GOETZE, Matthias (Stephanstr. 45, Dresden, 01129, DE)
| Luft- oder Raumfahrzeughülle Patentansprüche Luft- oder Raumfahrzeughülle, umfassend eine Verbundschale (1) aus ersten Stabelementen (111, 112) oder Sandwich-Kernelementen, und aus ersten Hautelementen (12), die mit den ersten Stabelementen (111, 112) bzw. Sandwich-Kernelementen derart verbunden sind, dass sämtliche äußere Lasten von den ersten Stabelementen (111, 112) bzw. Sandwich-Kernelementen und ersten Hautelementen (12) gemeinsam aufgenommen werden, wobei die Verbundschale (1) mindestens eine Öffnung für ein Fenster, eine Tür oder dergleichen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung der Verbundschale (1) ein Stabtragwerk (2) aus mindestens zwei Gruppen von zweiten Stabelementen (211, 212, 213) angeordnet ist, wobei zweite Stabelemente (211, 212, 213), die derselben Gruppe angehören, parallel zueinander angeordnet sind und zweite Stabelemente (211, 212, 213), die unterschiedlichen Gruppen angehören, nichtparallel zueinander angeordnet sind, die zweiten Stabelemente (211, 212, 213) am Rand der Öffnung mit der Verbundschale (1) verbunden sind und in jeder von zweiten Stabelementen (211, 212, 213) begrenzten Teilöffnung ein zweites Hautelement (22) so angeordnet ist, dass seine Ränder frei von Biegemomenten und Tangentialkräften sind, so dass sämtliche äußere Lasten allein von den zweiten Stabelementen (211, 212, 213) in die Verbundschale abgeleitet werden. 2. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabtragwerk (2) ein autonomes Stabtragwerk (2) ist, das durch Verbinden der zweiten Stabelemente (211, 212, 213) des Stabtragwerks (2) mit der Verbundschale (1), insbesondere den ersten Stabelementen (111, 112) oder/und den ersten Hautelementen (12) in die Öffnung der Verbundschale (1) eingesetzt ist. 3. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zweite Stabelemente (211, 212, 213) des Stabtragwerks (2) durch Knotenelemente (23) miteinander verbunden sind. 4. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabtragwerk (2) sternförmige Segmente umfasst, die jeweils mindestens drei einseitig miteinander verbundene zweite Stabelemente (211, 212, 213) aufweisen und untereinander durch Verbinden freier Enden der zweiten Stabelemente (211, 212, 213) verbunden sind. 5. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabtragwerk (2) polygonförmige Segmente umfasst, die jeweils mindestens drei miteinander verbundene zweite Stabelemente (211, 212, 213) aufweisen und untereinander durch Verbinden ihrer Ecken verbunden sind . Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabtragwerk (2) polygonförmige Segmente umfasst, die jeweils mindestens drei miteinander verbundene zweite Stabelemente (211, 212, 213) aufweisen und untereinander durch Verbinden ihrer Seiten verbunden sind . 7. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabtragwerk (2) aus durchgehenden zweiten Stabelementen (211, 212, 213) zusammengesetzt ist, die sich jeweils unterbrechungsfrei zwischen zwei Rändern der Öffnung der Verbundschale (1) erstrecken und an Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind. 8. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kreuzungspunkt als aufgelöster Knoten ausgeführt ist, bei dem mindestens drei zweite Stabelemente (211, 212, 213) relativ zueinander so angeordnet sind, dass ein von den zweiten Stabelementen (211, 212, 213) begrenzter, polygonförmiger Knoten entsteht. 9. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites Hautelement (22) abgerundete Ecken aufweist oder oval oder kreisförmig ist. 10. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stabelemente (111, 112) ein Orthogrid bilden. 11. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stabelemente (111, 112) ein Isogrid bilden. 12. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Stabelemente (211, 212, 213) ein Orthogrid bilden. 13. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Stabelemente (211, 212, 213) ein Isogrid bilden. 14. Luft- oder Raumfahrzeughülle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der Verbundschale (1) und das darin angeordnete Stabtragwerk (2) eine nicht rechteckige polygonförmige Außenkontur aufweisen. |
Die Erfindung betrifft eine Luft- oder Raumfahrzeughülle gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung beinhaltet spezielle Lösungsansätze für tragende, mechanische Strukturen, beispielsweise eines
Flugzeugrumpfes, im Besonderen eines durch Innenüberdruck belasteten. Das primäre Ziel ist die Substitution der bekannten Fenster- und Türbereiche. Die Anwendbarkeit ist bezüglich der Werkstoffwähl unbeschränkt. Die Erfindung lässt gleichzeitig die Erweiterung auf beliebige Flächentragwerke zum Beispiel mit minderkomplexen Belastungsszenarien zu, in denen ein den Kraftfluss störender Ausschnitt als notwendig erachtet wird.
