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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappenstütze zum Stützen einer Klappe eines Tragflügels für ein Flugzeug, insbesondere zum schwenkbaren Stützen einer Hochauftriebshinterkantenklappe beim Bewegen zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen einen eine solche Klappenstütze umfassenden Tragflügel für ein Flugzeug und ein solch einen Tragflügel umfassendes Flugzeug.
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Die Klappenstütze umfasst eine zumindest teilweise lasttragende Verkleidungsschale. Die Verkleidungsschale erstreckt sich entlang einer Längsachse zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende. Ferner weist die Verkleidungsschale einen U-förmigen Querschnitt über die Längsachse auf, der einen ersten Seitenwandteil, einen zweiten Seitenwandteil gegenüber dem ersten Seitenwandteil und einen den ersten und den zweiten Seitenwandteil verbindenden Bodenwandteil enthält. Die Verkleidungsschale umgibt teilweise einen Innenraum, der gegenüber dem Bodenwandteil zu der Umgebung offen ist.
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Ferner umfasst die Klappenstütze eine Verstärkungsstruktur, die vorzugsweise als ein einstückiger Teil ausgebildet ist. Die Verstärkungsstruktur ist zumindest teilweise in dem Innenraum der Verkleidungsschale aufgenommen und ist sowohl an dem ersten Seitenwandteil als auch dem zweiten Seitenwandteil an ihren dem Innenraum zugekehrten Innenflächen angebracht, um die Verkleidungsschale zu verstärken.
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Die Verkleidungsschale umfasst vorzugsweise im Bereich des vorderen Endes eine vordere Befestigungsvorrichtung, die zum Befestigen an einem Hauptflügel konfiguriert ist. Die Verstärkungsstruktur umfasst eine hintere Befestigungsvorrichtung, die von der vorderen Befestigungsvorrichtung weiter zu dem hinteren Ende der Verkleidungsschale hin beabstandet ist und die zum Befestigen an dem Hauptflügel an einer von der vorderen Befestigungsvorrichtung beabstandeten Stelle konfiguriert ist.
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Die Klappenstütze umfasst vorzugsweise im Bereich des hinteren Endes der Verkleidungsschale ferner eine Gelenkvorrichtung, die zum Bilden einer Gelenkverbindung mit der Klappe, vorzugsweise über mindestens ein Verbindungselement, das schwenkbar an der Gelenkvorrichtung und der Klappe angebracht ist, konfiguriert ist.
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Solch ein Klappenstütze ist im Stand der Technik beispielsweise aus der
US 9,926,069 B2 , bei der die Gelenkvorrichtung am hinteren Ende der Verkleidungsschale ausgebildet ist, bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer besonders starken und gleichzeitig leichten Klappenstütze.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Gelenkvorrichtung Teil der Verstärkungsstruktur bildet. Vorzugsweise ist die Gelenkvorrichtung aus einem Stück mit der Verstärkungsstruktur ausgebildet. Auf solche Weise werden die Lasten von der Klappe statt direkt in die Verkleidungsschale eingeleitet zu werden, in die Verstärkungsstruktur eingeleitet und werden von der Verstärkungsstruktur allmählich auf die Verkleidungsschale übertragen. Dies führt zu einer besonders hohen und ausfallsicheren Tragfähigkeit der Klappenstütze.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verkleidungsschale eine stromlinienförmige Außenfläche auf. Auf solch eine Weise erzeugt die Klappenstütze minimalen Luftwiderstand.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Verkleidungsschale aus faserverstärktem Kunststoffmaterial (FRP-Material, FRP - fiber reinforced plastic), vorzugsweise kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial (CFRP-Material, CFRP - carbon fiber reinforced plastic) hergestellt. FRP-Material bietet eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht, so dass die Verkleidungsschale hohe Lasten sicher übertragen kann, während ihr Gewicht auf einem Minimum gehalten wird.
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Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Verstärkungsstruktur aus Metallmaterial, vorzugsweise Aluminiummaterial, hergestellt. Durch die Metallverstärkungsstruktur, die die FRP-Verkleidungsschale verstärkt, wird eine Hybridstruktur aus Metall und FRP ausgebildet. Auf solch eine Weise werden in die Klappenstütze redundante Lastpfade integriert. Ferner eignet sich ein Metallmaterial insbesondere zur Aufnahme der Gelenklasten der Klappe.
