DE4313592C2 - Großraumflugzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Großraumflugzeug, mit mindestens zwei in einem Rumpf übereinander angeordneten Decks.

Die Erhöhung der Transportkapazität von Passagieren in Flugzeugen ist bei dem immer steigenden Verkehrsaufkommen ein Problem, deren Lösung die Flugzeughersteller intensiv beschäftigt.

Mit dem Artikel "Die Wiederentdeckung der zweiten Etage" von Gerd Höhler, in der Zeitung "Frankfurter Rundschau" vom 28.10.1989, sind Lösungen dieses Problems durch die Nutzung des unteren Decks nicht nur als Frachtraum, sondern auch zur Passa­ gierbeförderung und für Serviceeinrichtungen bekannt. So wird von einem Flugzeugher­ steller vorgeschlagen, Passagierkabinenräume in dem Deck, dessen Fußboden der Unter­ schale am nächsten kommt (im folgenden Unterdeck genannt), als Panoramadeck ein­ zurichten.

Aus der DE 41 16 524 A1 ist bekannt, im Unterdeck Ruheräume für die Passagiere bzw. die Besatzung einzurichten und/oder Serviceein­ richtungen, wie beispielsweise sanitäre Anlagen oder Versorgungseinrichtungen, in diesen Teil des Flugzeuges zu verlagern.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß diese Unterdecks nicht dauernd genutzt werden können. Es besteht noch keine genügende Sicherheit der Perso­ nen während der Start- und Landephasen, da die Aufprallenergie bei Crash-Notlandungen in den bisher bekannten Lösungen meist allein durch die Deformation der unteren Rumpfstruktur im Laderaumbereich absorbiert wird. In diesen Lösungen ist es somit nicht möglich, dauernd genutzte Passagierkabinenräume (im folgenden gehören auch Serviceeinrichtungen dazu) in dem Unterdeck einzurichten, da beim Crash-Fall die Struktur kollabiert, kaum Überlebensraum vorhanden ist und Verletzungen und Todes­ fälle von Personen nicht zu vermeiden sind.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, das Nutzungspotential eines Unterdecks in einem Großraumflugzeug in der Weise zu vergrößern, daß Passa­ gierkabinenräume bzw. Serviceeinrichtungen auch während der Start- und Landephasen benutzt werden können und genügend Überlebensraum bei Crash-Notlandungen für die Passagiere erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Insbesondere vorteilhaft ist, daß die beim Crash-Fall entstehende Aufprallenergie kon­ trolliert absorbiert wird und somit die Überlebenschancen der Personen wesentlich erhöht werden, da der notwendige Überlebensraum erhalten bleibt.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß mit dem Einsatz der energieabsorbierenden Baueinheit das Unterdeck in Flugzeugen dauernd, d. h. auch während der Start- und Landephase zur Unterbringung von Personen genutzt werden kann.

Die energieabsorbierende Baueinheit ist an bestehende Rumpfstrukturen befestigbar und entsprechend der Anordnung der Passa­ gierkabinenräume im Unterdeck variabel anbringbar.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprü­ chen 2-10.

Ein zusätzlich eingebrachtes Energieabsorbermodul, beispielsweise als energieabsorbieren­ der Unterboden im Fußboden des Unterdecks, ermöglicht vorteilhaft die Absorption eines Teiles der Aufprallenergie in Richtung senkrecht zur Flugzeuglängsachse.

Durch Aussparungen in der energieabsorbierenden Baueinheit ist es realisiert, daß systembeding­ te, am Flugzeugrumpf angebrachte Bauteile nicht in ihrer Funktion behindert werden.

Durch Einsatz von Faserverbundwerkstoffen als Werkstoff für die energieabsorbierende Baueinheit ist eine im Flugzeugbau notwendige Leichtbauweise gewährleistet.

