Rumpf - Fuselage

Rumpf einer Boeing 737 in Braun dargestellt

In der Luftfahrt , der Rumpf ( / f ju z əl ɑ ʒ / ; aus dem Französisch fuselé „spindelförmigen“) ist ein Flugzeug ist Hauptkörperabschnitt. Es hält Besatzung , Passagiere oder Fracht . Bei einmotorigen Flugzeugen enthält es normalerweise auch ein Triebwerk , obwohl bei einigen Amphibienflugzeugen das einmotorige Flugzeug auf einem am Rumpf befestigten Pylon montiert ist, der wiederum als schwimmender Rumpf verwendet wird . Der Rumpf dient auch dazu, die Steuer- und Stabilisierungsflächen in bestimmten Beziehungen zu den Auftriebsflächen zu positionieren , was für die Stabilität und Manövrierfähigkeit des Flugzeugs erforderlich ist.

Arten von Strukturen

Piper PA-18 geschweißte Rohrbinderrumpfstruktur

Fachwerkstruktur

Hauptartikel: Fachwerk

Diese Art von Struktur wird noch in vielen Leichtflugzeugen mit geschweißten Stahlrohrbindern verwendet. Eine Rumpfstruktur mit Kastenfachwerk kann auch aus Holz gebaut werden – oft mit Sperrholz bedeckt. Einfache Kastenstrukturen können durch das Hinzufügen von unterstützten leichten Stringern abgerundet werden, wodurch der Stoffbezug eine aerodynamischere oder optisch ansprechendere Form bilden kann.

Geodätische Konstruktion

Hauptartikel: Geodätische Flugzeugzelle
Die Rumpfstruktur der geodätischen Flugzeugzelle wird durch Kampfschäden freigelegt

Geodätische Strukturelemente wurden von Barnes Wallis für British Vickers zwischen den Kriegen und bis in den Zweiten Weltkrieg verwendet , um den gesamten Rumpf einschließlich seiner aerodynamischen Form zu bilden. Bei dieser Konstruktionsart werden mehrere Flachbandstringer in entgegengesetzten Spiralrichtungen um die Spanten gewickelt, wodurch ein korbähnliches Aussehen entsteht. Dieser erwies sich als leicht, stark und steif und hatte den Vorteil, dass er fast vollständig aus Holz bestand. Eine ähnliche Konstruktion aus Aluminiumlegierung wurde bei Vickers Warwick mit weniger Materialien verwendet, als für andere Konstruktionstypen erforderlich wäre. Die geodätische Struktur ist auch redundant und kann daher lokalisierte Schäden ohne katastrophale Versagen überstehen. Eine Stoffbespannung über der Struktur vervollständigte die aerodynamische Hülle (siehe Vickers Wellington für ein Beispiel für ein großes Kampfflugzeug, das dieses Verfahren verwendet). Die logische Weiterentwicklung davon ist die Herstellung von Rümpfen aus geformtem Sperrholz, bei denen mehrere Platten mit der Maserung in verschiedene Richtungen gelegt werden, um den unten stehenden Monocoque-Typ zu ergeben.

Monocoque- Schale

Das Van's Aircraft RV-7 in Semi-Monocoque-Bauweise.

Bei diesem Verfahren ist die Außenfläche des Rumpfes auch die Primärstruktur. Eine typische frühe Form davon (siehe Lockheed Vega ) wurde aus geformtem Sperrholz gebaut , wobei die Sperrholzschichten über einem "Stecker" oder in einer Form gebildet werden . Eine spätere Form dieser Struktur verwendet anstelle von Sperrholz mit Polyester oder Epoxidharz imprägnierte Glasfasergewebe als Haut. Eine einfache Form davon, die in einigen von Amateuren gebauten Flugzeugen verwendet wird, verwendet Hartschaumstoff als Kern mit einer Glasfaserbeschichtung, wodurch die Herstellung von Formen überflüssig wird, jedoch mehr Aufwand bei der Endbearbeitung erforderlich ist (siehe Rutan VariEze ). Ein Beispiel für ein größeres Flugzeug aus geformtem Sperrholz ist der de Havilland Mosquito Jagd-/Leichtbomber des Zweiten Weltkriegs . Kein Rumpf mit Sperrholzhaut ist wirklich monocoque, da Versteifungselemente in die Struktur eingearbeitet sind, um konzentrierte Lasten aufzunehmen, die sonst die dünne Haut knicken würden. Die Verwendung von geformtem Fiberglas unter Verwendung von negativen ("weiblichen") Formen (die ein fast fertiges Produkt ergeben) ist in der Serienproduktion vieler moderner Segelflugzeuge weit verbreitet . Der Einsatz von geformten Verbundwerkstoffen für Rumpfstrukturen wird auf große Passagierflugzeuge wie die Boeing 787 Dreamliner (durch Pressformen auf Matrize) ausgeweitet .