Den Stand der Technik auf diesem Gebiet bilden die
nachfolgend angegebenen Druckschriften:
/!/ Pettit, R. G./ Wang, J.J./ Toh, C . ; „Validated
Feasibility Study of integrally stiffened metallic Fuselage Panels for Reducing Manufacturing Costs" - Report CR-2000- 209342; Boeing/ NASA Mai 2000 12/ Hansen, L. U./ Häusler, S. M./ Horst, P . ; „Potential Benefits of integrally stiffened Aircraft Structures" -- Präsentation; Ist CEAS Berlin 10.-14.09.2007 13/ The Boeing Company; „Apparatus and Methods for
Reinforcing a structural Panel" - EP1642826A1 ; Priorität 04.10.2004 (US958079)
/4/ The Boeing Company; „Apparatus and Methods for
Installing Aircraft Window Panel" - EP1642824A2; Priorität 04.10.2004 (US958080)
/5/ McDonnell Douglas Corp.; „Composite Shell formed as a Body of Rotation and Method and Mandrel for Making same" -- US005814386A; Priorität 29.09.1998 (RU95120432 01.12.1995) / <ö/ McDonnell Douglas Corp.; „Composite Shell shaped as a
Body of Revolution and Panel Connection Joint" - US6068902; Priorität 30.05.2000 (RU96121193 29.10.1996)
Hl McDonnell Douglas Corp.; „Composite Shell shaped as a Body of Revolution" - US6155450; Priorität 05.12.2000
(RU96121435 29.10.1996)
Fenster, Türen, Tore u.ä. werden regelmäßig als
Unterbrechungen einer orthogonalen oder zumindest nahezu orthogonalen mechanischen Struktur behandelt. Orthogonal ist in diesem Zusammenhang oft übertragbar in orthotrope Schalen in Differentialbauweise.
Diese Schalen zeichnen sich durch eine tragende
quasiisotrope Haut mit orthogonal aufgebrachten
Versteifungselementen, längs Stringer und in Umfangsrichtung Spante genannt, aus. Die Öffnungen entsprechen
aufgewickelten Langlöchern oder Rechtecken mit verrundeten
Ecken. Strukturmechanisch lässt sich eine Analogie zu Rahmen mit biegesteifen Ecken herstellen. Insbesondere an
Türausschnitten verdeutlichen dies die nach dem Stand der Technik verwendeten Dopplerlagen im Zusammenspiel mit
Spanten und Hilfsspanten. Das dieser Auffassung
zugrundeliegende Verständnis führt zu dem Dogma: „Haltet Ausschnitte so klein wie irgend möglich!". In der Forschung und Entwicklung ist mittlerweile eine
Tendenz zu beobachten, bei der es sich um kraftflussgerechte Gestaltungen der Umgebung handelt, siehe NASA /l/ und TU Braunschweig 12/ . Das grundsätzliche Verständnis wird hierbei jedoch nicht angetastet.