Die Erfindung wird nachstehend beschrieben und anhand der Fig. 1-6 näher erläu­ tert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Großraumflugzeug in der Perspektivdarstellung von vorn,

Fig. 2 das Heck eines Großraumflugzeuges in der Perspektivdarstellung,

Fig. 3 ein Großraumflugzeug in der Schnittdarstellung senkrecht zur Flugzeuglängsachse im Bereich der Tragflügel,

Fig. 4 ein Großraumflugzeug in der Schnittdarstellung senkrecht zur Flugzeuglängsachse im Bereich einer energieabsorbierenden Baueinheit,

Fig. 5 eine energieabsorbierende Baueinheit in der Schnittdarstellung und

Fig. 6 den Aufbau einer Gleitschicht.

In den Fig. 1 und 2 sind mögliche Anordnungen einer energieabsorbierenden Bauein­ heit 5 an einem Großraumflugzeug 1 perspektivisch ersichtlich.

Die Anordnung der energieabsorbierenden Baueinheit 5 im Bereich der unteren Rumpf­ hälfte ist im wesentlichen abhängig von der Anordnung der Passagierkabinenräume im Unterflurbereich des Flugzeuges 1. Die energieabsorbierende Baueinheit 5 wird annä­ hernd lotrecht unterhalb der für die Passagiere vorgesehenen Räumlichkeiten befestigt, um die bei Crash-Notlandungen auftretenden Belastungen annähernd in Richtung senk­ recht zur Flugzeuglängsachse aufzunehmen und die Aufprallenergie kontrolliert zu absorbieren.

In Fig. 1 ist das Flugzeug 1 in der Perspektivdarstellung von vorn dargestellt. Eine ener­ gieabsorbierende Baueinheit 5 ist am Rumpf 2, im vorderen Rumpfbereich annähernd vom Bug 3 bis annähernd zu den für das Hauptfahrwerk benötigten Ausformungen 6 im Rumpf 2, genannt Belly Fairing, befestigt. Die energieabsorbierende Baueinheit 5 ist außerhalb des Rumpfes 2 im Bereich der Rumpfunterschale 7 in der Weise angebracht, daß deren Außenkontur als eine bodenwannenartige Verdickung des bestehenden Rump­ fes 2 aerodynamisch günstig in flugzeugtechnisch üblicher Art ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltungsform ist im Bugbereich eine Anordnung von Kabinenräumen für Passagiere im Unterdeck vorgesehen. In diesem Bereich ist unterhalb der bestehenden Rumpfstruktur die energieabsorbierende Baueinheit 5 angeordnet. Für die sich im Heck­ bereich befindlichen Frachträume im Unterdeck ist eine Absorption von Aufprallenergie in bekannter Art im Flugzeugbau durch die Struktur vorgesehen.

In der Fig. 2 ist ein Heck 4 des Großraumflugzeuges 1 perspektivisch dargestellt. In dieser Ausge­ staltungsform ist die energieabsorbierende Baueinheit 5 im wesentlichen im hinteren Rumpfbereich annähernd von den Ausformungen für das Hauptfahrwerk bis annähernd zum Heck 4 angeordnet. Die Außenkontur der energieabsorbierenden Baueinheit 5 ist entsprechend der im Flugzeugbau bekannten Strömungsverhältnissen und wie im Zu­ sammenhang mit Fig. 1 beschrieben ausgebildet.

In dieser dargestellten Ausführungsform ist im Heckbereich eine Anordnung von Kabi­ nenräumen für Passagiere im Unterdeck vorgesehen. In diesem Bereich ist unterhalb der bestehenden Rumpfstruktur die energieabsorbierende Baueinheit 5 angeordnet. Für die sich im Bugbereich befindlichen Frachträume im Unterdeck ist eine Absorption von Aufprallenergie in üblicher Art im Flugzeugbau durch die Struktur vorgesehen.