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Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verstärkungsstruktur einen ersten Seitenabschnitt, der an dem ersten Seitenwandteil angebracht ist, einen zweiten Seitenabschnitt, der an dem zweiten Seitenwandteil angebracht ist, und eine Strukturbrücke, die den ersten und den zweiten Seitenabschnitt verbindet und vorzugsweise aus einem Stück mit dem ersten und zweiten Seitenabschnitt ausgebildet ist. Der erste und zweite Seitenabschnitt bilden zwei getrennte Lastpfade, und die Strukturbrücke überträgt Lasten zwischen dem ersten und zweiten Seitenabschnitt und versteift die Verkleidungsschale in Seitwärtsrichtung.
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Insbesondere wird bevorzugt, dass der erste Seitenabschnitt einen ersten vorderen Teil, der an dem ersten Seitenwandteil anliegt und daran angebracht ist, und einen ersten hinteren Teil, der von dem ersten Seitenwandteil entkoppelt und davon beabstandet ist, aufweist. Ferner weist der zweite Seitenabschnitt einen zweiten vorderen Teil, der an dem zweiten Seitenwandteil anliegt und daran angebracht ist, und einen zweiten hinteren Teil, der von dem zweiten Seitenwandteil entkoppelt und davon beabstandet ist, auf. Der erste vordere Teil ist vorzugsweise auf eine flächige Weise, vorzugsweise durch mehrere zweidimensional verteilte Niete, an dem ersten Seitenwandteil angebracht. Ebenso ist der zweite vordere Teil vorzugsweise auf eine flächige Weise, vorzugsweise durch mehrere zweidimensional verteilte Niete, an dem zweiten Seitenwandteil angebracht. Auf solch eine Weise können Lasten von dem ersten und zweiten hinteren Teil, zum Beispiel durch die Gelenkvorrichtung eingeleitete Lasten, über den ersten und zweiten vorderen Teil gleichmäßig und homogen auf die Verkleidungsschale übertragen werden.
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Es wird besonders bevorzugt, dass die Strukturbrücke den ersten hinteren Teil und den zweiten hinteren Teil verbindet. Auf solch eine Weise werden der erste und zweite hintere Teil in der Seitwärtsrichtung aneinander gestützt, um insbesondere die von der Gelenkvorrichtung eingeleiteten Lasten aufzunehmen.
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Ferner wird bevorzugt, dass die Gelenkvorrichtung an dem ersten und zweiten hinteren Teil vorgesehen ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass der erste hintere Teil ein erstes Gelenkauge und der zweite hintere Teil ein zweites Gelenkauge umfasst. Auf solch eine Weise ist jedes Gelenkauge mit einem getrennten Lastpfad verbunden.
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Insbesondere wird bevorzugt, dass sich die Verkleidungsschale an ihrem hinteren Ende über die Gelenkvorrichtung hinaus erstreckt, wobei der erste Seitenwandteil von dem ersten hinteren Teil beabstandet ist und der zweite Seitenwandteil von dem zweiten hinteren Teil beabstandet ist. Demgemäß übertragen diese Teile der Verkleidungsschale, die sich zwischen dem hinteren Ende und der Halterung an der Verstärkungsstruktur erstrecken, keine Lasten und sind somit keine lasttragenden Teile der Verkleidungsschale. Vorzugsweise umfassen der erste Seitenwandteil und der zweite Seitenwandteil Bohrungen, die mit dem ersten und zweiten Gelenkauge ausgerichtet sind, um entsprechende Gelenkbolzen, die sich durch das erste und zweite Gelenkauge erstrecken, aufzunehmen. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Bohrungen größer als der Durchmesser der Gelenkaugen, so dass eine Lastübertragung zwischen den Gelenkbolzen und den Bohrungen vermieden wird. Auf solch eine Weise werden Lasten von der Klappe durch die Verstärkungsstruktur nur bis zu der Halterung der Verstärkungsstruktur an der Verkleidungsschale an dem ersten und zweiten vorderen Teil übertragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die hintere Befestigungsvorrichtung ein erstes Befestigungsauge, das an dem ersten Seitenabschnitt ausgebildet ist und von dem ersten Seitenabschnitt nach oben ragt. Das erste Befestigungsauge ist vorzugsweise so an dem ersten vorderen Teil ausgebildet, dass das erste Befestigungsauge sowohl durch die Verstärkungsstruktur als auch die Verkleidungsschale, die aneinander anliegen, gebildet wird. Ferner umfasst die hintere Befestigungsvorrichtung ein zweites Befestigungsauge, das an dem zweiten Seitenabschnitt ausgebildet ist und von dem zweiten Seitenabschnitt nach oben ragt. Das zweite Befestigungsauge ist vorzugsweise so an dem zweiten vorderen Teil ausgebildet, dass das zweite Befestigungsauge sowohl durch die Verstärkungsstruktur als auch durch die Verkleidungsschale, die aneinander anliegen, gebildet wird. Auf solch eine Weise wird eine einfache und starke hintere Befestigungsvorrichtung direkt durch die Verstärkungsstruktur selbst gebildet.
