Lochmuster der beiden Typen abwechselnd in benachbarten Schichten vorhanden sind.
Das schlagfeste Material kann beispielsweise eine undurchlässiges, feuerbeständiges, faserverstärktes Kompositmaterial sein, zum Beispiel ein wärmeabbindendes oder thermoplastisches polymeres Matrixmaterial, das mit Fasern verstärkt ist, die aus Glas, Kohle, Polyamid, Polyolefin, Polyaramid und dgl. oder Mischungen hiervon ausgewählt sind.
Vorzugsweise beträgt die Dichte des schlagfesten Materials weniger als 2 x 10³ kg pro m³, wünschenswerterweise weniger als 1 x 10³ kg pro m³. Die verwendeten Fasern zur Schaffung eines faserverstärkten Kompositmaterials können verwobene oder unverwobene, kurze oder längere Fasern sein. Sie können zufällig in der Matrix oder in einem gleichförmigen Muster eingelagert sein. Jedoch sind die mechanischen Eigenschaften der zur Schaffung jeder Lage sich ergebenden Schicht vorzugsweise (obwohl nicht notwendig) in jeder Richtung entlang seiner Oberfläche im wesentlichen gleichförmig.
Glasfaserverstärktes Epoxydharz bildet ein geeignetes wärmeabbindendes Kompositmaterial für die Schichten aus schlagfestem Material, wenn diese in Form massiver Schichten ausgebildet sind. Schichten aus diesem Material haben eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm, wobei beispielsweise 1 mm bis 2 mm besonders geeignet sind. Ein anderes bevorzugtes Material besteht aus einem geeigneten bekannten thermoplastischen Elastomerlaminat, das beispielsweise aus Polyäthersulphon hergestellt ist, das Schichten mit eingebetteten Polyaramidfasern enthält.
Die genannten Öffnungen, wo sie durch Schichten aus schlagfestem Material hindurch gebildet sind, können einen Durchmesser von 0,2 bis 5 mm haben, beispielsweise von 0,5 mm bis 2 mm. Solche Öffnungen sind vorzugsweise zylindrisch und haben kreisförmigen Querschnitt, aber sie können auch andere Formen und einen sich durch die Schicht hindurch verändernden Querschnitt haben. Die Öffnungen können nach irgendeinem zweckmäßigen Verfahren hergestellt sein, beispielsweise durch Stanzen oder Pressen von Schichten, die keine Öffnungen enthalten, oder durch Formen eines Kompositmaterials um Zapfen oder andere Vorsprünge herum, die nach dem Formen von dem Kompositmaterial herausgenommen werden. Vorzugsweise werden zwischen 30 % und 70 %, beispielsweise etwa 50 % des Oberflächenbereichs der Schicht aus schlagfestem Material aus massivem Material hergestellt (wobei die Öffnungen des Rest des Oberflächenbereichs bilden).
Die Öffnungen oder Zellen der schlagfesten Schicht können ihrerseits teilweise oder vollständig mit einem leichten geschäumten oder zelligen Polymermaterial ausgefüllt sein.
Die Grenzfläche zwischen benachbarten Schichten aus geschäumtem oder zelligem polymerem Material und aus schlagfestem Material oder zwischen benachbarten Schichten von schlagfestem Material können mit einer durchbrechbaren Folie aus beispielsweise metallenem Material ausgekleidet sein, beispielsweise aus Aluminiumfolie oder einer Aluminiumlegierungsfolie mit einer Dicke von beispielsweise 20 bis 100um . Eine solche Folie kann auch nur an gewählten Grenzflächen vorgesehen sein, beispielsweise nur angrenzend an die ersten zwei oder drei geschäumten oder zelligen Schichten nahe derjenigen Oberfläche der mehrschichtigen Konstruktion, die anfänglich dem Explosionsdruck ausgesetzt ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Explosionsdruck die Metallschichten an Grenzflächen zwischen weiter von der anfänglich beaufschlagten Oberfläche entfernten Schichten abschert, ist danach beträchtlich verringert.
Vorzugsweise enthält die Oberfläche des Kompositmaterials, das dem Explosionsdruck ausgesetzt ist, kein Aluminium, und irgendwelches Aluminium ist hiervon durch anderes, vorzugsweise feuerbeständiges Material getrennt.