Eine weitere, nicht dargestellte Ausgestaltungsform ist eine Anordnung der energie­ absorbierenden Baueinheit 5 im gesamten unteren Rumpfbereich. Diese Ausgestaltungs­ form kann notwendig werden, wenn eine Anordnung von Passagierkabinenräumen im gesamten Unterdeck vorgesehen ist.

Das Befestigen der energieabsorbierenden Baueinheit 5 ist mit entsprechenden Befesti­ gungstechniken, beispielsweise Schrauben und/oder Kleben, an der Rumpfunterschale 7 realisierbar.

In allen vorbeschriebenen Ausgestaltungsformen sind systembedingte Anordnungen, bei­ spielsweise Klappen für die Fahrwerke, Bodenklappen oder Nottüren zu berücksichtigen und entsprechende bauliche Maßnahmen zu treffen, wie vorzugsweise das Vorsehen von Aussparungen 11a oder 11b in der energieabsorbierenden Baueinheit 5.

In den Fig. 3 und 4 ist jeweils ein Schnitt durch ein Großraumflugzeug senkrecht zur Flugzeug­ längsachse dargestellt.

Die Fig. 3 zeigt die projizierte Stirnfläche eines bekannten Flugzeuges mit Aus­ formungen 6, 6' im Bereich des Hauptfahrwerks.

In Fig. 4 ist der Rumpf 2 mit daran angeordneter energieabsorbierender Baueinheit 5 im Schnitt ersichtlich. Die Rumpfunterschale 7 dient als Anschlußfläche für die energie­ absorbierende Baueinheit 5. Für einen im Unterdeck angeordneten Passagierkabinen­ raum 9 sind in geeigneter Weise Fenster 8, 8' vorgesehen.

Da bereits eine Verdickung des Rumpfes 2 besteht, die durch die benötigten Ausformun­ gen 6, 6' für das Hauptfahrwerk hervorgerufen ist (siehe Fig. 3), wird durch die energie­ absorbierende Baueinheit 5 keine Vergrößerung der projizierten Stirnfläche des Rump­ fes 2 verursacht und somit der Luftwiderstand des Flugzeuges nur unwesentlich geändert.

Zusätzlich zur äußeren energieabsorbierenden Baueinheit 5 ist es vorteilhaft, unterhalb des Passagierkabinenraumes 9 mindestens ein Energieabsorbermodul 10 innerhalb der Rumpfunterschale 7 anzuordnen. Eine bevorzugte Ausbildung ist ein energieabsorbieren­ der Unterboden 10a, der im Passagierkabinenraum 9 gleichzeitig als Fußboden dient. Im Flugzeugbau bekannte Dämpfungselemente werden innerhalb des Fußbodens eingebracht und dienen zur Aufnahme eines Teiles der möglich auftretenden Aufprallenergie. Eine Aufnahme eines weiteren Teiles von Aufprallenergie ist mittels eingebrachter strukturversteifender Bauelemente 10b innerhalb der unteren Rumpfstruktur vorgesehen. Die strukturversteifenden Bauelemente 10b sind unterhalb des Passagierkabinenraumes 9 angeordnet.

In der Fig. 5 ist eine Hälfte der energieabsorbierenden Haueinheit 5 im Schnitt darge­ stellt. Sie besteht im wesentlichen aus einem oberen Wannenteil 12 und einem unteren Wannenteil 13, welche ein Dämpfungspaket 14 umschließen. Das obere Wannenteil 12 ist der Außenkontur der unteren Rumpfstruktur 7 angepaßt und bildet zusammen mit dem bodenwannenartig ausgebildeten unteren Wannenteil 13 eine Umhüllung für das Dämp­ fungspaket 14. Die Außenkontur des unteren Wannenteiles 13 ist in flugzeugtechnisch bekannter Art strömungstechnisch günstig ausgebildet.

