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Diese Erfindung betrifft eine defekttolerante
Triebwerksaufhängung und insbesondere eine Aufhängung zur Befestigung
eines Flugzeuggasturbinentriebwerks an einer
Flugzeugkonstruktion.
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Eine Montage von Flugzeuggasturbinentriebwerken, wie sie
schematisch in Figur 1 dargestellt ist, hat sich als
brauchbar erwiesen. Ein Gasturbinentriebwerk 1 hängt an einem
tragenden Bauteil 2 eines Flugzeugs.
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An dieser Axialposition entlang des Triebwerks 1 ist dieses
selbst als Tragkonstruktion ausgebildet. Diese
Tragkonstruktion umfaßt einen Innenring 3, der über eine Mehrzahl von
Speichen 5 mit einem Außenring 4 verbunden ist. Die
Triebwerksweile beziehungsweise -wellen laufen innerhalb des
Innenrings 3 um. Der Außenring 4 ist polygonal und besteht
aus einer Mehrzahl gerader Sehnen 6, welche die äußeren Enden
der beiden jeweils benachbarten Speichen 5 verbinden.
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Dies ergibt eine starre Rahmenkonstruktion, welche die nicht
umlaufenden Teile des Triebwerks 1 direkt tragen kann und die
auch Lager zum Halten der umlaufenden Teile des Triebwerks 1
tragen kann.
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Um das Triebwerk 1 am Flugzeug zu halten, ist diese starre
Rahmenkonstruktion mittels dreier Verbindungsglieder 7, 8 und
9 an dem tragenden Fiugzeugbauteil 2 befestigt. Jedes
Verbindungsglied ist am Triebwerk 1 an einer Stelle befestigt,
wo eine Speiche 5 und zwei gerade Sehnen 6 zusammenlaufen.
Die Verbindungsglieder 7 und 8 tragen die vom Gewicht des
Flugzeuges 1 erzeugte vertikale Last, die entlang der
Vertikalebene 10 wirkt, die parallel zur Achse des Triebwerks 1
verläuft und durch das Schwerezentrum 11 des Triebwerks 1
hindurchgeht, während das Verbindungsglied 9 das relativ zum
Flugzeug auf das Triebwerk 1 wirkende Drehmoment aufnimmt.
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Wenn eines der Verbindungsglieder 7, 8 und 9 bricht, sind die
beiden verbleibenden Verbindungsglieder natürlich nicht in
der Lage, das Triebwerk 1 relativ zum tragenden Bauteil 2 des
Flugzeugs starr zu halten.
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Eine auß der Konstruktion nach Figur 1 basierende
defekttolerante Triebwerksaufhängung ist im einzelnen in Figur 2
dargestellt. Jedes der Verbindungsglieder 7, 8 und 9 ist an einem
Flansch 7A, 8A und 9A, der an der Verbindungsstelle zwischen
einer Speiche 5 und zwei geraden Sehnen 6 gebildet ist,
mittels eines Bolzens 75, 85 und 95 am Triebwerk 1 befestigt
der durch fluchtende Bohrungen in den Flanschen 7A, 8A und 9A
und den Verbindungsgliedern 7,8 und 9 hindurchverlaufen. Die
Verbindungsglieder 7,8 und 9 sind außerdem mittels Bolzen 7C,
8C und 9C am tragenden Bauteil 2 des Flugzeugs befestigt die
durch fluchtende Bohrungen in einem Flansche 12 und den
Berbindungsgliedern 7,8 und 9 hindurchverlaufen. Der Flansche
12 ist seinerseits am tragenden Eauteil 2 des Flugzeugs
befestigt.
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Eine ausfallsichere Verbindung zwischen dem Flugzeug und dem
Triebwerk 1 ist durch einen Bolzen 13B gebildet, der durch
eine entsprechende Boiirung im Flansche 12 und eine mit
Übermaß ausgebildete Bohrung 13C in einem Flansche 13A
hindurchverläuft, der an der geraden Sehne 6A zwischen den
Flanschen 7A und 9A gebildet ist.
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Normalerweise befindet sich der Bolzen 13B nicht in Berührung
mit der Wandfläche der Übermaßbohrung 13C und trägt keine
Last.