Das explosionsdruckfeste Kompositmaterial kann ggf. eine oder mehrere Schichten aus einer feuerbeständigen unbewehrten Kunststofflage, beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 mm bis 1,5 mm, und mit darin gebildeten Durchgangsöffnungen aufweisen, so daß zwischen 30 % und 70 % des Oberflächenbereichs der Schicht von den Öffnungen eingenommen wird. Die Öffnungsgrößen können sich über diese Schicht verändern, beispielsweise in einem Bereich von Öffnungsdurchmessern von zwischen 5 mm und 0,1 mm, beispielsweise zwischen 1 mm und 5 mm am oberen Ende bis zwischen 0,1 und 0,5 mm am unteren Ende, wobei die Anzahl der Öffnungen jeder Größe zunimmt, wenn die Größe abnimmt. Solche Schichten können beispielsweise aus einem zähen thermoplastischen Material wie Polykarbonat, Polyäthersulphon, Polyester oder PEEK hergestellt sein. Solche Schichten können zwischen den Lagen von schlagfestem Material und dem zelligen oder geschäumten Material vorgesehen sein.
Die Oberfläche des explosionsdruckbeständigen/absorbierenden Kompositmaterials, das dem Explosionsdruck (im Falle eines Unfalls) ausgesetzt ist, kann aus einer der genannten perforierten Kunststofflagen bestehen.
Wenn das Kompositmaterial perforierte flexible Kunststofflagen enthält, können diese Lagen an angrenznde Schichten aus geschäumtem oder zelligem Material und schlagfestem Material an einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Bindungsstellen gebunden sein, so daß der Widerstand gegen einen Luftstrom durch die Struktur minimiert wird. Zum Beispiel kann der gesamte Oberflächenbereich der Bindungsstellen kleiner als ein Zehntel des Oberflächenbereichs der Kunststofflage (einschl. der darin gebildeten Öffnungen) sein.
Die einzelnen in dem Kompositmaterial enthaltenen Schichten können durch verschiedene der auf dem Gebiet der Kompositmaterialien bekannten Techniken oder Verfahren ohne wesentliche Kompression der geschäumten oder zelligen Schichten aneinander gebunden sein. Beispielsweise können die Schichten durch Bindemittel aneinander gebunden sein, die wärmeabbindend, beispielsweise Epoxyd, oder kaltabbindend, beispielsweise Polyesterharze, oder durch Licht wärmeabbindend sein können.
Behälterkonstruktionen aus Kompositmaterial nach der vorliegenden Erfindung können außerdem durch Überwickeln der Mehrschichtanordnungen in bekannter Weise mit Verstärkungsfasern verstärkt sein, beispielsweise aus Kohlenstoff und/oder Polyaramid, die in einem geeigneten Bindeharz eingebettet werden.
Die vorliegende Erfindung wird wünschenswerter Weise in Verbindung mit anderen Schutzmaßnahmen eingesetzt, wie sie in den UK-Patentanmeldungen 89 25 191, 89 25 192, 89 25 194 und 89 25 195 gleichen Datums von den vorliegenden Anmeldern, und in einer parallelen internationalen Anmeldung auf der Basis der UK-Patentanmeldungen 89 25 194 und 89 25 192 beschrieben sind. Solche weiteren Maßnahmen umfassen die Auskleidung des Flugzeugfrachtraums durch eine weitere Schicht aus explosionsdruck- und splitterfestem Kompositmaterial, und das Vorsehen eines leichten, druckdämpfenden Materials an verschiedenen strategischen Stellen über oder in Kanälen und Durchführungen, die zwischen verschiedenen Teilen der Flugzeugkonstruktion verlaufen.
Die Schutzmaßnahmen nach der vorliegenen Erfindung funktionieren, um dies zu veranschaulichen, folgendermaßen, wenn eine Bombe oder ein anderer Sprengkörper beispielsweise in einer Tasche oder einem Koffer in einem Gepäckbehälter detoniert.
Die Bombe erzeugt einen Explosionsdruck und einige Splitter. Wahrscheinlich wird das Druckfeld wegen der Art und Weise, in welcher Gepäck in dem Behälter verstaut ist, in hohem Maße asymmetrisch sein, da harte Gepäckhüllen eine stärkere Richtungswirkung als weiches Gepäck entfalten.
