DE2153434B2

DE2153434B2 - Befestigung von erosionsschutzkanten an flugzeugprofilen

Info

Publication number: DE2153434B2
Application number: DE19712153434
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 2084 Rellingen Roder Wolfgang 2080 Pinneberg Rusch Dieter Dipl Ing 2000 Wedel Volkner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1971-10-27
Publication date: 1972-11-09
Also published as: GB1403445A; SE395863B; FR2157934B1; IT969962B; US3825371A; FR2157934A1; DE2153434A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Befestigung von Erosionsschutzkanten od. dgl. an Flugzeugprofilen, insbesondere an Rotorblättern von Hubschraubern, mittels Klebung.

Es ist bekannt, die Anströmkanten an Flugzeugprofilen vor der Erosionswirkung, z. B. durch Regentropfen, Sand, Steinschlag, Eisschlag od. dgl., durch die Anbringung besonderer Erosionsschutzkanten aus beispielsweise Nickel, Titan oder anderen erosionsfesten Werkstoffen, zu schützen. Besonders wichtig wird diese Maßnahme, wenn die exponierten Profile selbst nicht aus einem gegen Erosion wiederstandsfesten Material, sondern beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sind, oder wenn auf den Profilen zum Zwecke der Enteisung aus elektrischen Heizwiderständen bestehende Heizmatten angebracht sind. Diese Heizmatten befinden sich dann auch an den am meisten erosionsgefährdeten Anströmkanten der Profile, sind gegenüber der beispielsweise aus Metall bestehenden Struktur des Flugzeuges mittels einer aufgebrachten Isolationsschicht elektrisch isoliert und schließlich auch mit einer zweiten Isolationsschicht abgedeckt, die nun jedoch bei Fehlen einer besonderen Erosionsschutzkante dem direkten Angriff der Erosion verursachenden Partikel ausgesetzt wäre.

Diese Erosionsschutzkanten werden nun teilweise dadurch befestigt, daß sie in die Struktur der Metall-Profile integriert werden, was zwar eine sichere und gute Befestigung ergibt, andererseits aber sehr aufwendig und nicht immer realisierbar ist, sowie den Nachteil einer erschwerten oder überhaupt nicht möglichen Auswechslung der Erosionsschutzkanten in sich birgt.

Eine andere und an sich einfachere Möglichkeit der Befestigung dieser Erosionsschutzkanten besteht darin, diese auf die zu schützenden Profil-Kanten aufzukleben. Ausgehend von der im Flugzeugbau allgemein geltenden Vorschrift, möglichst hochfeste Werkstoffe zu verwenden, wurden auch für eine derartige Verklebung bisher nur solche Kleber verwendet, die eine hohe Festigkeit, d. h. einen verhältnismäßig hohen Ε-Modul aber geringe Bruchdehnung aufweisen. Daneben muß auf gute Temperaturstabilität geachtet werden, d.h. es dürfen keine wesentlichen Änderungen der Festigkeitseigenschaften in dem interessierenden Betriebs-Temperaturbereich von beispielsweise —60 bis +150⁰C auftreten. Als Beispiel für derartige Kleber gelten die hier häufig verwendeten Epoxyharze.

Nun hat sich jedoch bei Flugversuchen, bei denen an den Rotorblättern von Hubschraubern Erosionsschutzkanten zum Schutz von elektrischen Heizmatten mittels solcher Epoxyharze aufgeklebt waren, gezeigt, daß die so hergestellten Befestigungen nicht den auftretenden Belastungen standhielten, sondern nach einigen Betriebsstufen die Erosionsschutzkanten sich von den Rotorblättern zu lösen begannen. Ein Ablösen der Erosionsschutzkanten führt jedoch besonders bei Hubschraubern wegen der dadurch

ίο verursachten Rotorunwuchten zu höchst gefährlichen Flugsituationen und muß deshalb auf jeden Fall vermieden werden.

Erfinderseitig ist nun erkannt worden, daß diese Ausfälle darauf zurückzuführen sind, daß der verwendete Epoxyharz-Kleber wegen seiner verhältnismäßig geringen Elastizität — er weist nur niedrige Bruchdehnungswerte auf — nicht imstande ist, die zwischen dem Rotorblatt und der Erosionsschutzkante entstehenden Materialspannungen aufzunehmen. Gerade an den Rotorblättern von Hubschraubern treten durch Biege- und Torsionsschwingungen erhebliche Materialbeanspruchungen auf, die wegen der unterschiedlichen Ausbildung bezüglich Material und Geometrie der Rotorblätter einerseits und der darauf befestigten Erosionsschutzkanten andererseits zu von einander abweichenden Verformungen führen. Kann aber der zwischen beiden Teilen befindliche Kleber die durch die unterschiedliche Verformung bedingten Spannungen wegen seiner geringen Elastizität nicht aufnehmen, so führt dies zu einer zumindest örtlichen Zerstörung der Klebeverbindung und Ablösung der Erosionsschutzkanten. Ist aber die Klebeverbindung erst an einigen Stellen gelöst, erfolgte durch Schälung leicht eine vollständige Ablösung der Kanten, zumal die verwendeten Epoxyharze nicht besonders schälfest sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Befestigung von Erosionsschutzkanten od. dgl. an Profilen von Flugzeugen, insbesondere an Rotorblättern von Hubschraubern, zu schaffen, bei der die zuvor geschilderte Gefahr der Zerstörung im Betrieb infolge der auftretenden Biege- und Torsionsschwingungen vermieden wird und die zudem einfach und ohne größeren Aufwand hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung die Verwendung eines elastischen Klebers mit hoher Bruchdehnung (kleinem Ε-Modul) vorgeschlagen, der zudem folgende Eigenschaften aufweist:

