DE10129576A1

DE10129576A1 - Strukturelement für ein Luftfahrzeug

Info

Publication number: DE10129576A1
Application number: DE2001129576
Authority: DE
Inventors: Josef Mendler
Original assignee: Fairchild Dornier GmbH
Current assignee: Fairchild Dornier GmbH
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: DE10129576B4; WO2003000546A2; AU2002321095A1; WO2003000546A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturelement (27, 33) für Bereiche eines Luftfahrzeugs (1), die bei Stillstand und/oder beim Flug vom Auftreffen von Objekten bedroht sind, mit mindestens einer ersten Deckschicht (28, 34) zur Aufnahme und Übertragung von Betriebslasten und zur Gewährleistung der Formsteifigkeit des Strukturelements (27, 33), und einer energie-absorbierenden Zwischenschicht (30, 36) mit einer größeren Bruchdehnung als die erste Deckschicht (28, 34) zur Aufnahme eines wesentlichen Teils der kinetischen Energie beim Auftreffen eines Objekts auf das Strukturelement, wobei die energie-absorbierende Zwischenschicht (30, 36) dergestalt mit der ersten Deckschicht (28, 34) verbunden ist, dass im eingebauten Zustand des Strukturelementes in einem vorbestimmten Bereich eines Luftfahrzeuges (1) auf das Strukturelement auftreffende Objekte zuerst auf die erste Deckschicht treffen und, dass zumindest ein Teil der energie-absorbierenden Zwischenschicht relativ zur ersten Deckschicht verschiebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturelement für Bereiche eines Luftfahrzeugs, die bei Stillstand und/oder beim Flug des Luftfahrzeugs durch das Auftreffen von Objekten, wie z. B. Vögeln, Steinen, etc., bedroht sind.

Flugzeugstrukturen bzw. die Strukturelemente, die die Flugzeugstrukturen bilden, sind im Rahmen der Einsatzspektren, d. h. Stillstand, Fahrt oder Flug, eines Flugzeugs in verschiedenen Szenarien durch das Auftreffen von Objekten (impact) belastet. Beispiele hierfür sind Vogelschlag, Rotorscheibenbruch in Haupt- bzw. Hilfstriebwerken, Abplatzen von Fahrwerksreifenstücken, Steinschlag, herabfallende Werkzeuge während Wartungsarbeiten usw. Die Außenhaut und weitere Bereiche des Flugzeugs, die durch das Auftreffen derartiger Objekte bedroht sind, müssen gewisse, in der Regel durch entsprechende Vorschriften vorgegebene Mindest-Belastbarkeitsgrenzen einhalten. Beispielsweise muss ein Flugzeug nach einer Kollision mit einem Vogel entsprechend der Vorschrift JAR/FAR § 25.631 in der Lage sein, den Flug sicher fortzuführen sowie eine sichere Landung durchzuführen. Die im Wesentlichen betroffenen Bereiche eines Flugzeugs sind die Nasenkästen des Tragwerkes bzw. der Flügel, die Nasenkästen von Höhen- und Seitenleitwerk, die Rumpfstrukturen, wie z. B. Cockpit, Radom, Farings, Fahrwerkstüren, Bug-Fahrwerksschaft usw., die Landeklappen sowie die Slats und die Krüger-Flaps. Die betroffenen Strukturelemente müssen dabei dem Auftreffen eines Objekts insoweit standhalten, dass die Fortsetzung eines sicheren Fluges und die Durchführung einer sicheren Landung gewährleistet ist. Im Falle von Nasenkästen wird zum Beispiel davon ausgegangen, dass dieses Bauteil durch einen Vogelaufprall zerstört wird, gleichzeitig verliert der Vogel jedoch kinetische Energie, so dass die verbleibende Restenergie vom Vorderholm ohne gravierende Schädigung absorbiert werden kann.