Der Explosionsdruck und der Splitter treffen auf die Innenwände des Gepäckbehälters innerhalb einer Millisekunde auf. Der Gepäckbehälter soll für eine kurze Zeitspanne (bis zu 1 Millisekunde) als Behältnis instand bleiben, während gleichzeitig die Explosionsdruckwirkungen in Richtung der Längsachse der Flugzeughülle geleitet wird.
Etwa 1 bis 2 Millisekunden nach der Zündung beginnte eine Freifeld-Luftdruckkonzentration an der einen oder mehreren Sollbruchstelle im Gepäckbehälter, und die übrigen Explosionswirkungen beginnen den Frachtraum zu beeinflussen, in welchem der Gepäckbehälter normalerweise mit anderen gleichartigen Behältern verstaut ist. Der Frachtraum ist als Kammer bzw. als Kammern ausgebildet und normalerweise unter der Passagierkabine gelegen ist und die üblicherweise die volle Breite des Flugzeugs in Anspruch nimmt und normalerweise Gepäckbehälter in zwei Reihen aufnehmen kann. Die Gepäckbehälter werden von außen durch eine Luke eingeladen und können entlang von Schienen an Ort und Stelle verschoben werden, wo sie mit Verriegelungen arretiert werden können.
Der Frachtraum ist normalerweise mit einem dünnen Kunststoffkompositmaterial und Schall- und Wärmeisolationspackungen ausgekleidet. Zahlreiche Kanäle, die durch benachbarte I- Durchzüge und Rippen oder Längsversteifungen gebildet sind und seitwärts oder vorwärts und rückwärts verlaufen und sowohl offen als auch geschlossen sind, haben offene Enden, die aus dem Frachtraumbereich leicht zugänglich sind. Infolgedessen kann die aus dem Bomben enthaltenden Gepäckbehälter austretende Druckwelle in viele dieser Kanäle eintreten und zu entfernten Stellen in der Flugzeugkonstruktion geleitet werden, zu denen sie anscheinend keinen Zugang hätte. Des weiteren reicht die übliche dünne Kompositmaterialauskleidung nicht aus, weder die Träger des Passagierkabinenbodens noch den dünnen Passagierkabinenboden zu schützen, die beide einer beträchtlichen Beschädigung durch den Luftdruck und/oder durch Splitter ausgesetzt wären. Ein großes Maß an Schutz gegen Luftdruck und Splitter kann für die Kabinenbodenträger, den Kabinenboden selbst, die offenen Konstruktionskanäle und den Flugzeugbauch unterhalb des Frachtraums kann durch Auskleiden des Frachtraums mit einer Schicht aus druckabsorbierendem Material ähnlich demjenigen erreicht werden, das zu Konstruktion der Gepäckbehälter selbst eingesetzt wird. Dieses Material wird wünschenswerterweise mindestens in den an die Decke des Frachtraums und seinen Boden angrenzenden Bereichen angebracht, insbesondere über den Ausmündungsbereichen von längs- oder querverlaufenden Konstruktionskanälen. Es ist kaum möglich, das Material als eine zusammenhängende Schutzschicht einzubauen. Es kann notwendig sein, an gewissen Stellen Öffnungen auszuschneiden, um notwendige Lukenplatten zu berücksichtigen, aber das Ziel sollte sein, das Material zur Auskleidung des Frachtraums in solcher Weise einzusetzen, daß ein möglichst großer Teil des empfindlichen Kabinenbodens und des Flugzeugbauches geschützt wird.
Die Frachtraumauskleidung wird der Druckwelle typischerweise nach einer weiteren Zeitspanne von 0,1 Millisekunden nach dem Bruch des Gepäckbehälters ausgesetzt. In diesem Zeitpunkt können Splitter und reflektierte und direkte Druckausbreitung aus dem Gepäckbehälter eine weitere Absorption durch Druck- und Splitterdämpfungsmaterial, das den Frachtraum auskleidet, und durch druckabsorbierende Materialien und/oder Konstruktionen zwischen der Passagierkabine und dem Frachtraum erfordern.