Selbst bei ersten Entwicklungen unter Nutzung von
Faserverbundmaterialien, denen ein maßgeschneiderter Einsatz und das konstruktive Umdenken vielzitiert unterstellt wird, bleibt ein Paradigmenwechsel aus. Boeing stellt lediglich einen Ansatz zur Vergrößerung der nutzbaren Fensterfläche sowie gleichzeitigen Vereinfachung in der Herstellung mit Faserverbundtechnologie als Rahmenbauweise vor:
Alle bekannten Anstrengungen, die Form oder die umgebende mechanische Struktur weiterzuentwickeln, beschränken sich darauf, dass ein Fenster innerhalb der Flugzeugrumpfröhre ein störendes, kleinzuhaltendes Loch darstellt. Insbesondere bei überdruckbelasteten Rümpfen für Flughöhen über 3000m wird diese Denkweise deutlich. Der Umgang mit diesen
Ausschnitten ist regelmäßig auf Rahmen mit biegesteifen Ecken zurückzuführen, wenn ausgeführte Beispiele betrachtet werden .
Dies steht im krassen Widerspruch zu einer der konträren Zielstellungen für Entwürfe und Gestaltungen der
Kabineninnenräume . Mit dem Modell Boeing 787 (DreamLiner) verändern sich die Größenordnungen der Fensterfläche noch nicht, obwohl reichlich mit 20%...30% höheren Fenstern
geworben wird.
Als Weiterführung können die Anstrengungen zur Integration der Fenster in die tragende Struktur des Rumpfes verstanden werden /3, 4/. Offen bleibt bisher, welches transparente Material geeignet sein könnte, den Belastungen
standzuhalten. Aktuell wird der in der Fensterbaugruppe enthaltene, nicht transparente Rahmen als Lösungsansatz geführt . Die Erfindung soll die beschriebene, harte Einschränkung für die Flugzeuggestaltung beseitigen.
Sie zielt darauf ab, insbesondere den Bereich der Fenster eines Flugzeugs als voll gültigen Bestandteil des Tragwerks/ der Zelle verwenden zu können. Es eröffnet sich die
Möglichkeit, Fenster etc. den gestalterischen Wünschen gemäß zu integrieren.
Das Wesentliche der Erfindung besteht in dem zu
vollziehenden Wechsel der Tragwerkstopologie von einem
Flächentragwerk zu einem Stabtragwerk und wieder zurück. Es ist unerheblich, welchen Aufbau das Flächentragwerk
aufweist. Die entstehenden Öffnungen im Stabtragwerk werden durch nichttragende, jedoch druckdichte Elemente
verschlossen . Diese können Fenster, somit auch transparent, aber auch Tore oder Türen sein. Die Erfindung sieht in jedem Fall eine Adaption, sprich einen Übergang, zwischen den einzelnen Bereichen des Gesamttragwerks vor.
Ohne erheblichen Aufwand in die Aussteifung von
Leichtbaustrukturen investieren zu müssen, kann mit der nachfolgend näher beschriebenen Erfindung die Aufgabe gelöst werden, ausgehend vom Stand der Technik bekannte Luft- oder Raumfahrzeughüllen dahingehend zu verbessern, dass Öffnungen in Flächentragwerken freier gestaltet werden können. Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe wird eine Luftoder Raumfahrzeughülle vorgeschlagen, die eine Verbundschale umfasst aus ersten Stabelementen oder Sandwich-Kernelementen und aus ersten Hautelementen, die mit den ersten
Stabelementen bzw. Sandwich-Kernelementen derart verbunden sind, dass sämtliche äußere Lasten von den ersten
Stabelementen bzw. Sandwich-Kernelementen und ersten
Hautelementen gemeinsam aufgenommen werden, wobei die
Verbundschale mindestens eine Öffnung für ein Fenster, eine Tür oder dergleichen aufweist, und wobei in der Öffnung der Verbundschale ein Stabtragwerk aus mindestens zwei Gruppen von zweiten Stabelementen angeordnet ist, wobei zweite
Stabelemente, die derselben Gruppe angehören, parallel zueinander angeordnet sind und zweite Stabelemente, die unterschiedlichen Gruppen angehören, nichtparallel
zueinander angeordnet sind, die zweiten Stabelemente am Rand der Öffnung mit der Verbundschale verbunden sind und in jeder von zweiten Stabelementen begrenzten Teilöffnung ein zweites Hautelement so angeordnet ist, dass seine Ränder frei von Biegemomenten und Tangentialkräften sind, so dass sämtliche äußere Lasten allein von den zweiten Stabelementen in die Verbundschale abgeleitet werden.