Die übliche Vorgehensweise zum Dimensionieren der entsprechenden, vom Auftreffen von Objekten bedrohten Strukturelemente ist, die Wandstärken der Strukturelemente so weit zu erhöhen, dass die für den jeweiligen Bereich des Flugzeuges bzw. den jeweiligen Fall festgelegten Bedingungen bzw. Vorschriften erfüllt werden. Beispielsweise werden im Falle von Flügel-Nasenkästen aus Aluminium, wie z. B. 3.1354, bei einem Nasenradius von ca. 40 mm und einem Abstand der Nasenkastenrippen von ca. 130 mm Wandstärken der außenliegenden Strukturelemente in der Größenordnung von 2.5 mm verwendet. Werden in Flügel-Nasenkästen kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, so müssen Wandstärken bis zu 4 mm realisiert werden.

In jedem Fall wird bei den bekannten Realisierungen der Strukturelemente die Philosophie verfolgt, die Dehnungsniveaus, die im Werkstoff des Strukturelementes während des Auftreffens des Objekts in unmittelbaren Aufschlagbereich induziert werden können, unterhalb der Bruchdehnung zu halten bzw. einen Abbau der kinetischen Energie des auftreffenden Objektes durch ein ausgeprägtes Fließverhalten des Werkstoffes, wie z. B. große Dehnungen, zu ermöglichen. Die erforderlichen Parameter können durch geeignete konstruktive Randbedingungen für das Strukturelement wie z. B. Krümmung des Strukturelementes, Wandstärke, Dehnungsfreigängigkeit bzw. -behinderung (z. B. entsprechender Abstand der Nasenkastenrippen und dergleichen) und die Auswahl entsprechender Materialien optimiert und eingestellt werden.

Die Gestaltungskriterien derartiger Strukturelemente müssen gleichzeitig den sich teilweise widersprechenden Anforderungen geringer Herstellungsaufwand, Gewichtsminimierung, Wartungsfreundlichkeit, Inspizierbarkeit und eventuell sogar Reparaturmöglichkeit genügen und entsprechend dieser Anfordungen optimiert sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist damit, ein Strukturelement für Bereiche eines Luftfahrzeuges bereitzustellen, die bei Stillstand und/oder beim Flug vom Auftreffen von Objekten bedroht sind, das eine geringere Wandstärke und damit ein geringeres Gewicht als herkömmliche Strukturen bei gleichzeitiger Verbesserung des Auftreff-Widerstandes aufweist.

Die Aufgabe wird durch ein Strukturelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Strukturelement umfasst mindestens eine erste Deckschicht zur Aufnahme und Übertragung von Betriebslasten und zur Gewährleistung der Formsteifigkeit des Strukturelements, und eine energie-absorbierende Zwischenschicht mit einer größeren Bruchdehnung als die erste Deckschicht zur Aufnahme eines wesentlichen Teils der kinetischen Energie beim Auftreffen eines Objektes auf das Strukturelement, wobei die energie-absorbierende Zwischenschicht dergestalt mit der ersten Deckschicht verbunden ist, dass im eingebauten Zustand des Strukturelements in einen vorbestimmen Bereich eines Luftfahrzeuges auf das Strukturelement auftreffende Objekte zuerst auf die erste Deckschicht treffen und dass zumindest ein Teil der energie-absorbierenden Zwischenschicht relativ zur ersten Deckschicht verschiebbar ist. Das erfindungsgemäße Strukturelement weist daher im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen den Vorteil auf, dass die Wandstärke der Strukturelemente der entsprechenden Bereiche des Luftfahrzeuges und damit das Gewicht wesentlich reduziert werden können, wobei gleichzeitig der Auftreffwiderstand bzw. die Impact- Resistenz der betroffenen Strukturen erhöht wird. Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Strukturelement die Verwendung zusätzlicher und damit gewichtserhöhender stoßabsorbierender Zusatzstrukturen vermieden, d. h. es müssen keine zusätzlichen Impact-Absorber in ohnehin beengten Bauräumen installiert werden. Damit verbunden ist auch die Vermeidung zusätzlicher und damit gewichtserhöhender Befestigungspunkte derartiger zusätzlicher Energie-absorbierender Strukturelemente. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Strukturelementes ist die hohe Wartungsfreundlichkeit, da keine zusätzliche Wartung und Inspektion notwendig sind. Weiterhin ist der Schutz der den wesentlichen Teil der kinetischen Energie eines auftreffenden Objekts aufnehmenden energie-absorbierenden Zwischenschicht durch die erste Deckschicht gegeben. Hierdurch entsteht bei der Fertigungs-Endmontage und bei der Wartung für das Bedienpersonal kein zusätzlicher Aufwand zum Schutz des Strukturelementes, wie beispielsweise beim An- und Abbau von Nasenteilen. Durch die Verwendung spezieller Materialien für die Deckschicht und die energie-absorbierende Zwischenschicht können dabei weitere Gewichtsvorteile erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Strukturelement kann auf sämtliche durch das Auftreffen von Objekten gefährdete Bereiche eines Flugzeuges übertragen werden, wie z. B. das Tragwerk (Paneele, Rippen, Holme, Nasenkästen), Leitwerk (Paneele, Rippen, Holme, Nasenkästen), Rumpf (Schalen), Triebwerk (Verkleidung/Containment) und Vorflügel (Slats, Krüger-Flaps). Weiterhin ist das erfindungsgemäße Strukturelement für alle Arten von Luftfahrzeugen einsetzbar, bei denen die obigen Erfordernisse erfüllt werden müssen, wie z. B. Flugzeugen, Motorseglern, Segelflugzeugen und Drehflüglern.

Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Strukturelement eine zweite Deckschicht, die auf der der ersten Deckschicht gegenüberliegenden Seite der energieabsorbierenden Zwischenschicht angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Sandwich-Bauweise, bei der die zwischenliegende energie-absorbierende Zwischenschicht von der ersten und zweiten Deckschicht geschützt ist.

Vorteilhafterweise ist die energie-absorbierende Zwischenschicht nur in Randbereichen mit der ersten und ggf. mit der zweiten Deckschicht verbunden. Hierdurch ergibt sich die relative Verschiebbarkeit zwischen der energie-absorbierende Zwischenschicht und der Deckschicht im Mittelbereich des Strukturelementes.

Vorteilhafterweise besteht die energie-absorbierende Zwischenschicht aus zumindest einer Gewebeschicht, die beispielsweise eine Schicht aus trockenem bis harz-armen Gewebe sein kann. Hierbei besteht die energie-absorbierende Zwischenschicht vorteilhafterweise aus einer Schicht Kevlar und/oder aus PBO (Poly(p-phenylene-2.6(- benzobisoxazole).

In einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strukturelementes bestehen die ersten und ggf. die zweite Deckschicht vorteilhafterweise zumindest Teilweise aus Metall. Dabei kann die energie-absorbierende Zwischenschicht in Randbereichen mit der ersten und ggf. der zweiten Deckschicht verklebt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die energie-absorbierende Zwischenschicht in Randbereichen mit der ersten und ggf. der zweiten Deckschicht durch Nieten verbunden sein.

In einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strukturelements bilden die erste und ggf. die zweite Deckschicht und die energie-absorbierende Zwischenschicht eine Faserverbundstruktur. Hierbei ist vorteilhafterweise zwischen der energieabsorbierenden Zwischenschicht und der ersten bzw. der zweiten Deckschicht eine Trennfolie angeordnet, um die Verschiebbarkeit zwischen energie-absorbierender Zwischenschicht und erster bzw. zweiter Deckschicht zu gewährleisten. Alternativ weisen die energie-absorbierende Zwischenschicht und/oder die erste bzw. zweite Deckschicht vorteilhafterweise eine Oberflächenbeschichtung dergestalt auf, dass die Verschiebbarkeit zwischen energie-absorbierender Zwischenschicht und erster bzw. zweiter Deckschicht gewährleistet ist.

Bei beiden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strukturelements sind die erste und ggf. die zweite Deckschicht und die energie-absorbierende Zwischenschicht am Rand vorteilhafterweise dergestalt verklebt, dass die energie-absorbierende Zwischenschicht im Wesentlichen vor Feuchtigkeitseinflüssen geschützt ist.