Luftdruckabsorbierendes Material und/oder Strukturen, welche die Basis eines Luftdruckventil- und luftdruckabsorbierenden Materials bilden, sind vorzugsweise hergestellt, wie in den oben erwähnten UK-Patentanmeldungen 89 25 191 und 89 25 195 beschrieben, und haben die Funktion, während einer Zeitdauer zwischen ein paar Zehntel Mikrosekunden bis ein paar Hundertstel Millisekunden die Intensität der in den großen offenen Raum der Passagierkabine eintretenden oder entlang offener Kanäle zu entfernten Teilen der Flugzeugkonstruktion übertragen Druckwelle zu verringern. Unter der Vorraussetzung, daß solche Ventile, luftdruckabsorbierende Materialien, das Frachtraumauskleidungsmaterial und die Gepäckbehälterkonstruktion korrekt funktionieren, bleiben die Fußbodenträger und die Passagierkabine über dem Behälter im wesentlichen in Takt. Dies verringert die Gefahr, daß die Flugzeughülle als Ergebnis ihrer Verformung aufgrund des Luftdrucks massive mechanische Schäden erleidet.
Des weiteren verringert das Vorhandensein von Explosionsdruck dämpfendem Material, das vorzugsweise in Kanälen innerhalb der Konstruktion untergebracht ist, die Auswirkungen des Explosionsdrucks entlang derselben weiter. Es ist also unwahrscheinlich, daß in sie eingedrungener Luftdruck intensiv genug ist, um eine Beschädigung der Hülle an einer vom Explosionsort entfernten Stelle zu verursachen.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flugzeugfrachtbehälters nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer abnehmbaren Ladeklappe, die bei dem in Fig. 1 gezeigten Behälter verwendet wird;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Laminatmaterials, das bei den Wänden des Behälters nach Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines alternativen Laminatmaterials, das bei den Wänden des Behälters nach Fig. 1 verwendet werden kann;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines alternativen Laminatmaterials;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Flugzeugfrachtbehälters nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Teils der Wände des in Fig. 6 gezeigten Behälters;
Fig. 8 eine geschnittene Seitenansicht von ineinandergreifenden Gepäckbehältern nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein Gepäckbehälter 1 eine obere Wand 3, eine untere Wand 5, eine (mit Bezug auf die Flugzeugfront) auswärts weisende Stirnwand 7, eine einwärts weisende Stirnwand 9, eine vorwärts weisende Seitenwand 11, und eine rückwärts weisende Seitenwand 13 auf.
Die Wände 3, 5, 9, 11 und 13 sind alle aus starkem, explosionsdruckbeständigem Material hergestellt und/oder damit verstärkt, während die Wand 7, die angrenzend an die Flugzeughülle (nicht dargestellt) gelegen ist, aus verhältnismäßig weichem Material hergestellt ist, beispielsweise dünnem Metall oder dünnem faserverstärktem Kompositmaterial.
Die untere Wand 5, wo sie mit der nach außen weisenden Stirnwand 7 zusammentrifft, ist nach oben gekrümmt, um so zweckmäßigerweise die Oberfläche der nach außen weisenden Stirnwand 7 (relativ zu den anderen Wänden) kleiner machen zu können und den durch den Explosionsdruck aufzureisenden Bereich minimal halten zu können.
Die nach hinten weisende Seitenfläche 13 weist eine abnehmbare Klappe 15 auf, die in Fig. 2 mehr im einzelnen gezeigt ist. Diese Klappe 15 weist einen konkaven oberen Teil 15a auf, der an seiner einwärts weisenden Fläche Luftdruckdämpfungskissen 14 aufweist, die beispielsweise aus Schaumgummi hergestellt sind. Die Klappe 15 überdeckt eine Ladeöffnung 16a, die in einem Rahmen 16 innerhalb der Wand 13 des Behälters 1 gebildet ist. Die relative Überlappung zwischen der Klappe 15, dem Rahmen 16 und der Wand 13 sind im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt.