Das obere bzw. untere Wannenteil 12 bzw. 13 besteht im wesentlichen aus mindestens einigen Absorberelementen, vorzugsweise Hochstegprofilen 15, die annähernd parallel zur Flugzeuglängsrichtung nebeneinander angeordnet sind. In die Hochstegprofile 15 ist Leichtbauverbundmaterial, insbesondere Wabenkernmaterial 16 eingepreßt oder einge­ legt. Die Wabenachse steht vorzugsweise in der Belastungsrichtung annähernd senkrecht zur Flugzeuglängsachse. Mit einer oberen Deckschicht 17 bzw. 17' und einer unteren Deckschicht 18 bzw. 18' sind die inneren Elemente fixiert. Vorzugsweise bestehen diese Deckschichten 17, 18 bzw. 17', 18' aus Faserverbundwerkstofflagen.

An der unteren Deckschicht 18' am unteren Wannenteil 13 verstärkt eine Gleitschicht 19 die energieabsorbierende Baueinheit 5, um als Gleitfläche beim Abbremsvorgang der verunfallten Fahrgastzeile zu dienen und somit den Anforderungen bei einer Notlandung gerecht zu werden durch den Einsatz entsprechender Werkstoffe oder Werkstoffkom­ binationen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Gleitschicht 19 ist in Fig. 6 dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus Faserverbundwerkstofflagen, deren Festigkeit und Steifigkeit durch Kombination von zumindest einigen normalen Faserverbundwerkstofflagen 20, minde­ stens einer kohlenstoffaserverstärkte Verbundwerkstofflage 21 und mindestens einer aluminiumbeschichteten Faserverbundwerkstofflage 22. Diese Gleitschicht 19 dient gleichzeitig als Verkleidung der energieabsorbierenden Baueinheit 5, die optisch an die Außenkontur des Flugzeuges angepaßt wird.

In Fig. 5 ist weiterhin ersichtlich, daß systembedingte Anbauten, beispielsweise Außen­ flächen-Kühler 23, in die energieabsorbierende Baueinheit 5 integrierbar sind und beim Crash-Fall mit die Funktion der Aufnahme von Aufprallenergie erfüllen. Das mit dem oberen und unteren Wannenteil 12 und 13 eingeschlossene Dämpfungspaket 14, das im wesentlichen aus Absorberelementen 24 besteht, realisiert in Belastungsrichtung annä­ hernd senkrecht zur Flugzeuglängsachse die wesentliche Aufnahme von Aufprallenergie. Die Absorberelemente 24, die in Belastungsrichtung annähernd senkrecht zur Flugzeug­ längsachse nebeneinander mit einem horizontalen Abstand x angeordnet sind, können mittels Gewebebändern 25, insbesondere bestehend aus kohle- oder glasfaserverstärkten Schichten, seitlich versteift werden und am oberen und unteren Wannenteil 12, 13 in der Weise fixiert werden, daß sie nicht seitlich ausknicken und in Belastungsrichtung eine Energieaufnahme realisieren. Zusätzliches Stützmaterial, wie beispielsweise Schaumstoff oder Wabenkernmaterial, können eine weitere Versteifung zwischen den Absorberele­ menten 24 in Hohlräumen 27 realisieren. Beim Wabenkernmaterial liegen vorzugsweise die Wabenachsen waagerecht zur annähernd senkrecht zur Flug­ zeuglängsachse liegenden Belastungsrichtung, um eine große Steifigkeit der Absorber­ elemente 24 zu erreichen.

Die Absorberelemente 24 bestehen vorzugsweise aus Dämpfungsmaterial 26, herstellbar aus Lagen von Faserverbundwerkstoff, die einen derartigen Aufbau besitzen, daß sie Belastungen annähernd in Richtung senkrecht zur Flugzeugachse aufnehmen können. Eine Ausbildung der Absorberelemente 24 aus Metallprofilen ist in weiteren Ausgestal­ tungen möglich.

