Flugzeugrumpf und Hautfeld Die Erfindung betrifft einen Flugzeugrumpf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Hautfeld für einen derartigen Flugzeugrumpf .

Flugzeugrümpfe werden traditionell in Metallbauweise mit einer Hinterbaustruktur aus einer Vielzahl von Längs- und

Umfangsversteifungen ausgeführt. Die Herstellung derartiger

Flugzeugrümpfe ist zwar sehr gut zu beherrschen, jedoch weisen die Flugrümpfe aufgrund der Metallwerkstoffe ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf. Neben dem hohen Gewicht der metallischen

Flugzeugrümpfe ist insbesondere die hohe Teileanzahl der

Längsversteifungen und deren Anbindung bzw. Integration sehr aufwändig. Daher ist in jüngster Zeit verstärkt die Tendenz zu beobachten, die metallischen Rümpfe durch Rümpfe aus

faserverstärkten Verbundmaterialien zu ersetzen. Dabei sind die Rümpfe sowie deren Hinterbaustruktur meistens eine Kopie der metallischen Rümpfe. Dies bedeutet, dass Längsversteifungen die Längslasten, Umfangsversteifungen die Umfangslasten und -momente und die Haut vorrangig den Innendruck sowie Längs- und Schublasten aufnehmen .

Darüber hinaus wird, wie zum Beispiel in der US 2007/0108347 AI gezeigt, versucht, die herkömmliche Anordnung der Längs- und Umfangsversteifungen durch eine integrale gitterartige

Versteifungsstruktur zu ersetzen, bei der eine Vielzahl von in einer Ebene liegenden und zur Längsachse des Rumpfes schräg angestellte Steifen in Kreuzungsbereichen zusammengeführt sind. Problematisch bei der Verbundbauweise mit der gitterartigen Hinterbaustruktur ist jedoch die hohe Steifenanzahl und deren Zusammenführung in den Kreuzungsbereichen, was aufwändige

Fertigungsvorrichtungen erfordert. Ferner ist die gitterartige Hinterbaustruktur nicht optimal auf auftretende Belastungen ausgelegt, sondern stellt eher einen Kompromiss zur Aufnahme sämtlicher zu erwartenden Belastungen dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flugzeugrumpf, der die vorgenannten Nachteile beseitigt und gezielt auf

auftretende Belastungen eingestellt ist, sowie ein Hautfeld für einen derartigen Flugzeugrumpf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flugzeugrumpf mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Hautfeld mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.

Ein erfindungsgemäßer Rumpf aus einem faserverstärkten

Verbundmaterial für ein Flugzeug weist eine Haut und eine

Hinterbaustruktur aus Längs- und Umfangsversteifungen zur

Versteifung der Haut auf. Erfindungsgemäß ist an der Haut eine Vielzahl von lokalen Verstärkungen ausgebildet. Bei dem

erfindungsgemäßen Rumpf werden die Hauptfunktionen der

strukturellen Elemente wie Haut und Hinterbaustruktur neu

geordnet. Die Haut nimmt im Wesentlichen nur noch Schublasten und den Innendruck auf, während wenige lokale Längsversteifungen ausschließlich bzw. nahezu ausschließlich Längslasten übertragen. Die Umfangsversteifungen nehmen nach wie vor vorrangig

Umfangslasten bzw. -momente auf. Somit kann die Haut mittels eines geeigneten Laminataufbaus in Längsrichtung sehr weich gestaltet werden, so dass diese durch die so entstehende niedrige

Steifigkeit auch geringe Spannungen aufweist. Diese führen dazu, dass zumindest Druckbeulen später einsetzen. Für die Schublasten kann die Haut besser optimiert werden, da vorrangig nur die

Schublasten und der Innendruck im Vordergrund stehen. Die lokalen Verstärkungen bewirken dabei eine lokale Steifigkeitserhöhung und verhindern das Beulen. Somit sind im Vergleich zu herkömmlichen Flugzeugrümpfen nur noch sehr wenige Längsversteifungen notwendig. Vorstellbar ist z.B. eine Reduzierung der Langsversteifungen um den Faktor 6 bis 12. Die notwendige Anzahl der Längsversteifungen wird dabei unter anderem von Fail-Safe-Anforderungen bestimmt. So sieht zum Beispiel eine Vorschrift vor, dass im Falle einer unkontrollierbaren Triebwerkszerstörung, bei dem sich

umherfliegende Rotorblätter in den Rumpf schneiden, der Rumpf für eine sichere Landung dann immer noch eine gewisse Stabilität aufweisen muss. D.h., selbst wenn im optimalen Fall weniger

Längsversteifungen notwendig wären, so können aufgrund von Crash- Vorschriften mehr Längsversteifungen notwendig sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungen als innenseitige Erhebungen ausgebildet, die eine größere Längsais Quer- bzw. Umfangserstreckung aufweisen. Insofern wirken sie quasi als eine Vielzahl von in Längsrichtung hintereinander angeordneten Einzellängsversteifungen. Sie können integral mit der Haut ausgebildet sein oder nachträglich an dieser beispielsweise mittels eines Klebeverfahrens angebunden sein. Ein

Ausführungsbeispiel sieht vor, die Verstärkungen dadurch

auszubilden, dass die Materialstärke der Haut lokal verringert wird, so dass eine Vielzahl von sickenartigen Vertiefungen gebildet wird, die über die nicht dickenreduzierten

Hautabschnitte, die dann die Verstärkungen bilden, voneinander beabstandet sind.