Ein Sicherheitsstreifen 19 verläuft um die Wände 3, 5, 11 und 12 an ihren von der geschwächten Wand 7 entfernten Enden herum, um diese Wände an diesem Ende zu verstärken, so daß irgend ein Bruch dieser Wände nur an ihrem an die geschwächte Wand 7 angrenzenden Endbereich wahrscheinlich ist.
Das laminierte Material, das in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Beispiel eines Materials, das die Wände des Behälters 1 außer der geschwächten Wand 7 bildet oder auskleidet. Das Material besteht aus Aluminium/Aluminiumlegierungs-Wabenschichten 21, die beispielsweise aus Aluminiumfolien des Typs 3003 Al mit 38 bis 76um Dicke bis BS 1470 hergestellt sind und die mit einem steifen oder kompressiblen, nicht entflammbaren Kunststoffschaum 23 gefüllt sind, wobei die gefüllten Schichten 21 ihrerseits zwischen Sandwichlagen 25, 27 eingeschlossen sind, die abwechselnde Schichten aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einem hochfestem wasserverstärkten Kompositmaterial mit hohem Elastizitätsmodul, beispielsweise Polyaramid und/oder kohlefaserverstärktes Polymermaterial bestehen. Die Sandwichlagen 25, 27 sind mit Durchgangsöffnungen 29 ausgebildet. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist eine der Sandwichlagen 25 aus faserverstärktem Kompositwerkstoff/Aluminium/faserverstärkten Kompositschichten gebildet und die andere Sandwichlage 27 ist aus Aluminium/faserverstärktem Kompositmaterial/Aluminiumschichten gebildet, obwohl diese beiden Sandwichlagen ggf. auch vertauscht oder eine durch die andere ersetzt verwendet werden können.
Vorzugsweise hat der Kunststoffschaum eine zellige Struktur mit einer mittleren Zellengröße von 0,1 mm bis 2,0 mm, wobei die mittlere Dicke der Schaumschichten 10 mm bis 55 mm beträgt. Die Wabenzellen haben ein Maß von Seite zu Seite von 5 mm bis 20 mm, typischerweise 10 mm.
Die Schichten der in Fig. 3 dargestellten Sandwichlage können mit Epoxydharzkleber aneinander gebunden sein.
Das in Fig. 4 gezeigte alternative Kompositmaterial weist Schichten 53 aus einem steifen netzartigen Kunststoffschaum auf, der typischerweise 1 bis 2 mm dick ist, die mit Schichten von typischerweise 1 mm Dicke aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, beispielsweise Epoxydharz, abwechseln, die jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 57 mit etwa 1 mm Durchmesser haben. Die Öffnungen 57 in benachbarten Schichten 57 sind relativ zueinander versetzt angeordnet, so daß die kürzeste Weglänge zwischen einem Paar von Öffnungen 57 in benachbarten Schichten 55 maximiert ist.
Die äußeren Schichten des Laminats sind durch Schichten 55 gebildet, und diese äußeren Schichten können geringfügig dicker sein als die Schichten 55 innerhalb des Laminats, beispielsweise 1,5 mm dick.
An den ersten sechs Grenzflächen zwischen den Schichten 55 und 57 von der mit S bezeichneten Außenfläche aus, die im Gebrauch diejenige Fläche ist, auf welche ein von dem Material zu absorbierender Explosionsdruck zuerst auftrifft, sind Aluminiumschichten aufgebracht oder ist eine Aluminiumfolie aufgeklebt.
Die verschiedenen Schichten des Kompositmaterials nach Fig. 4 können beispielsweise durch einen Epoxydharzkleber (nicht dargestellt) aneinander gebunden sein.
Das in Fig. 5 gezeigte Kompositmaterial weist Schichten 111 aus nicht entflammbarem geschäumtem Kunststoffmaterial auf, die zwischen Aluminium- oder Aluminiumlegierungswabenschichten 113 abwechselnd angeordnet sind. Die Schichten 113 enthalten nicht entflammbares geschäumtes Kunststoffmaterial 116 in den Zellen 114 der Waben. Das geschäumte Kunststoffmaterial in den Schichten 111 und 113 kann das gleiche sein und typischerweise 5 mm bis 15 mm dick sein und eine Dichte von 0,05 bis 0,35 x 10³ kg pro m³ haben. Die Schaumblasengröße liegt zwischen 0,01 mm und 2 mm.