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Falls das Verbindungsglied 7 oder seine zugehörigen Bolzen 7A
und 7C brechen sollten, fällt das Triebwerk 1 tiefer, bis der
Bolzen 13B an der Wand der Übermaßbohrung 13C anliegt, und
das Gewicht des Triebwerks 1 wird dann vom Verbindungsglied 8
und dem Zapfen 13B getragen, während das Drehmoment weiter
vom Verbindungsglied 9 aufgenommen wird. Ebenso wird, wenn
das Verbindungsglied 8 oder dessen Bolzen 85 und 8C brechen
sollten, das Gewicht des Triebwerks 1 vom Verbindungsglied 7
und vom Bolzen 13B aufgenommen. Falls das Verbindungsglied 9
oder seine zugehörigen Bolzen 95 und 9C brechen sollten,
dreht sich das Triebwerk 1, bis der Bolzen 13B an der
Wandfläche der Bohrung 13C anliegt, und das Drehmoment wird
dann durch den Bolzen 13B aufgenommen, während das Gewicht
weiter von den Verbindungsgliedern 7 und 8 getragen wird.
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Ein Problem bei diesem System liegt darin, daß, falls das
Verbindungsglied 8 oder die Bolzen 85 und 8C brechen, das
Gewicht des Triebwerks 1 vom Verbindungsglied 7 und dem
Bolzen 13B getragen werden, die beide auf der gleichen Seite
der Vertikalebene 10 liegen. Als Ergebnis hiervon wird ein
großes Kräftepaar durch das Gewicht des Triebwerks 1 erzeugt,
und die gerade Sehne 6A muß dick genug ausgebildet werden, um
dieses Kräftepaar ohne Durchbiegung aufnehmen zu können.
Diese Verdickung erhöht das Gewicht der Aufhängung, was bei
einem Flugzeug natürlich unerwünscht ist, und eine
ungleichförmige Temperaturverteilung innerhalb der geraden Sehne 6A
aufgrund ihrer vergrößerten Dicke kann thermische Ermüdung
verursachen, die zu Rißbildung und geringerer
Triebwerksstandzeit führt.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer defekttoleranten
Triebwerksaufhängung, die diese Probleme mindestens teilweise
bewältigt.
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Gemäß der Erfindung ist eine defekttolerante
Triebwerksaufhängung zum Befestigen eines Triebwerks (1) an einer
Tragkonstruktion (2) vorgesehen, mit drei in einer zur
Triebwerkslängsachse quer verlaufenden Ebene angeordneten Lenkern
(21, 22, 23), welche das Triebwerk mit der Tragkonstruktion
um drei zur Triebwerkslängsachse paralelle Gelenkachsen
verbinden, wobei die Lenker (21, 22, 23) das Triebwerk mit der
Tragkonstruktion beiderseits einer Vertikalebene (10)
verbinden, die paralell zur Triebwerksachse und durch den
Triebwerksschwerpunkt (11) verläuft, und der dritte Lenker (23)
zwei normalerweise wirksame Anschlußstelien (23B, 23C)
aufweist und durch eine dritte redundante Anschlußstelle (23D)
gekennzeichnet ist, die so angeordnet ist, daß Im Falle eines
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Defekts eines der ersten beiden Lenker (21, 22) von den drei
durch den dritten Lenker (23) verbundenen Stellen (23B, 23C,
23D) auf jeder Seite der Vertikalebene (10) und auf dieser
Vertikalebene jeweils eine zu liegen kommt.
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Eine Triebwerksaufhängung nach der Erfindung wird nun
beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen zeigt:
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Figur 3 eine erste Triebwerksaufhängung nach der Erfindung,
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Figur 4 eine zweite Triebwerksaufhängung nach der Erfindung,
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Figur 5 eine dritte Triebwerksaufhängung nach der Erfindung,
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Figur 6 eine vierte Triebwerksaufhängung nach der Erfindung,
und
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Figur 7 eine fünfte Triebwerksaufhängung nach der Erfindung,
wobei gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Gemäß Figur 3 weist ein Flugzeuggasturbinentriebwerk 1 eine
starre Rahmenkonstruktion mit einer Mehrzahl von Speichen 5
und geraden Sehnen 6 auf. Das Triebwerk 1 ist über drei
Lenker (21, 22, 23) mit einem Flansch 20 verbunden, der an
einem tragenden Bauteil 2 des Flugzeugs befestigt ist.
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An den Verbindungen von Speichen 5 und geraden Sehnen 6 sind
drei Flansche 21A, 22A und 23A gebildet. Der Lenker 21 ist
mit dem Fiansch 21A mittels eines Bolzens 21B verbunden, der
durch entsprechend bemessene Bohrungen im Flansch 21A und im
Lenker 21 hindurchverläuft, und mit dem Flansch 20 mittels
eines Bolzens 21C verbunden, der durch entsprechend bemessene
Bohrungen im Lenker 21 und im Flansch 20 hindurchverläuft.