Die Verstärkungen können sowohl als Hohlkörper als auch als

Vollkörper ausgebildet sein. Bevorzugterweise sind sie als

Hohlkörper mit Schaumkernen ausgebildet, da hierdurch bei einem minimalen Gewicht eine maximale lokale Versteifung der Haut zu erreichen ist.

Die Verstärkungen bilden bevorzugterweise sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung Reihen, zwischen denen sich die

Umfangsversteifungen und vereinzelnd die Längsversteifungen erstrecken, so dass die Umfangs- bzw. Längsversteifungen

unmittelbar an der Haut angebunden sind. Ein Ausführungsbeispiel sieht jedoch auch, dass die Umfangs- bzw. Längsversteifungen über Fußabschnitte der Verstärkungen an der Haut angebunden sind. Die Anordnung der Verstärkungen zueinander, ihre Anzahl und ihre Größe und ihre Form richtet sich nach den auftretenden lokalen

Belastungen und kann somit innerhalb des Rumpfes stark variieren. So können die Verstärkungen in Längsrichtung und/oder

Umfangsrichtung auch zueinander versetzt angeordnet sein oder eine Verstärkung kann zum Beispiel die doppelte Länge und/oder eine andere Höhe bzw. Erstreckung in radialer Richtung als benachbarte Verstärkungen aufweisen. Ebenso können die Verstärkungen in

Rumpfbereichen mit hohen lokalen Belastungen in einem anderen Abstand und/oder in einer anderen Anzahl als in Rumpfbereichen mit geringen lokalen Belastungen zueinander positioniert bzw.

vorhanden sein.

Insbesondere sind die Verstärkungen derart ausgeführt, dass wesentlich weniger Längsversteifungen als Längsverstärkungsreihen ausgebildet sind. So sehen Ausführungsbeispiele vor, lediglich vier, acht oder zwölf Längsversteifungen gleichmäßig über den Innenumfang des Rumpfes zu verteilen.

Bevorzugte, da besonders einfach herzustellende Längsversteifungen weisen einen Fußabschnitt auf, von dem sich zwei in etwa parallele klingenartige Stege erstrecken. Die Umfangsversteifungen weisen beispielsweise ein C-artiges Profil mit einem Untergurt, einem Obergurt, einem die beiden Gurte miteinander verbindenden Steg und mit einem Innengurt auf. Derartige Längs- und Umfangsversteifungen sind fertigungstechnisch einfach herzustellen. Die Form bzw. das Profil der Längs- und Umfangsversteifungen ist jedoch variabel. Beispielsweise sind auch Umfangsversteifungen mit einem Omega- Profil vorstellbar.

Ein erfindungsgemäßes Hautfeld aus einem faserverstärkten

Verbundmaterial für einen Flugzeugrumpf hat eine Vielzahl von innenseitigen lokalen Versteifungen. Dies erlaubt das Hautfeld gezielt lokal entsprechend den auftretenden Belastungen

einzustellen und ermöglicht somit eine wesentliche Reduzierung von Längsversteifungen . Sonstige vorteilhafte Ausführungsbei spiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche . Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematisch Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Rumpf,

Figur 2 einen Querschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Rumpf,

Figur 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Längsversteifung,

Figur 4 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hautfeld,

Figuren 5 und 6 Querschnitte durch erfindungsgemäße lokale

Verstärkungen aus Figur 4, und

Figur 7 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße lokale Verstärkung aus Figur 4. In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen

Bezugsziffern, wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige der Elemente mit einer Bezugsziffer versehen sind. Gemäß der Querschnittsdarstellung in Figur 1 weist ein

erfindungsgemäßer Rumpf 2 eine Haut 4 auf, die aus einer Vielzahl von entlang ihrer Längsseiten miteinander verbundenen Hautfeldern 6 hergestellt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die einzelnen Hautfelder 6 wie zum Beispiel eine Oberschale, eine Unterschale und zwei die Unter- und die Oberschale miteinander verbindenden Seitenschalen nicht als separate Bauteile gezeigt. Die Hautfelder 6 bestehen aus faserverstärktem Verbundmaterialen wie CFK bzw. CFRP und weisen an ihrer Innenfläche 8 eine

Hinterbaustruktur aus ebenfalls faserverstärkten

Verbundmaterialien auf, die aus wenigen Längsversteifungen 10, einer Vielzahl von Umfangsversteifungen 12 sowie einer Vielzahl von lokalen Verstärkungen 14 gebildet ist. Die

Umfangsversteifungen 12 sowie die Verstärkungen 14 erstrecken sich über den gesamten Innenumfang des Rumpfes 2 bzw. verteilen sich über diesen, jedoch ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Abschnitt der Umfangsversteifungen 12 sowie eine geringe Anzahl der Verstärkungen 14 dargestellt.