Das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung, aus welcher die Wabe hergestellt ist, kann beispielsweise eine Dicke von 38 bis 76um haben. Die Wabe ist mit Durchbrüchen mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 1,5 mm perforiert, die nicht mehr als 50 % ihrer Oberfläche ausmachen.
Die Schichten 115 aus (nicht verstärktem) feuerhemmendem Kunststoff sind an der Innenseite des Laminats (die einer Explosion ausgesetzt ist) und an den Grenzflächen zwischen den Schichten 111 und 113 angeordnet. Die Schichten 115 sind mit Durchbrüchen perforiert, die zufällig mit unterschiedlichen Durchmessern so gebildet sind, daß die Fläche des verbleibenden Kunststoffmaterials nicht kleiner als 50 % der Schichtoberfläche ist. Die Durchbrüche variieren in ihrer Größe von etwa 0,5 mm bis 5 mm. Die Anzahl von Durchbrüchen jeder Größe ist grob umgekehrt proportional zur Größe der Durchbrüche.
Die verschiedenen Schichten 111, 113 und 115 des in Fig. 5 gezeigten Laminats sind durch eine der oben beschriebenen Verfahren miteinander verbunden.
Ein alternativer Gepäckbehälter nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. In diesem Fall weist der Behälter einen feststehenden unteren Teil 31 und einen oberen Teil 33 auf, der mittels eines Scharniers 35 am Unterteil 31 angelenkt ist, das durch ein faserverstärktes Kompositgewebe 37 geschützt ist. Das Oberteil 33 arbeitet nach Art eines Aligatormauls.
Das Oberteil 33, das, wenn es aufgeklappt ist, das Einsetzen von Gepäck in den Behälter ermöglicht, weist eine Stirnwand 39 auf, welche die gleiche Funktion wie die geschwächte Wand 7 in Fig. 1 hat. Daher sind, abgesehen von der Wand 7, das Oberteil 33 und das Unterteil 35 aus einem Verstärkungsmaterial hergestellt oder damit verstärkt, wie es mit Bezug auf Fig. 3, Fig. 4 oder Fig. 5 beschrieben ist.
Das Oberteil 31 kann durch Arretierungen 41 im Schließzustand gehalten werden. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, sind Oberteil und Unterteil 31, 33 durch einen überlappenden Hilfsbereich 43 gechlossen (der entweder am unteren Rand des Oberteils 31 oder am oberen Rand des Unterteils 33 befestigt ist), so daß ein Auslecken der Druckwelle an der Fuge zwischen den beiden Teilen 31, 33 ausgeschaltet werden kann.
Die in Fig. 8 dargestellte alternative Gepäckbehälteranordnung weist einen Behälter 61 auf, der mit einem Behälter 63 in einer Reihe (weitere sind nicht dargestellt) von ineinander greifenden Behältern ineinandergreift. Der Behälter 61 weist eine Deckwand 65 und eine Bodenwand 67 auf, die aus einem der in den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendeten druckwellenbeständigen Kompositmaterialien hergestellt sind. Ebenso weist der Behälter 63 eine Deckwand 69 und eine Bodenwand 71 aus gleichem Material auf. Die Behälter 61, 63 haben weiche Stirnwände 73, 75, die aus Material niedriger Festigkeit, beispielsweise dünnem Metall oder dünnem Material, hergestellt sind. Entlang des Randes der Stirnwand 73 ist ein Randteil 77 gebildet, und die Wände 69 und 71 greifen unter den Randteil 77, um einen Formschluß herzustellen. Weiteres druckwellenbeständiges Material 79, 81 ist über Oberseite und Unterseite des Randteils 77 angeordnet.
Im Falle der Detonation eines Sprengkörpers brechen die weichen Strinwände 73, 75, und die Druckwelle wandert in Längsrichtung in der oben beschriebenen Weise entlang des Flugzeugs. Die (nicht dargestellten) Seitenwände der Behälter 61, 63 sind ebenfalls druckwellenfest, um sicherzustellen, daß im Bedarfsfall diese Wirkung auftritt. Die Wände 65, 67, 69, 71 und das druckwellenfeste Material 79, 81 verhindern ein Auslecken der Druckwelle nach oben oder unten relativ zur Längsachse des Flugzeugs (Achse X in Fig. 8).