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In ähnlicher Weise ist der Lenker 22 mit den Flanschen 22A
und 20 mittels Boizen 22B und 22C verbunden, die durch
entsprechend bemessene Bohrungen im Lenker 21 und Flanschen
21A und 20 hindurchvertaufen.
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Die durch die Lenker 21 und 22 und ihre zugeordneten Bolzen
21A, 22A, 21B und 22B gebildeten Verbindungen tragen das
Gewicht des Triebwerks 1.
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Der Lenker 23 ist mit dem Flansche 23A durch einen Bolzen 23B
verbunden, der durch entsprechend angepaßte Bohrungen im
Flansche 23A und im Lenker 23 hindurchveriäuft, und ist
außerdem mit dem Flansch 20 durch einen Bolzen 23C verbunden,
der durch entsprechend bemessene feste Bohrungen im Flansch
20 und im Lenker 23 hindurchverläuft. Der Lenker 23 bildet
auch eine ausfallsichere Verbindung durch einen Holzen 23B,
der durch eine entsprechend angepaßte Bohrung im Flansch 20
und eine Bohrung 23E mit Übermaß im Lenker 23
hindurchverläuft. Die Bolzen 21C und 21D sind mit gleichen Abständen
beiderseits der Vertikelebene 10 angeordnet. Zwei Paare von
Drehmomentanschlägen 24A, 24B und 25A, 25B sind an
entgegengesetzten Seiten der Flansch 20 und 23A befestigt.
Die Drehmomentanschläge 24A und 25A sind am Elansch 20
befestigt während die Drehmomentanschläge 24B und 25B am
Flange 23A befestigt sind.
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Die durch den Lenker 23 und seine zugeordneten Holzen 23B und
23C gebildete Verbindung nimmt das Drehmoment auf das
Triebwerk 1 auf.
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Falls einer der benker 21 und 22 oder ihrer zugeordneten
Holzen 21B, 21C, 22B und 22C brechen sollten, fällt das
Triebwerk 1 etwas ab, bis der Boizen 23D an die Hohrungswand
der Übermaßbohrung 23E anliegt, und das Gewicht des
Triebwerks 1 wird dann durch die verbleibenden Verbindungen
getragen, die durch die Lenkern 21 und 22 und den Lenker 23
über die drei Hoizen 23B, 23C und 23D gebildet sind, während
der Lenker 23 weiter das Drehmoment auf das Triebwerk 1
aufnimmt. Da der Lenker 23 und seine Hefestigungen an den
Flanschen 20 und 23A durch Bolzen 23B,23C und 23D symetrisch
um die Vertikaleebene 10 angeordnet sind, die durch das
Schwerezentrum des Triebwerks 1 verläuft, wird durch das
Gewicht des Triebwerks 1 keine unerwünschtes Drehmoment
erzeugt. Falls der Bolzen 23C oder der Lenker 23 zwischen den
Bolzen 23B und 23C brechen sollte, dreht sich das Triebwerk
1, bis der Bolzen 23D an der Bohrungswand der Übermaßbohrung
23E anliegt, wonach die Bolzen 23B und 23D und der Lenker 23
zwischen ihnen das Drehmoment aufnehmen. Alternativ, falls
der Bolzen 23B brechen sollte, dreht sich das Triebwerk 1,
bis einer der beiden Paare von Drehmomentanschlägen 24A, 24B,
25A und 25B in Anlage kommen, worauf das Drehmoment durch
eines der Drehmomentanschlagpaare 24A, 24B, 25A und 25B
aufgenommen wird, je nach dem Drehsinn des Drehmoments.
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In beiden Fällen tragen die durch die Lenker 21 und 22
hergestellten Verbindungen das Triebwerksgewicht.
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Eine andere Bauart einer Aufhängung ist in Figur 4
dargestellt; diese ist ähnlich der in Figur 3 gezeigten
Aufhängung mit Lenkern 21 und 22, die mittels Holzen 21B und
22B mit Flanschen 21A und 22A und mittels Bolzen 21C und 22C
mit einem Flange 20 verbunden sind, wobei die durch die
Lenker 21 und 22 hergestellten Verbindungen das Gewicht des
Triebwerks 1 tragen.