Mit der beschriebenen Lösung ergeben sich folgende Vorteile: Wegfall biegesteifer Ecken in Flächentragwerken, nahezu unbegrenzte Ausdehnung durchbrochener Flächen, neue,
hochwillkommene gestalterische Möglichkeiten für
Flugzeugfenster, alternative Tür- und Torausschnitte sowie die Möglichkeit der technologischen Vorbereitung nicht orthogonal versteifter Flächentragwerke .
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Stabtragwerk ein autonomes Stabtragwerk ist, das durch Verbinden der zweiten Stabelemente des Stabtragwerks mit der
Verbundschale, insbesondere den ersten Stabelementen
oder/und Hautelementen in die Öffnung der Verbundschale eingesetzt ist. Ein autonomes Stabtragwerk in diesem Sinne ist eine geschlossene Baugruppe, die im Gegensatz zu
Lösungen, bei denen die zweiten Stabelemente des
Stabtragwerks ganz oder teilweise einstückig mit den ersten Stabelementen der verbundschale ausgeführt sind, separat vorgefertigt und erst im fertigen Zustand in die Öffnung der Verbundschale eingesetzt und mit dieser verbunden werden kann .
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei zweite Stabelemente des Stabtragwerks durch Knotenelemente miteinander verbunden sind. Derartige, an sich bekannte Knotenelemente verbinden die zweiten
Stabelemente zu einem Stabtragwerk, wobei eine hohe
Gesamtfestigkeit erzielt werden kann.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stabtragwerk sternförmige Segmente umfasst, die jeweils mindestens drei einseitig miteinander verbundene zweite Stabelemente
aufweisen und untereinander durch Verbinden freier Enden der zweiten Stabelemente verbunden sind. Ein sternförmiges
Segment ist - mit anderen Worten ausgedrückt - ein Element, bei dem mindestens drei zweite Stabelemente mit je einem ihrer Enden in einem gemeinsamen, zentralen Punkt
miteinander verbunden sind und die zweiten Stabelemente sich von diesem zentralen Punkt nach außen erstrecken. Die so gebildeten Strahlen des sternförmigen Segments weisen an ihren äußersten Punkten freie Enden auf, die mit den freien Enden anderer sternförmiger Segmente verbunden werden können, wodurch ein autonomes Stabtragwerk gebildet wird. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Stabtragwerk polygonförmige Segmente umfasst, die jeweils mindestens drei miteinander verbundene zweite Stabelemente aufweisen und untereinander durch Verbinden ihrer Ecken verbunden sind. Beispielsweise kann das autonome Stabtragwerk aus einer Mehrzahl drei- oder mehreckiger Segmente zusammengesetzt sein, die an ihren Ecken jeweils mit der Ecke eines
benachbarten drei- oder mehreckigen Segments verbunden sind. Das Innere jedes dieser polygonförmigen Segmente bildet eine Öffnung, in der ein zweites Hautelement angeordnet werden kann. Ebenso bilden die Außenseiten mehrerer polygonförmiger Segmente gemeinsam eine solche Öffnung, in der ein zweites Hautelement angeordnet werden kann.
Das Stabtragwerk kann gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auch polygonförmige Segmente umfassen, die jeweils mindestens drei miteinander verbundene zweite Stabelemente aufweisen und untereinander durch Verbinden ihrer Seiten verbunden sind. Beispielsweise kann das autonome
Stabtragwerk aus einer Mehrzahl drei- oder mehreckiger
Segmente zusammengesetzt sein, die an der Außenseite eines zweiten Stabelements jeweils mit der Außenseite eines benachbarten zweiten Stabelements eines anderen drei- oder mehreckigen Segments verbunden sind. Das Innere jedes dieser polygonförmigen Segmente bildet eine Öffnung, in der ein zweites Hautelement angeordnet werden kann.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stabtragwerk aus durchgehenden zweiten
Stabelementen zusammengesetzt ist, die sich jeweils
unterbrechungsfrei zwischen zwei Rändern der Öffnung
erstrecken und an Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind. Hierzu können zweite Stabelemente einer ersten Gruppe Aussparungen aufweisen, durch die sich zweite Stabelemente einer zweiten Gruppe hindurch erstrecken. Durch geeignete Verbindungsmittel, wie Blechwinkel oder dergleichen, werden die zweiten Stabelemente der ersten und zweiten Gruppe an den Kreuzungspunkten miteinander verbunden, um die
Festigkeit zu erhöhen.