Das erfindungsgemäße Strukturelement wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Flugzeuges,
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines Teils eines Flugzeugrumpfes,
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer Tragfläche des in Fig. 1 gezeigten Flugzeuges,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strukturelements,
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A des in Fig. 4 gezeigten Strukturelementes,
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelementes, und
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie B-B des in Fig. 6 gezeigten Strukturlementes.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Flugzeuges 1 zur Verdeutlichung der Bereiche, die bei Stillstand, Fahrt und/oder Flug durch das Auftreffen von Objekten, wie z. B. Vögeln, Steinen, etc. bedroht sind. Das erfindungsgemäße Strukturelement kann in allen derartigen Bereichen des in Fig. 1 gezeigten Flugzeuges Verwendung finden. Dabei ist hervorzuheben, dass die Verwendung des erfindungsgemäßen Strukturelementes nicht auf Flugzeuge beschränkt ist, sondern bei jeder Art von Luftfahrzeugen zum Einsatz kommen kann, bei denen ähnliche oder gleiche Bedingungen an die verwendeten Strukturelemente gestellt werden.
Das erfindungsgemäße Strukturelement, das weiter unten in Bezug auf die Fig. 4 bis 7 im Detail erläutert wird, kann beispielsweise in den Bereichen des Flugzeugs 1 zum Einsatz kommen, die in Fig. 1 zu erkennen sind. Diese Bereiche sind beispielsweise der Rumpf 2 des Flugzeuges 1, das Tragwerk mit den Tragflächen 3 zu beiden Seiten des Rumpfes, sowie das Leitwerk 4 am Heck des Flugzeugs 1. Auch das Triebwerk 5 bzw. dessen Verkleidung im in der Fig. 1 gezeigten Beispiel an der Nase des Flugzeugs angeordnet, kann als Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Strukturelementes dienen.
Die Tragflächen 3 umfassen im dargestellten Beispiel an ihrer Hinterkante jeweils eine Landeklappe 6, ein Querruder 7, eine Trimmklappe 8 an der dem Rumpf zugewandten Seite des Querruders 7 sowie eine Bügelkante 9 etwa mittig am Querruder 7. Das Leitwerk 4 umfasst eine sich vertikal erstreckende Seitenflosse 10, an dessen hinterer Kante ein Seitenruder 11 angeordnet ist. Am Seitenruder 11 sind eine Trimmklappe 12 und eine Bügelkante 13 angeordnet. Das Leitwerk 4 umfasst weiterhin zwei sich horizontal erstreckende Höhenleitwerke, die jeweils eine Höhenflosse 14 umfassen, an dessen hinterer Kante je ein Höhenruder 15 angeordnet ist. Jedes Höhenruder 15 umfasst eine Trimmklappe 16 und eine Bügelkante 17.
Alle am Flugzeug 1 von Fig. 1 gezeigten und auch weitere, nicht dargestellte Elemente sind potentiell durch das Auftreffen von Objekten bedroht und können daher als Einsatzbereiche für das erfindungsgemäße Strukturelement dienen.
In Fig. 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines Rumpfteiles 2 in Schalenbauweise dargestellt, wie sie bei modernen Flugzeugen häufig zum Einsatz kommt. Die Außenhaut 18 ist im Wesentlichen aus erfindungsgemäßen Strukturelementen 19 gebildet. Die Struktur des Rumpfteiles 2 wird durch Spanten 20 und Längsträger 21 bestimmt, an denen die erfindungsgemäßen Strukturelemente 19 als Außenhaut 18 befestigt sind. Obwohl die Strukturelemente 19 die eigentliche Außenhaut des Rumpfes 2 bilden, können auch die Spanten 20 und Längsträger 21 als Strukturelemente mit der erfindungsgemäßen Bauart ausgebildet sein.
In Fig. 3 ist eine schematische Perspektivansicht einer Tragfläche 3 des in Fig. 1 gezeigten Flugzeuges 1 im Detail dargestellt. Neben den in Fig. 1 gezeigten Elementen umfasst die Tragfläche 3 einen oder mehrere Längsholme 24 und quer zu dem oder den Längsholmen 24 angeordnete Rippen 25, die die innere Struktur der Tragfläche 3 bilden. Die Außenhaut 22 der Tragfläche 3 wird dabei durch erfindungsgemäße Strukturelemente 23 gebildet, die die Rippen 25 und ggf. auch die Holme 24 überdecken und an ihnen befestigt sind. Ein Strukturelement 23 kann sich dabei beispielsweise jeweils zwischen zwei nebeneinander liegenden Rippen 25 erstrecken. Im in der Fig. 3 gezeigten Beispiel ist der obere Teil des Holmes 24 freiliegend, so dass beispielsweise auch dieser Teil des Holmes 24 durch ein Strukturelement mit der erfindungsgemäßen Bauweise gebildet sein kann. Das Gleiche gilt für die Rippen 25, die ebenfalls als Strukturelemente mit der erfindungsgemäßen Bauweise ausgebildet sein können. Die Tragfläche 3 umfasst an ihrem dem Rumpf abgewandten Ende eine Endkappe bzw. einen Randbogen 26, deren/dessen Außenhaut ebenfalls aus erfindungsgemäßen Strukturelementen bestehen kann.