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Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die hintere Befestigungsvorrichtung einen ersten Zylindermutterhalter, der an dem ersten Seitenabschnitt angeordnet ist, und einen zweiten Zylindermutterhalter, der an dem zweiten Seitenabschnitt angeordnet ist. Solche Zylindermutterhalter sind einfache und zuverlässige Optionen zur Anbringung.
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Zwischen der Verstärkungsstruktur und dem vorderen Ende der Verkleidungsschale könnte vorzugsweise eine zusätzliche Strukturbrücke vorgesehen sein, um eine weitere Verstärkung zwischen dem ersten und zweiten Seitenwandteil zu bilden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die vordere Befestigungsvorrichtung mehrere Rippen, die in der Verkleidungsschale ausgebildet sind und sich über die Längsachse erstrecken. Die Rippen umfassen Löcher, die entlang der Längsachse aufeinander ausgerichtet sind, um einen entsprechenden an dem Hauptflügel angebrachten Bolzen aufzunehmen. Auf eine solche Weise wird eine einfache und zuverlässige vordere Befestigungsvorrichtung gebildet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Tragflügel für ein Flugzeug. Der Tragflügel umfasst einen Hauptflügel, eine Klappe und eine Klappenstütze gemäß irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen. Die vordere und hintere Befestigungsvorrichtung sind vorzugsweise an entlang der Längsachse voneinander beabstandeten Stellen an dem Hauptflügel befestigt. Die Klappe ist, vorzugsweise über ein oder mehrere Verbindungselemente, schwenkbar mit der Gelenkvorrichtung verbunden. Die oben in Verbindung mit dem Klappenstütze näher erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend für den Tragflügel.
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Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Flugzeug, das den Tragflügel gemäß einer Ausführungsform, wie oben beschrieben, umfasst. Die oben in Verbindung mit der Klappenstütze und dem Tragflügel näher erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend für den Tragflügel.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mittels einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Flugzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Klappenstützes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Klappenstützes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Klappenstützes gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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In 1 wird ein Flugzeug 1 gemäß der Erfindung gezeigt. Das Flugzeug 1 umfasst einen Rumpf 3 und Tragflügel 5, die an dem Rumpf 3 angebracht sind. Jeder Tragflügel 5 umfasst einen Hauptflügel 7, mehrere an dem Hauptflügel 7 angebrachte Klappen 9 und mehrere Klappenstützen 11, die an dem Hauptflügel 7 angebracht sind, um die Klappen 9 auf eine gelenkige Weise zu tragen, wenn die Klappen 9 zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung bewegt werden. Die Klappen 9 sind Hochauftriebshinterkantenklappen.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform der Klappenstütze 11, wie sie in dem in 1 gezeigten Flugzeug 1 eingesetzt werden. Der Klappenstütze 11 umfasst eine lasttragende Verkleidungsschale 13. Die Verkleidungsschale 13 erstreckt sich entlang einer Längsachse 15 zwischen einem vorderen Ende 17 und einem hinteren Ende 19. Ferner weist die Verkleidungsschale 13 einen U-förmigen Querschnitt über die Längsachse 15 auf, der einen ersten Seitenwandteil 21, einen zweiten Seitenwandteil 23 gegenüber dem ersten Seitenwandteil 21 und einen den ersten und den zweiten Seitenwandteil 21, 23 verbindenden Bodenwandteil 25 enthält. Die Verkleidungsschale 13 umgibt teilweise einen Innenraum 27, der gegenüber dem Bodenwandteil 25 zu der Umgebung hin offen ist. Die Verkleidungsschale 13 ist aus kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial (CFRP-Material) hergestellt und weist eine stromlinienförmige Außenfläche 29 auf.