Bei jeder der oben beschriebenen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass mindestens drei zweite Stabelemente einen aufgelösten Knoten bilden, der eine kompakte Struktur darstellt, die als Versteifungselement wirkt oder/und der durch ein Versteifungselement ersetzt ist. Mit anderen
Worten sind die zweiten Stabelemente relativ zueinander so angeordnet, dass sie sich nicht in einem gemeinsamen Punkt schneiden, sondern leicht versetzt so angeordnet sind, dass ein polygonförmiger Knoten entsteht. Dadurch wird ein autonomes Stabtragwerk gebildet, das zwei Arten von
Öffnungen aufweist: kleinere Öffnungen, die durch relativ kleine zweite Hautelemente, beispielsweise
Versteifungselemente, verschlossen werden können („aufgelöste Knoten") und größere Öffnungen, die durch relativ große zweite Hautelemente, beispielsweise Fenster, verschlossen werden können.
Diese Art eines autonomen Stabtragwerks kann, wie oben beschrieben, beispielsweise durch polygonförmige Segmente, die jeweils mindestens drei miteinander verbundene zweite Stabelemente aufweisen und untereinander durch Verbinden ihrer Ecken oder durch Verbinden ihrer Seiten verbunden sind, oder durch durchgehende zweite Stabelemente, die sich jeweils unterbrechungsfrei zwischen zwei Rändern der Öffnung erstrecken und an Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind, gebildet sein.
Die Öffnungen des autonomen Stabtragwerks oder/und die darin angebrachten zweiten Hautelemente oder/und
Versteifungselemente können weiterhin abgerundete Ecken aufweisen oder/und oval, beispielsweise ellipsenförmig, oder/und kreisförmig sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die ersten Stabelemente der Verbundschale ein Orthogrid oder ein Isogrid bilden. In gleicher Weise können die zweiten Stabelemente des
Stabtragwerks so zueinander angeordnet sein, dass sie ein Orthogrid oder ein Isogrid bilden.
Besondere Vorteile hinsichtlich der gestalterischen
Möglichkeiten für Fenster- oder Türausschnitte ergeben sich, wenn die Öffnung der Verbundschale und das darin angeordnete Stabtragwerk eine nicht rechteckige polygonförmige
Außenkontur aufweisen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Luft- oder Raumfahrzeughülle.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Verbundschale 1 perspektivisch dargestellt. Die Verbundschale 1 besteht aus zwei Gruppen von ersten Stabelementen 111, 112 und mit diesen ersten Stabelementen 111, 112 verbundenen ersten Hautelementen 12. Die in der Längsrichtung des späteren Flugzeugrumpfes verlaufenden ersten Stabelemente 112 werden auch als Stringer bezeichnet; die quer dazu und peripher verlaufenden ersten Stabelemente 111 werden auch als Spanten bezeichnet .
In einer rechteckigen Öffnung der Verbundschale 1 ist ein Stabtragwerk 2 angeordnet, das aus drei Gruppen von zweiten Stabelementen 211, 212, 213 besteht. Die zweiten
Stabelemente 211 einer ersten Gruppe verlaufen wie die
Spanten 111 der Verbundschale quer zur Längsrichtung des späteren Flugzeugrumpfes. Sie weisen jedoch nur einen halb so großen Abstand zueinander auf wie die ersten Stabelemente 111. Diejenigen zweiten Stabelemente 211 der ersten Gruppe, die am Rand des Stabtragwerks 2 auf ein erstes Stabelement 111 (Spant) der Verbundschale 1 treffen, sind mit diesen durch Anpassungselemente 24 fest verbunden. Die dazwischen
angeordneten zweiten Stabelemente 211 der ersten Gruppe treffen am Rand des Stabtragwerks 2 auf erste Hautelemente 12 der Verbundschale 1 und sind mit diesen durch
Anpassungselemente 24 verbunden. Die Anpassungselemente 24 können demgemäß unterschiedlich gestaltet sein, je nachdem ob sie den Übergang von einem Stabelement des Stabtragwerks 2 zu einem Stabelement oder einem Hautelement oder einem anderen Strukturelement der Verbundschale 1 herstellen.