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Der Lenker 23 in Figur 3 ist durch einen Lenker 26 ersetzt.
Der Lenker 26 ist am Flansch 20 mittels eines Bolzens 26A
befestigt der durch entsprechend bemessene Bohrungen im
Fiansch 20 und im Lenker 26 hindurchverläuft.
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Die Flansch 26B und 26C sind an den Verbindungsstellen der
geraden Sehnen 6 mit zwei Speichen 5 mit gleichmäßigem
Abstand beiderseits der Vertikalebene 10 gebildet. Der Lenker
26 ist am Flangsch 26B mittels eines Bolzens 26D befestigt,
der durch entsprechend bemessene Bohrungen im Flansch 26B und
dem Lenker 26 hindurchverläuft. Ein Holzen 26E verläuft durch
eine entsprechend bemessene Hohrung im Lenker 26 und eine
Übermaßbohrung 26F im Flansch 26C hindurch. Zwei
Drehmomentanschlagpaare 27A, 27B, 28A und 28B sind an
gegenüberliegenden Serten der Flansche 20, 26B und 26C
angeordnet. Der Drehmomentanschlag 27A und 28A ist dabei am
Flansch 20, der Dremomentanschlag 27B am Flansch 26B, und der
Dremomentanschlag 28B am Flansch 26C angeordnet.
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Die durch den Lenker 26 hergestellte Verbindung nimmt das
Dremoment auf das Triebwerk 1 auf.
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Falls eine der durch die Lenker 21 und 22 oder ihre
zugeordneten Bolzen 21B, 21C, 22B und 22C gebildeten Verbindungen
brechen sollte, fällt das Triebwerk 1 etwas ab, bis der
Bolzen 26E an der Bohrungswand der Übermaßbohrung 26F
anliegt, wobei dann das Gewicht des Triebwerks 1 durch die
verbleibenden Verbindungen getragen wird, die durch die
Lenker 21 und 22 und den Lenker 26 über die drei Holzen 26A,
26D und 26E hergestellt sind, während der Lenker 26 das
Drehmoment auf das Triebwerk 1 weiter abstützt. Da der Lenker
26 und seine Hefestigungen an den Flanschen 20, 26B und 26C
durch Holzen 26A, 26D und 26E symmetrisch um die
Vertikalebene 10 herum angeordnet sind, die durch das Schwerezentrum
des Triebwerks 1 verläuft, wird kein unerwünschtes Drehmoment
durch das Gewicht des Triebwerks 1 erzeugt.
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Talt der Bolzen 26D oder der Lenker 26 zwischen den Bolzen
26A und 26D brechen sollte, dreht sich das Triebwerk 1, bis
der Holzen 265 an der Bohrungswand der Übermaßbohrung 26F
anliegt, wonach dann die Bolzen 26A und 26F und der Lenker 26
zwischen ihnen das Drehmoment aufnehmen. Alternativ, falls
der Bolzen 26A brechen sollte, dreht sich das Triebwerk 1,
bis einer der beiden Drehmomentsanschlagspaare 27A, 27B, 28A
und 28B in Anlage kommen, worauf das Drehmoment dann über
eines der beiden Drehmomentanschlagspaare 27A, 27B, 28A und
28B abgestützt wird, je nach dem Drehsinn des Drehmoments.
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In beiden Fällen wird das Gewicht des Triebwerks 1 durch die
von den Lenkern 21 und 22 gebildeten Verbindungen getragen.
Grundsätzlich wird die in Figur 3 gezeigte Aufhängung
bevorzugt, wenn eine der Speichen 5 in der Vertikalebene 10
liegt während die in Figur 4 gezeigt Aufhängung dann
bevorzugt wird, wenn keine der Speichen 5 in der
Vertikalebene 10 liegt. Dies deshalb, weil eine solche Auswahl von
Aufhängungen die Anordnung der Flanschen 23A, 26B und 26C an
den Enden der Speichen 5 ermöglicht und so eine
Lastübertragung direkt zwischen den Lenkern 21, 22, 23 und 26 und den
Knotenstellen zwischen den Speichen 5 und den geraden
Sehnen 6 ermöglicht.
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Jedoch sind auch andere Anordnungen möglich und können unter
gewissen Umständen vorteilhaft sein.
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Figur 5 zeigt eine Trieebwerksaufhängung, die im wesentlichen
ähnlich derjenigen nach Figur 3 ist, wobei der Unterschied
darin liegt daß die Speichen 5 so angeordnet sind, daß keine
von ihnen in der Vertikalebene 10 liegt, und der Flansch 23A
an einer der Sehnen 6 der Rahmenkons truktion zwischen zwei
Speichen 5 gebildet ist.