Claims (10)

1. Großraumflugzeug (1) mit mindestens zwei in einem Rumpf (2) über­ einander angeordneten Decks, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) im untersten Deck, dessen Fußboden der Rumpfunterschale (7) am nächsten liegt, sind Passagierkabinenräume und/oder Service­ einrichtungen angeordnet;
• b) an der Außenseite der Rumpfunterschale (7) ist zumindest eine energieabsorbierende Baueinheit (5) angeordnet,
• c) die energieabsorbierende Baueinheit (5) ist annähernd lotrecht un­ terhalb der im untersten Deck vorgesehenen Passagierkabinen­ räume (9) und/oder Serviceeinrichtungen angeordnet,
• d) die Außenkontur der energieabsorbierenden Baueinheit (5) ist stromlinienförmig geformt,
• e) die energieabsorbierend Baueinheit (5) besteht aus einem der Au­ ßenseite der Rumpfunterschale (7) angepaßten oberen Wannenteil (12) und einem unteren Wannenteil (13), wobei zwischen dem obe­ ren und unteren Wannenteil (12, 13) ein Dämpfungspaket (14) eingeschlossen ist.

2. Großraumflugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere und untere Wannenteil (12, 13) jeweils aufgebaut ist aus einer oberen und einer unteren Deckschicht (17, 17', 18, 18'), die vorzugsweise als Hochstegprofile (15, 15') ausgebildete Absorberelemente ab­ decken, wobei zwischen den Absorberelementen (15, 15') Leichtbauverbundmaterial ein­ gepaßt ist, insbesondere Wabenkernmaterial (16), dessen Wabenachsen annähernd in Belastungsrichtung senkrecht zur Flugzeuglängsachse stehen.

3. Großraumflugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Wannenteil (13) die untere Deck­ schicht (18') mit einer Gleitschicht (19) versehen ist, die im wesentlichen aus Faserverbundwerkstofflagen (20, 21, 22), vorzugsweise aus Lagen kohlefaserverstärkter Verbundwerkstoffe (21), und zumindest einer äußeren aluminiumbeschichteten Faserverbundwerkstofflage (22) gebildet ist.

4. Großraumflugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungspaket (14) eine Mehrzahl von Absorberelementen (24) aufweist, die in Belastungsrichtung annähernd senkrecht zur Flugzeuglängsachse nebeneinander mit einem horizonta­ len Abstand angeordnet sind und jeweils am oberen und unteren Wannenteil (12, 13) fixiert sind, wobei jeweils ein Absorberelement (24) mittels vorzugsweise aus kohlefaserverstärkten oder glasfaserverstärkten Schichten bestehender Gewebe­ bänder (25) seitlich versteift ist.

5. Großraumflugzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den Absorberelementen (24) vorhan­ dener Hohlraum (27) mit Stützmaterial, beispielsweise Schaumstoff oder Waben­ kernmaterial, ausgefüllt ist.

6. Großraumflugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die energieabsorbierende Baueinheit (5) in der Weise ausgebildet ist, daß für systembedingte Anordnungen am Rumpf Aus­ sparungen (11a, 11b) vorgesehen sind, wie beispielsweise für Klappen für das Bug- oder Hauptfahrwerk, für Serviceklappen oder für Nottüren.

7. Großraumflugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die energieabsorbierende Baueinheit (5) sy­ stembedingte Anbauten mit integriert sind, wie beispielsweise Außenflächen- Kühler (23).

8. Großraumflugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Energieabsorbermodul (10) in­ nerhalb der Rumpfunterschale (7) unterhalb des untersten Passagierdecks (9) zusätzlich zur energieabsorbierende Baueinheit (5) angeordnet ist.

9. Großraumflugzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorbermodul (10) als energieabsor­ bierender Unterboden (10a) in dem Fußboden des untersten Passagierdecks (9) ausgebildet ist.

10. Großraumflugzeug nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieabsorbermodul (10) aus strukturver­ steifenden Bauelementen (10b) aufgebaut ist.