Die zweiten Stabelemente 212 einer zweiten Gruppe und die zweiten Stabelemente 213 einer dritten Gruppe verlaufen hingegen diagonal, d.h. sie folgen einer Schraubenlinie um den späteren Flugzeugrumpf. Dabei verlaufen die zweiten Stabelemente 212 der zweiten Gruppe und die zweiten
Stabelemente 213 der dritten Gruppe jedoch senkrecht
zueinander, so dass sie sich schneiden, und zwar genau auf den zweiten Stabelementen 211 der ersten Gruppe.
Auf diese Weise sind an jeder Kreuzungsstelle innerhalb der Stabtragwerks 2 zweite Stabelemente 211, 212, 213 jeder der drei Gruppen beteiligt. In diesen Kreuzungspunkten sind die zweiten Stabelemente 211, 212, 213 durch Knotenelemente 23 miteinander verbunden.
Die zweiten Stabelemente 212, 213 der zweiten und dritten Gruppe sind mit einem solchen Abstand zueinander angeordnet, dass sie am seitlichen Rand des Stabtragwerks 2 mit jedem dritten der in Längsrichtung verlaufenden ersten
Stabelemente 112 (Stringer) der Verbundschale 1
zusammentreffen und mit diesen verbunden sind.
Durch die Anordnung der drei Gruppen von zweiten
Stabelementen 211, 212, 213 zueinander ist das Stabtragwerk 2 in dreieckige Felder unterteilt, die durch zweite
Hautelemente 22 verschlossen sind. Im Ausführungsbeispiel sind die zweiten Hautelemente 22 an der Innenseite des
Stabtragwerks 2 angebracht, während die ersten Hautelemente 12 der Verbundschale 1 an der Außenseite der Verbundschale 1 angebracht sind. Dabei sind die zweiten Hautelemente 22 so gelagert, dass sie an ihren Rändern frei von Biegemomenten und Tangentialkräften sind.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einer Verbundschale 1 in einer einfachen Draufsicht dargestellt. Die Verbundschale 1 besteht aus zwei Gruppen von ersten Stabelementen 111, 112 und mit diesen ersten Stabelementen 111, 112 verbundenen ersten Hautelementen 12.
In einer rechteckigen Öffnung der Verbundschale 1 ist ein Stabtragwerk 2 angeordnet, das aus zwei Gruppen von zweiten Stabelementen 212, 213 besteht.
Die zweiten Stabelemente 212 einer ersten Gruppe und die zweiten Stabelemente 213 einer zweiten Gruppe verlaufen diagonal, d.h. sie folgen einer Schraubenlinie um den späteren Flugzeugrumpf. Dabei verlaufen die zweiten
Stabelemente 212 der ersten Gruppe und die zweiten
Stabelemente 213 der zweiten Gruppe jedoch senkrecht
zueinander, so dass sie sich schneiden.
Die zweiten Stabelemente 212, 213 der ersten und zweiten Gruppe sind mit einem solchen Abstand zueinander angeordnet, dass sie am seitlichen Rand des Stabtragwerks 2 mit jedem der quer zur Längsrichtung verlaufenden Stabelemente 111 (Spant) der Verbundschale 1, aber nur mit jedem zweiten der in Längsrichtung verlaufenden ersten Stabelemente 112
(Stringer) der Verbundschale 1 zusammentreffen und mittels Anpassungselementen 24 mit diesen verbunden sind.