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Die Klappenstütze 11 umfasst ferner eine Verstärkungsstruktur 31, die in dem Innenraum 27 der Verkleidungsschale 13 aufgenommen und sowohl an dem ersten Seitenwandteil 21 als auch dem zweiten Seitenwandteil 23 zum Verstärken der Verkleidungsschale 13 angebracht ist. Die Verstärkungsstruktur 31 ist aus gefrästem Aluminiummaterial hergestellt.
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Die Verkleidungsschale 13 umfasst im Bereich des vorderen Endes 17 eine vordere Befestigungsvorrichtung 33, die zum Befestigen an dem Hauptflügel 7 konfiguriert ist. Die vordere Befestigungsvorrichtung 33 umfasst mehrere Rippen 35, die in der Verkleidungsschale 13 ausgebildet sind und sich über die Längsachse 15 erstrecken. Die Rippen 35 umfassen Löcher 37, die entlang der Längsachse 15 ausgerichtet sind, um einen entsprechenden (nicht gezeigen) Bolzen, der am Hauptflügel 7 angebracht ist, aufzunehmen.
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Die Klappenstütze 11 umfasst in dem Bereich des hinteren Endes 19 der Verkleidungsschale 13 ferner eine Gelenkvorrichtung 39, die dazu konfiguriert ist, über eines oder mehrere Verbindungselemente (nicht gezeigt), die schwenkbar an der Gelenkvorrichtung 39 und an der Klappe 9 angebracht sind, eine gelenkige Verbindung mit der Klappe 9 zu bilden. Die Gelenkvorrichtung 39 bildet Teil der Verstärkungsstruktur 31 und ist aus einem Stück mit der Verstärkungsstruktur 31 gebildet.
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Die Verstärkungsstruktur 31 umfasst einen ersten Seitenabschnitt 41, der an dem ersten Seitenwandteil 21 angebracht ist, einen zweiten Seitenabschnitt 43, der an dem zweiten Seitenwandteil 23 angebracht ist, und eine Strukturbrücke 45, die den ersten und den zweiten Seitenabschnitt 41, 43 verbindet. Der erste Seitenabschnitt 41 weist einen ersten vorderen Teil 47, der an dem ersten Seitenwandteil 21 anliegt und daran angebracht ist, und einen ersten hinteren Teil 49, der von dem ersten Seitenwandteil 21 entkoppelt und davon beabstandet ist, auf. Ferner weist der zweite Seitenabschnitt 43 einen zweiten vorderen Teil 51, der an dem zweiten Seitenwandteil 23 anliegt und daran angebracht ist, und einen zweiten hinteren Teil 53, der von dem zweiten Seitenwandteil 23 entkoppelt und davon beabstandet ist, auf. Der erste vordere Teil 47 ist auf eine flächige Weise, vorzugsweise durch mehrere zweidimensional verteilte Niete 55, an dem ersten Seitenwandteil 21 angebracht. Ebenso ist der zweite vordere Teil 51 vorzugsweise durch mehrere zweidimensional verteilte Niete 55 auf eine flächige Weise an dem zweiten Seitenwandteil 23 angebracht.
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Die Strukturbrücke 45 verbindet den ersten hinteren Teil 49 und den zweiten hinteren Teil 53. Die Gelenkvorrichtung 39 ist an dem ersten und zweiten hinteren Teil 49, 53 vorgesehen. Der erste hintere Teil 49 umfasst ein erstes Gelenkauge 57, und der zweite hintere Teil 53 umfasst ein zweites Gelenkauge 59.