In den Fig. 4 bis 7 sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strukturelementes dargestellt. Die Bauweise des erfindungsgemäßen Strukturelementes basiert dabei auf der Idee, den durch ein auftreffendes Objekt ausgelösten Impuls durch eine maximale Dehnung des Strukturelementes während des Auftreffens zu absorbieren. Hierzu umfassen beide in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strukturelementes 27 bzw. 33 mindestens eine erste Deckschicht 28 bzw. 34 zur Aufnahme und Übertragung von Betriebslasten und zur Gewährleistung der Formsteifigkeit des Strukturelementes 27 bzw. 33, und eine energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 mit einer größeren Bruchdehnung als die erste Deckschicht 28 bzw. 34 zur Aufnahme eines wesentlichen Teils der kinetischen Energie beim Auftreffen eines Objekts auf das Strukturelement. Die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 ist dabei dergestalt mit der ersten Deckschicht 28 bzw. 34 verbunden, dass im eingebauten Zustand des Strukturelementes 27 bzw. 33 in einem vorbestimmten Bereich eines Flugzeuges 1 auf das Strukturelement auftreffende Objekte zuerst auf die erste Deckschicht 28 bzw. 34 treffen und das zumindest ein Teil der energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 bzw. 36 relativ zur ersten Deckschicht 28 bzw. 34 verschiebbar ist. Bei beiden in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst das erfindungsgemäße Strukturelement 27 bzw. 33 eine zweite Deckschicht 29 bzw. 35, die auf der der ersten Deckschicht 28 bzw. 34 gegenüberliegenden Seite der energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 bzw. 36 angeordnet ist. Diese Sandwich-Bauweise hat den Vorteil eines zusätzlichen mechanischen Schutzes der innenliegenden energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 bzw. 36 und kann gegebenenfalls auch als zusätzliches lastübertragendes Element eingesetzt werden.
Bei beiden gezeigten Ausführungsbeispielen ist die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 nur in Randbereichen mit der ersten und der zweiten Deckschicht verbunden, so dass sich die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 im mittleren Bereich des Strukturelementes 27 bzw. 33 beim Auftreffen eines Objektes relativ zur ersten und zur zweiten Deckschicht frei verschieben kann und keine Dehnungsbehinderung besteht.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Strukturelementes 27 bzw. 33 ist im Folgenden näher erläutert. Die erste und die zweite Deckschicht stabilisieren die dazwischen liegende, flexible und nachgiebige energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36, wobei die erste Deckschicht 28 bzw. 34 als erste betroffene Schicht die kinetische Energie eines auftreffenden Objektes reduziert. Die erste und die zweite Deckschicht weisen eine geringere Bruchdehnung als die zwischenliegende energieabsorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 auf. Beim Auftreffen eines Objektes wird nahezu synchron, d. h. mit einem zeitlichen Versatz von ca. 0,5 msec die maximale Bruchdehnung der zweiten Deckschicht erreicht. Nach dem die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht beim Auftreffen eines Objekts daher nahezu gleichzeitig ihre maximale Bruchdehnung erreichen, wird die kinetische Energie des auftreffenden Objekts im Wesentlichen durch die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 aufgenommen, die sich infolge der größeren Bruchdehnung stärker als die erste und zweite Deckschicht und durch die relative Verschiebbarkeit verformen und daher wirksam zur Energieabsorption beitragen können. Durch die fehlende Verbindung im mittleren Bereich zwischen der energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 bzw. 36 und der ersten bzw. zweiten Deckschicht wird eine Dehnungsbehinderung vermieden und damit ein Maximum an Energieabsorption erreicht. Die Energieaufnahmefähigkeit der energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 bzw. 36 wird dabei insbesondere auch durch die Formgebung des Strukturelementes 27 bzw. 33 erhöht. Besonders hoch ist die Energieaufnahmefähigkeit für die in den Fig. 4 und 6 gezeigten Beispiele einer konvexen Formgebung, wie sie beispielsweise für die Strukturelemente an den Nasenkästen des Tragwerkes und Leitwerkes usw. verwendet wird. Die Formstabilität des Strukturelementes 27 bzw. 33 wird dabei durch die erste und die zweite Deckschicht gewährleistet.