In dem gezeigten Beispiel sind 8 Längsversteifungen 10 vorgesehen, die jeweils paarweise diametral an dem und gleichmäßig voneinander beabstandet über den Innenumfang des Rumpfes 2 verteilt sind.

Dabei liegen jeweils vier Längsversteifungen 10 bzw. zwei

Längsversteifungspaare symmetrisch bzw. nahezu symmetrisch auf der Hochachse 16 und der Querachse 18 des Rumpfes 2.

Gemäß der Darstellung in Figur 2 ist es jedoch auch vorstellbar, die Anzahl der Längsversteifungen 10 zu verändern, beispielsweise auf vier Längsversteifungen zu reduzieren, wobei jeweils zwei Längsversteifungen auf der Hochachse 16 und zwei

Längsversteifungen 10 auf der Querachse 18 positioniert sind. Die Längsversteifungen 10 haben, wie in Figur 3 gezeigt, jeweils zwei in etwa parallel verlaufende klingenartige Stege 20, 22, die sich etwa orthogonal von einem Fußabschnitt 24 mit einem gemäß der Darstellung in der Figur linken Außengurt 26, einem rechten

Außengurt 28 und einem zwischen den Außengurten 26, 28 bzw. den Stegen 20, 22 angeordneten Innengurt 30 erstrecken. Der

Fußabschnitt 24 ist entsprechend der Innenfläche 8 der Haut 4 bzw. Hautfelder 6 gekrümmt ausgebildet (nicht gezeigt) , so dass die Stege 20, 22 bei genauer Betrachtung leicht zueinander angestellt sind. Aufgrund der insgesamt geringen Anzahl von

Längsversteifungen 10 weisen diese in Längsrichtung ein besonders steifes Laminat auf. Die Verstärkungen 14 haben gemäß der Darstellung in Figur 4 in Draufsicht eine linsenartige Gestalt mit einer größeren Längs- als Quer- bzw. Umfangserstreckung und sind in Längsrichtung 32 sowie in Umfangsrichtung 34 in Reihen hinter- bzw. nebeneinander voneinander beabstandet angeordnet. Sie weisen jeweils wie in dem Längsschnitt nach Figur 5 gezeigt einen umlaufenden Fußabschnitt 36 auf, der eine beulen- bzw. hügelartige Erhebung 38 umgreift. Die Erhebung 38 begrenzt einen Hohlraum, in dem ein schaumartiger Kern 40 angeordnet ist. Die Verstärkungen 14 sind mit ihren umlaufenden Fußabschnitten voneinander beabstandet, jedoch sieht ein in Figur 6 gezeigtes Ausführungsbeispiel vor, dass die

Fußabschnitte 36a, 36b bündig ineinander übergehen, so dass in Umfangsrichtung eine ebene Übergangsfläche 42 zwischen

benachbarten Verstärkungen 14a, 14b gebildet ist.

Gemäß dem Längsschnitt in Figur 7 laufen die Erhebungen 38 jeweils sanft endseitig in ihren umlaufenden Fußabschnitt 36 aus, so dass keine sprunghaften bzw. stufenartigen Übergänge zwischen den Fußabschnitten 36 und den Erhebungen 38 gebildet sind.

Gemäß Figur 7 sind die Umfangsversteifungen 12 in Längsrichtung nebeneinander angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Umfangsversteifungen 12a, 12b eine Verstärkung 14 angeordnet ist. Sie haben jeweils ein im Wesentlichen C-förmiges Profil mit einem Untergurt 44, mit dem sie an der Innenfläche 8 der Hautfelder 6 bzw. der Haut 4 angreifen, einem Obergurt 46, einen die Gurte 44, 46 miteinander verbindenden Steg 48 sowie einem von den Gurten 44, 46 abgewandten Innengurt 50. Offenbart ist ein Rumpf 2 aus einem faserverstärkten

Verbundmaterial für ein Flugzeug mit einer Haut 4 und mit einer Vielzahl von Umfangsversteifungen 12 und nur einer geringen Anzahl von Längsversteifungen 10, wobei die Haut 4 eine Vielzahl von lokalen Verstärkungen 14 aufweist, sowie ein Hautfeld 6 zur

Bildung eines derartigen Rumpfes. Bezugs zeichenliste

Rumpf

Haut

Hautfelder

Innenfläche

Längsversteifung

Umfangsversteifung

Verstärkung

Hochachse

Querachse

Steg

Steg

Fußabschnitt

Außengurt

Außengurt

Innengurt

Längsrichtung

Umfangsriehtung

Fußabschnitt

Erhebung

Kern

Übergangsfläche

Untergut

Obergurt

Steg

Innengurt