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Figur 6 zeigt eine Triebwerksaufhängung, die im wesentlichen
ähnlich derjenigen nach Figur 4 ist, wobei der Unterschied
darin liegt, daß die Speichen 5 so angeordnet sind, daß eine
von ihnen in der Vertikalebene 10 liegt und die Flansch 26B
und 26C an den geradeii Sehnen 6 der Rahmenkonstruktion
beiderseits der in der Vertikalebene 10 liegenden Speiche 5
angeordnet sind.
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Falls bei einerder oben beschriebenen Anordnungen eine von
der dargestellten gewichts- und drehmomentaufnehmenden
Aufhängung gesonderte Schubaufhängung verwendet wird, um das
Triebwerk axial relativ zum Flugzeug zu fixieren, können das
Triebwerk und die Flugzeugkonstruktion sich axial relativ
zueinander an der gewichts- und dremomentaufnehmenden
Aufhängung aufgrund von Wärmedehnungsdifferenzen zwischen dem
Triebwerk und der Flugzeugkonstruktion bewegen.
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In Figur 3 bewirkt eine relative Axialbewegung der Flansch 20
und 23A eine Schwenkung des Lenkers 23 relativ zu den Holzen
23B und 23C. Diese Schwenkbewegung bewirkt, daß das Ende des
Lenkers 23 am Bolzen 23D sich relativ zum Flansch 23 um das
Doppelte der relativen Hewegung der Flansch 20 und 23A
bewegt.
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Diese große Relativbewegung des Lenkers 23 des Flansches 20
ist unerwünscht, da sie erfordert, daß der Holzen 23D
ausreichend lang ist, um die Bewegung des Lenkers 23 zu
ermöglichen, und sie erfordert außerdem, daß neben dem
Triebwerk 1 ein Freiraum für die Bewegung des Lenkers 23
verbleibt.
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In Figur 7 ist eine verbesserte Version der in Figur 3
dargestellten Aufhängung gezeigt, die im Sinne einer
Verringerung dieses Problems modifiziert ist.
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Diese verbesserte Aufhängung ist im wesentlichen die gleiche
wie die in Figur 3 dargestellte Aufhängung, mit der Ausnahme,
daß der Bolzen 23C weiter von der Ebene 10 entfernt ist und
der Lenker 23 durch einen assymmetrischen Lenker 29 ersetzt
ist.
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Falls eine relative Axialbewegung der Flansch 20 und 23A
auftritt, schwenkt der Lenker 29 um die Bolzen 23B und 23C,
und diese Schwenkbewegung bewirkt, daß das Ende des Lenkers
29 angrenzend am Holzen 23D sich relativ zum Flansch 20
bewegt. Da aber der Abstand zwischen den Bolzen 23B und 23D
kleiner als der Abstand zwischen den Bolzen 23B und 23C ist,
ist diese Bewegung kleiner als bei der Anordnung nach
Figur 3.
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In ähnlicher Weise könnte der Lenker 23 der Aufhängung nach
Figur 5 oder der Lenker 26 der Aufhängungen nach den Figuren
4 und 6 durch einen assymmetrischen Lenker ersetzt werden.
Bei der in Figur 5 dargestellten Aufhängung würde der Bolzen
23C weiter als der Holzen 23D von der Ebene 10 entfernt sein.
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Bei den in den Figuren 3 und 5 dargestellten Aufhängungen
würde der Holzen 26D weiter als der Holzen 26E von der Ebene
10 entfernt sein.
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Ein Flansch 20 ist am tragenden Bauteil 2 des Flugzeugs
befestigt, um das Triebwerk 1 zu tragen, weil die komplexen
Formen des Flansches 20 im allgemeinen unzweckmäßig für ein
Trägerteil sind, jedoch können die Lenker 21, 22, 23 und 26
gewünschtenfalls auch direkt an dem Trägerteil 2 befestigt
sein.
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Die Flansche 21A, 22A, 23A, 26D und 26E können an den geraden
Sehnen 6 und den Speichen 5 befestigt werden oder einstückig
mit diesen ausgebildet sein.
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Die Verwendung von Bolzen zur Befestigung der Lenker an den
Flanschen ist zweckmäßig, aber es kann auch irgendeine andere
Befestigungsmethode angewendet werden.