Claims

1. Verwendung eines Behälters in einem Flugzeug, der verstärkte Wände (65, 67), die aus explosionsfestem Material hergestellt und/oder damit verstärkt sind und im Gebrauch mindestens Deckwand und Bodenwand des Behälters bilden, und mindestens eine geschwächte Platte oder Wand (73) aufweist, so daß der Explosionsdruck eines im Behälter detonierenden oder explodierenden Körpers hauptsächlich durch die geschwächte Platte oder Wand aus dem Behälter austritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in das Flugzeug derart eingeladen ist, daß die geschwächte Platte oder Wand (73) derart gerichtet ist, daß der Explosionsdruck von dem detonierenden oder explodierenden Körper hauptsächlich entlang der Längsachse des Flugzeugs gerichtet ist.

2. Verwendung eines Behälters nach Anspruch 1, wobei zwei geschwächte Wände an gegenüberliegenden Seiten des Behälters vorhanden sind, die mit Bezug auf die Längsachse des Flugzeugs vorwärts und rückwärts weisen.

3. Behälter zur Verwendung nach Anspruch 1 oder 2 mit verstärkten Wänden (65, 67), die aus explosionsfestem Material hergestellt und/oder damit verstärkt sind und im Gebrauch mindestens Deckwand und Bodenwand des Behälters bilden, und mit mindestens einer geschwächten Platte oder Wand (73) derart, daß der Explosionsdruck von einem im Behälter detonierenden oder explodierenden Körper hauptsächlich durch die geschwächte Platte oder Wand aus dem Behälter austritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein Luftfrachtbehälter mit zwei geschwächten Wänden auf gegenüberliegenden Seiten des Behälters ist.

4. Behälter nach Anspruch 3, in dessen Konstruktion eine weitere geschwächte Wand (7) vorgesehen ist, die im Gebrauch so angeordnet ist, daß sie die einem angrenzenden Bereich des Flugzeugrumpfes nächstliegende Wand ist.

5. Behälter nach Anspruch 3 oder 4, mit einer Ladeöffnung (60a) und einer Tür (15), welche die von ihr überdeckte Ladeöffnung innen überlappt, um einen zusätzlichen mechanischen Schutz an der Verbindung zwischen der Tür und den Seitenwandkanten an der Öffnung herzustellen.