Er darf nicht wasseraufnehmend sein, er soll hohe Schälfestigkeit und gute Dämpfung besitzen. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung soll ein Silikon-Kleber verwendet werden.
Wird nach der Erfindung an Stelle der bisher üblichen Epoxyharze nunmehr ein elastischer Kleber mit hoher Bruchdehnung verwendet, so kann dieser die zwischen dem Rotorblatt bzw. Tragflügel und der Erosionsschutzkante auftretenden, durch unterschiedliche Verformungen verursachte Spannungen im elastischen Bereich aufnehmen und ausgleichen, ohne daß eine Zerstörung der Verbindung befürchtet werden muß. Es dürfen also in bewußter Abweichung von der bisher im Flugzeugbau bestehenden Forderung nicht hochfeste und verhältnismäßig spröde Kleber verwendet werden, sondern es müssen elastische Kleber zur Anwendung kommen, die im Gegensatz zu den vorgenannten Klebern weniger hohe Ε-Module, dafür aber wesentliche höhere

Bruchdehnung bei vergleichbarer Festigkeit besitzen. Die weitere Vorschrift, daß der Kleber nicht wasseraufnehmend sein soll, hat den Grund, daß etwa in die Klebeverbindung eindringendes Wasser (auch aus der Luftfeuchtigkeit) eine Zerstörung derselben ver-Ursachen könnte.

Der Kleber soll daneben schälfest und gut dämpfend sein. Hohe Schälfestigkeit liegt etwa vor, wenn die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Kleber und den miteinander zu verklebenden Teilen etwa gleich groß wie die Festigkeit des Klebers in sich ist. Gute Dämpfung wird schließlich gefordert, um die Energie von auf die Erosionskante aufprallenden Partikeln schadlos aufnehmen zu können. Es hatte sich nämlich gezeigt, daß die obenerwähnten Ausfälle bei den Flugversuchen ganz besonders häufig bei Regen auftraten, worauf zu schließen ist, daß die auf die Erosionsschutzkante mit hoher Energie auftreffenden Regentropfen zu einer örtlichen Überschreitung der Kleberfestigkeit und damit zu örtlichen Ablösungen führen können.

Daneben müssen natürlich auch diese Kleber im Betriebstemperaturbereich, also etwa zwischen -60° C und +150° C, hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaft beständig bleiben.

Die vorgeschlagenen an sich bekannten Silikon-Kleber erfüllen diese Bedingungen in besonders guter Weise.

Bei der Verwendung eines elastischen Klebers ergibt sich ein besonderer Vorteil gerade bei großen Klebeflächenlängen dadurch, daß im Gegensatz zu einem sehr festen und wenig elastischen Kleber, bei dem nur verhältnismäßig wenige Punkte oder Bereiche wirklich zum Tragen kommen (ähnlich dem bekannten Vorgang bei einem Schraubengewinde, wo nur einige wenige Gewindegänge die aufgebrachte Belastung aufnehmen), dagegen bei einem elastischen Kleber infolge des elastischen Nachgebens der zuerst tragenden Punkte nach und nach alle anderen Punkte ebenfalls zum Tragen kommen, so daß schließlich die aufgebrachte Belastung gleichmäßig von der ganzen Klebefläche aufgenommen werden kann.

Da die Silikonkleber nur geringe Schrumpfung aufweisen, können auch auf diese Weise keine besonderen Materialspannungen auftreten. Darüber hinaus lassen sich wegen der hohen Elastizität des Klebers die Klebeschichten verhältsnismäßig dünn ausführen, ohne daß bei den auftretenden Beanspruchungen eine Überschreitung der Festigkeitsgrenze befürchtet werden muß, wodurch bei der Verwendung von elektrischen Heizmatten der Vorteil eines besseren Wärmeübergangs von den Heizmatten zur Erosionsschutzkante erzielt wird.

Bei der Verklebung von Erosionsschutzkanten im Zusammenhang mit elektrischen Enteisungsanlagen ist schließlich noch ein Vorteil der vorgeschlagenen Silikonkleber hervorzuheben, der darin besteht, daß durch die bei diesem Kleber mögliche Beigabe von wärmeleitenden Füllstoffen günstige Werte für die Wärmeleitfähigkeit erzielbar sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Befestigung von Erosionsschutzkanten od. dgl. an Profilen von Flugzeugen, insbesondere an Rotorblättern von Hubschraubern, mittels Klebung, gekennzeichnet durch die Verwendung eines elastischen Klebers mit hoher Bruchdehnung (kleinem Ε-Modul), der nicht wasseraufnehmend ist, hohe Schälfestigkeit und gute Dämpfung besitzt.

2. Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silikon-Kleber verwendet wird.