Durch die Anordnung der zwei Gruppen von zweiten
Stabelementen 212, 213 zueinander ist das Stabtragwerk 2 in viereckige und in dreieckige Felder unterteilt, die jeweils durch zweite Hautelemente 22 verschlossen sind. Im
Ausführungsbeispiel sind die zweiten Hautelemente 22 an der Innenseite des Stabtragwerks 2 angebracht, während die ersten Hautelemente 12 der Verbundschale 1 an der Außenseite der Verbundschale 1 angebracht sind. Dabei sind die zweiten Hautelemente 22 so gelagert, dass sie an ihren Rändern frei von Biegemomenten und Tangentialkräften sind.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einer Verbundschale 1 in einer einfachen Draufsicht dargestellt. Die Verbundschale 1 besteht aus zwei Gruppen von ersten Stabelementen 111, 112 und mit diesen ersten Stabelementen 111, 112 verbundenen ersten Hautelementen 12.
In einer rechteckigen Öffnung der Verbundschale 1 ist ein Stabtragwerk 2 angeordnet, das aus drei Gruppen von zweiten Stabelementen 211, 212, 213 besteht. Die zweiten Stabelemente 211 einer ersten Gruppe verlaufen wie die
Spanten 111 der Verbundschale quer zur Längsrichtung des späteren Flugzeugrumpfes. Sie weisen jedoch nur einen
Abstand zueinander auf, der einem Drittel des Abstands der ersten Stabelemente 111 zueinander entspricht.
Die zweiten Stabelemente 212 einer zweiten Gruppe und die zweiten Stabelemente 213 einer dritten Gruppe verlaufen hingegen diagonal, d.h. sie folgen einer Schraubenlinie um den späteren Flugzeugrumpf. Dabei verlaufen die zweiten Stabelemente 212 der zweiten Gruppe und die zweiten
Stabelemente 213 der dritten Gruppe relativ zueinander und relativ zu den zweiten Stabelementen 211 der ersten Gruppe so, dass sie sich nicht in einem gemeinsamen Punkt
schneiden, sondern einen aufgelösten Knoten bilden.
Die in jedem solchen aufgelösten Knoten gebildeten kleinen Öffnungen sind durch Versteifungselemente 25 verschlossen, die im Ausführungsbeispiel dreieckig gestaltet sind. Auf diese Weise sind an jedem aufgelösten Knoten innerhalb der Stabtragwerks 2 zweite Stabelemente 211, 212, 213 jeder der drei Gruppen beteiligt.
Die zwischen den aufgelösten Knoten gebildeten großen
Öffnungen sind durch zweite Hautelemente 22 verschlossen, die im Ausführungsbeispiel Fenster sind und in Variante (a) sechseckig, in Variante (b) hingegen kreisförmig gestaltet sind .
Die zweiten Stabelemente 212, 213 der zweiten und dritten Gruppe sind mit einem solchen Abstand zueinander angeordnet, dass sie am seitlichen Rand des Stabtragwerks 2 mit jedem der in Längsrichtung verlaufenden ersten Stabelemente 112 (Stringer) der Verbundschale 1 zusammentreffen und mit diesen verbunden sind.
Durch die Anordnung der drei Gruppen von zweiten Stabelementen 211, 212, 213 zueinander ist das Stabtragwerk 2 in dreieckige und sechseckige bzw. kreisrunde Felder unterteilt, die durch Versteifungselemente 25 bzw. zweite Hautelemente 22 verschlossen sind. Im Ausführungsbeispiel sind die zweiten Hautelemente 22 an der Innenseite des
Stabtragwerks 2 angebracht, während die ersten Hautelemente 12 der Verbundschale 1 an der Außenseite der Verbundschale 1 angebracht sind. Dabei sind die zweiten Hautelemente 22 so gelagert, dass sie an ihren Rändern frei von Biegemomenten und Tangentialkräften sind.
Luft- oder Raumfahrzeughülle
Bezugszeichenliste
1 Verbundschale
111 erste Stabelemente ( Spanten)
112 erste Stabelemente ( Stringer)
12 erste Hautelemente
2 Stabtragwerk
211 zweite Stabelemente (peripher)
212 zweite Stabelemente (diagonal )
213 zweite Stabelemente (diagonal )
22 zweite Hautelemente
23 Knotenelemente
24 Anpassungselemente
25 aufgelöster Knoten, Versteifungselement
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