6. Behälter nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Behälter ein scharnierartig angelenkten oberen Teil aufweist, der in der Art eines Krokodilmauls über ein feststehendes Basisteil paßt, wobei Gepäck oder Fracht durch die bei angehobenem Oberteil gebildete Öffnung in den Behälter ladbar ist.

7. Behälter nach Anspruch 4, wobei der Behälter angrenzend angrenzend an der dem Flugzeugrumpf nächstliegenden geschwächten Wand (7) eine oder mehr Wandbereiche (5) aufweist, die gekrümmt oder abgewinkelt sind, wo sie mit der geschwächten Wand zusammenlaufen, um die Flächenausdehnung der geschwächten Wand relativ zu den anderen Wandbereichen verringern zu können.

8. Behälter nach Anspruch 3 zur Verwendung in einer Reihe von Behältern, wobei jeder Gepäckbehälter (61, 63) für ein Kuppeln mit jedem der benachbarten Behälter in der gleichen Längsreihe ausgebildet ist.

9. Reihe von Behältern nach Anspruch 8, wobei die oberen und unteren Extremitäten der Räume zwischen den Behältern durch explosionsfestes Material (79, 81) blockiert sind, um ein Auslecken von Explosionsdruck in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung zu verhindern.

10. Behälter nach Anspruch 8 oder 9, wobei auf einer ausgewählten geschwächten Seitenwand (73) des Behälters ein Rand in Form eines Simses oder einer Haube (77) gebildet ist, die über die angrenzende geschwächte Seitenwand (75) des nächsten Behälters passend ausgebildet ist, was gegenseitiges Obergreifen und Ummanteln mit dem explosionsfesten Material (79, 81) ermöglicht.

11. Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die verstärkten Wände des Behälters aus explosionsfestem Material in Form eines Mehrschichtaufbaus aus geschäumtem oder zelligem Material (23) zwischen Platten aus steifem, leichtgewichtigem, schlagfestem Material (25, 27) mit Durchgangsöffnungen (29) hergestellt und/oder damit verstärkt sind.

12. Behälter nach Anspruch 11, wobei das schlagfeste Material des Schichtaufbaus seinerseits ein Schichtaufbau (25, 27) aus metallischen und nichtmetallischen Materialien ist, von denen das nichtmetallische Material ein faserverstärktes Polymer- Kompositmaterial ist.

13. Behälter nach Anspruch 12, wobei das metallische Material eine Platte aus einer hochfesten Aluminiumlegierung ist.

14. Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die verstärkten Wände des Behälters aus einem Laminat aus abwechselnden Schichten aus leichtgewichtigem geschäumten oder zelligem Polymermaterial (53) und aus Schichten eines zähen leichtgewichtigen schlagfesten Materials (55) hergestellt oder damit verstärkt sind, wobei die Kompositmaterialschichten eine Vielzahl von darin gebildeten Durchgangsöffnungen aufweist.

15. Behälter nach Anspruch 14, wobei die Position der Durchgangsöffnungen (57) durch benachbarte Schichten des schlagfesten Materials (55) relativ zueinander gestaffelt angeordnet sind, so daß die Weglänge für durch die Öffnungen des Schichtaufbaus strömendes Gas vergrößert, vorzugsweise maximiert, ist.

16. Behälter nach Anspruch 15, wobei der Schichtaufbau eine Mehrschichtkonstruktion aus schlagfestem Material mit zwei verschiedenen Durchgangsöffnungsmustern aufweist, wobei die beiden Öffnungsmusterarten in benachbarten Schichten jeweils abwechselnd erscheinen.

17. Behälter nach Anspruch 11, wobei das schlagfeste Material ein Material (113) mit Honigwabenstruktur aufweist.

18. Verfahren zum Schutz einer Flugzeugkonstruktion unter Einsatz von Behältern nach Anspruch 1 zur Aufnahme von Gepäck oder Fracht im Flugzeug.