Die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 besteht vorteilhafterweise aus einer Gewebeschicht aus trockenem bis harz-armen Gewebelagen aus Kevlar oder PBO (Poly(p-phenylene-2.6)-benzobisoxazole). Die erste und die zweite Deckschicht 28 und 29 des in den Fig. 4 und 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Strukturelementes 27 bilden zusammen mit der zwischenliegenden energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 eine Faserverbundstruktur in Platten- oder Schalenbauweise. Die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 wird dabei im Rahmen der Herstellung beim Autoklav-Zyklus zwischen die erste und die zweite Deckschicht 28 bzw. 29 aus Gewebe eingelegt. Danach wird die energie-absorbierende Zwischenschicht 30, die aus Gewebe besteht, beim Aushärtungsprozess nicht mit Harz durchtränkt, dies kann beispielsweise durch Trennfolien 31 zwischen der energieabsorbierenden Zwischenschicht 30 und der ersten bzw. zweiten Deckschicht 28 bzw. 29 oder durch geeignete Oberflächenbeschichtung des Gewebes der energieabsorbierenden Zwischenschicht 30 oder der ersten bzw. zweiten Deckschicht 28 bzw. 29 erreicht werden. Gleichzeitig kann im Rahmen des Herstellungsprozesses die Fixierung bzw. Befestigung der energie-absorbierenden Zwischenschicht 30 zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht 28 bzw. 29 durch Harzauftrag bzw. Zurückschneiden der Trennfolien 31 gezielt gesteuert werden. Das Resultat dieser Vorgehensweise ist, dass die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 im mittleren Bereich, d. h. beispielsweise im Bereich der Trennfolien 31, gegenüber der ersten und der zweiten Deckschicht 28 bzw. 29 verschiebbar und frei beweglich, während sie im Randbereich 32 mit der ersten und der zweiten Deckschicht 28 bzw. 29 verbunden ist.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Seitenausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strukturelementes 33 sind die erste und die zweite Deckschicht 35 bzw. 37 aus einer metallischen Struktur, wie z. B. einem Metallblech, gebildet. Die Fixierung der energie-absorbierenden Zwischenschicht 36 zwischen der ersten und der zweiten metallischen Deckschicht 34 bzw. 35 erfolgt beispielsweise durch eine Verklebung im Randbereich, oder auch durch eine Vernietung mittels Nieten 37 wie in Fig. 6 dargestellt ist. Da die energie-absorbierende Zwischenschicht 36 nur in Randbereichen mit der ersten und der zweiten Deckschicht 34 bzw. 35 verbunden ist, ist die relative Verschiebbarkeit im mittleren Bereich gewährleistet. Typische Bruchdehnungen für die erste und zweite Deckschicht 34 bzw. 35 aus einer metallischen Struktur liegen zwischen 5 und 10% im Vergleich zu 0,8 bis 1,1% bei einer ersten und zweiten Deckschicht 28 bzw. 29 in einer Faserverbundstruktur. Ursache hierfür ist das große plastische Verformungsverhalten von metallischen Strukturen. Daher sollte die Bruchdehnung der energie-absorbierenden Zwischenschicht 36 des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Strukturelements 33 größer als 5 bis 10% sein, beispielsweise 10 bis 20%. Für die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäß Strukturelementes 27 ist es ausreichend, wenn die Bruchdehnung größer als 0,8 bis 1,1%, beispielsweise 1,1 bis 10% beträgt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Strukturelements 27 bzw. 33 ist es sinnvoll, die erste und die zweite Deckschicht und die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 am Rand zusätzlich dergestalt zu verkleben, dass die energie-absorbierende Zwischenschicht 30 bzw. 36 vor Feuchtigkeitseinflüssen geschützt ist, um die Verschiebbarkeit der energie-absorbierenden Zwischenschicht auch langfristig zu gewährleisten.