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Die Verkleidungsschale 13 erstreckt sich an ihrem hinteren Ende 19 über die Gelenkvorrichtung 39 hinaus, wobei der erste Seitenwandteil 21 von dem ersten hinteren Teil 49 beabstandet ist und der zweite Seitenwandteil 23 von dem zweiten hinteren Teil 53 beabstandet ist. Demgemäß übertragen diese Teile (durch den unterlegten Bereich gezeigt) der Verkleidungsschale 13, die sich zwischen dem hinteren Ende 19 und der Halterung an der Verstärkungsstruktur 31 erstrecken, keine Lasten und sind somit keine lasttragenden Teile der Verkleidungsschale 13. Der erste Seitenwandteil 21 und der zweite Seitenwandteil 23 umfassen Bohrungen 61, die mit dem ersten und zweiten Gelenkauge 57, 59 ausgerichtet sind, um entsprechende Gelenkbolzen (nicht gezeigt), die sich durch das erste und zweite Gelenkauge 57, 59 erstrecken, aufzunehmen. Der Durchmesser der Bohrungen 61 ist größer als der Durchmesser der Gelenkaugen 57, 59, so dass eine Lastübertragung zwischen den Gelenkbolzen und den Bohrungen 61 vermieden wird.
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Die Verstärkungsstruktur 31 umfasst eine hintere Befestigungsvorrichtung 63, die von der vorderen Befestigungsvorrichtung 33 weiter zu dem hinteren Ende 19 der Verkleidungsschale 13 hin beabstandet ist und die zum Befestigen an dem Hauptflügel 7 an einer von der vorderen Befestigungsvorrichtung 33 beabstandeten Stelle konfiguriert ist. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die hintere Befestigungsvorrichtung 63 einen ersten Zylindermutterhalter 65, der an dem ersten Seitenabschnitt 41 angeordnet ist, und einen zweiten Zylindermutterhalter 67, der an dem zweiten Seitenabschnitt 43 angeordnet ist.
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Zwischen der Verstärkungsstruktur 31 und dem vorderen Ende 17 der Verkleidungsschale 13 ist ferner eine zusätzliche Strukturbrücke 69 vorgesehen, um eine weitere Verstärkung zwischen dem ersten und zweiten Seitenwandteil 21, 23 zu bilden. Die hintere Befestigungsvorrichtung 63, nämlich der erste und der zweite Zylindermutterhalter 65, 67, werden auch durch die zusätzliche Strukturbrücke 69 gestützt.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Klappenstütze 11 zum Einsatz an dem in 1 gezeigten Flugzeug 1. Diese Ausführungsform entspricht der in 2 gezeigten Ausführungsform, außer dass die hintere Befestigungsvorrichtung 63 anstatt den ersten und zweiten Zylindermutterhalter 65, 67 ein erstes und zweites Befestigungsauge 71, 73 umfasst. Das erste Befestigungsauge 71 ist an dem ersten Seitenabschnitt 41 ausgebildet und ragt von dem ersten Seitenabschnitt 41 nach oben. Das erste Befestigungsauge 71 ist so an dem ersten vorderen Teil 47 ausgebildet, dass das erste Befestigungsauge 71 sowohl durch die Verstärkungsstruktur 31 als auch die Verkleidungsschale 13, die aneinander anliegen, gebildet wird. Das zweite Befestigungsauge 73 ist an dem zweiten Seitenabschnitt 43 ausgebildet und ragt von dem zweiten Seitenabschnitt 43 nach oben. Das zweite Befestigungsauge 73 ist so an dem zweiten vorderen Teil 51 ausgebildet, dass das zweite Befestigungsauge 73 sowohl durch die Verstärkungsstruktur 31 als auch durch die Verkleidungsschale 13, die aneinander anliegen, gebildet wird.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Klappenstütze 11, die der in 3 gezeigten Ausführungsform ähnelt, aber eine Verstärkungsstruktur 31 aufweist, die durch mehrere getrennte Teile gebildet wird. Insbesondere ist die Gelenkvorrichtung 39, besonders sind das erste und zweite Gelenkauge 57, 59, durch eine Metallgelenkaugenverstärkung 75 verstärkt. Ferner sind das erste und zweite Befestigungsauge 71, 73 durch eine erste und zweite Metallbefestigungsaugenverstärkung 77, 79 verstärkt. Darüber hinaus sind mehrere Metallbrücken 81 vorgesehen, die den ersten und zweiten Seitenwandteil 21, 23 verbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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