Claims

1. Strukturelement (27; 33) für Bereiche eines Luftfahzeuges (1), die bei Stillstand und/oder beim Flug vom Auftreffen von Objekten bedroht sind, mit mindestens einer ersten Deckschicht (28; 34) zur Aufnahme und Übertragung von Betriebslasten und zur Gewährleistung der Formsteifigkeit des Strukturelements (27; 33), und einer energieabsorbierenden Zwischenschicht (30; 36) mit einer größeren Bruchdehnung als die erste Deckschicht (28; 34) zur Aufnahme eines wesentlichen Teils der kinetischen Energie beim Auftreffen eines Objektes auf das Strukturelement, wobei die energieabsorbierende Zwischenschicht (30; 36) dergestalt mit der ersten Deckschicht (28; 34) verbunden ist, daß im eingebauten Zustand des Strukturelements in einen vorbestimmten Bereich eines Luftfahrzeugs (1) auf das Strukturelement auftreffende Objekte zuerst auf die erste Deckschicht (28; 34) treffen und daß zumindest ein Teil der energie-absorbierenden Zwischenschicht (30; 36) relativ zur ersten Deckschicht (28; 34) verschiebbar ist.

2. Strukturelement (27; 33) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Deckschicht (29; 35), die auf der der ersten Deckschicht (28; 34) gegenüberliegenden Seite der energie-absorbierenden Zwischenschicht (30; 36) angeordnet ist.

3. Strukturelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (30; 36) nur in Randbereichen mit der ersten und ggf. der zweiten Deckschicht verbunden ist.

4. Strukturelement gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (30; 36) aus zumindest einer Gewebeschicht besteht.

5. Strukturelement gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (30; 36) aus zumindest einer Schicht aus trockenem bis harzarmen Gewebe besteht.

6. Strukturelement gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (30; 36) aus zumindest einer Schicht Kevlar und/oder PBO besteht.

7. Strukturelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und ggf. die zweite Deckschicht (34 bzw. 35) zumindest teilweise aus Metall bestehen.

8. Strukturelement gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (36) in Randbereichen mit der ersten und ggf. der zweiten Deckschicht verklebt ist.

9. Strukturelement gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (36) in Randbereichen mit der ersten und ggf. der zweiten Deckschicht durch Nieten (37) verbunden ist.

10. Strukturelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und ggf. die zweite Deckschicht (28 bzw. 29) und die energieabsorbierende Zwischenschicht eine Faserverbundstruktur bilden.

11. Strukturelement gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der energie-absorbierenden Zwischenschicht (30) und der ersten bzw. der zweiten Deckschicht (28 bzw. 29) eine Trennfolie (31) angeordnet ist, um die Verschiebbarkeit zwischen energie-absorbierender Zwischenschicht und erster bzw. zweiter Deckschicht zu gewährleisten.

12. Strukturelement gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht (30) und/oder die erste bzw. die zweite Deckschicht (28 bzw. 29) eine Oberflächenbeschichtung dergestalt aufweisen, daß die Verschiebbarkeit zwischen energie-absorbierender Zwischenschicht und erster bzw. zweiter Deckschicht gewährleistet ist.

13. Strukturelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und ggf. die zweite Deckschicht und die energie-absorbierende Zwischenschicht am Rand dergestalt verklebt sind, daß die energie-absorbierende Zwischenschicht im wesentlichen vor Feuchtigkeitseinflüssen geschützt ist.