Halbmonocoque

Geteilter Rumpf mit Spanten, Stringern und Außenhaut aus Aluminium

Dies ist das bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Nur- Konstruktion Aluminiumrumpf. Zunächst wird eine Reihe von Spanten in Form der Rumpfquerschnitte auf einer starren Halterung in Position gehalten . Diese Spanten werden dann mit leichten Längselementen, sogenannten Stringern, verbunden . Diese werden wiederum mit einer Haut aus Aluminiumblech überzogen, durch Nieten oder durch Verkleben mit speziellen Klebstoffen befestigt. Anschließend wird die Halterung demontiert und aus der fertigen Rumpfschale entnommen, die dann mit Verkabelung, Bedienelementen und Innenausstattungen wie Sitzen und Gepäckfächern ausgestattet wird. Die meisten modernen Großflugzeuge werden mit dieser Technik gebaut, verwenden jedoch mehrere auf diese Weise konstruierte große Abschnitte, die dann mit Befestigungselementen verbunden werden , um den vollständigen Rumpf zu bilden. Da die Genauigkeit des Endprodukts maßgeblich durch die aufwendige Vorrichtung bestimmt wird, eignet sich diese Form für die Serienfertigung, wo viele identische Flugzeuge produziert werden sollen. Frühe Beispiele dieses Typs sind die zivilen Flugzeuge Douglas Aircraft DC-2 und DC-3 und die Boeing B-17 Flying Fortress . Die meisten Leichtflugzeuge aus Metall werden nach diesem Verfahren hergestellt.

Sowohl Monocoque als auch Semi-Monocoque werden als "Stressed Skin"-Strukturen bezeichnet, da die gesamte oder ein Teil der äußeren Last (dh von Flügeln und Leitwerk und von diskreten Massen wie dem Triebwerk) von der Oberflächenbedeckung aufgenommen wird. Darüber hinaus waren alle die Lasten von interner Druckbeaufschlagung (wie durchHautSpannung ) von der Außenhaut.

Die Aufteilung der Lasten zwischen den Komponenten ist eine Designentscheidung, die weitgehend von den Abmessungen, der Festigkeit und der Elastizität der für den Bau verfügbaren Komponenten bestimmt wird und davon, ob eine Konstruktion "selbstspannend" sein soll oder nicht, wobei keine vollständige Vorrichtung zum Ausrichten erforderlich ist.

Materialien

Innenansicht des hölzernen, stoffbespannten Rumpfes einer Fisher FP-202 .

Frühe Flugzeuge wurden aus mit Stoff überzogenen Holzrahmen gebaut. Als Eindecker populär wurden, verbesserten Metallrahmen die Festigkeit, was schließlich zu Flugzeugen mit Ganzmetallstruktur führte, mit Metallabdeckungen für alle Außenflächen - dies wurde erstmals in der zweiten Hälfte des Jahres 1915 eingeführt . Einige moderne Flugzeuge werden aus Verbundwerkstoffen für große Steuerflächen, Flügel oder den gesamten Rumpf gebaut, wie die Boeing 787. Bei der 787 ermöglicht es höhere Druckniveaus und größere Fenster für den Passagierkomfort sowie ein geringeres Gewicht, um die Betriebskosten zu senken . Die Boeing 787 wiegt 1.500 lb (680 kg) weniger, als wenn sie eine Vollaluminium-Baugruppe wäre.

Fenster

Cockpit- Windschutzscheiben des Airbus A320 müssen Vogelschlag bis 350 kt standhalten und bestehen aus chemisch gehärtetem Glas . Sie bestehen normalerweise aus drei Schichten oder Lagen aus Glas oder Kunststoff: Die inneren beiden sind jeweils 8 mm (0,3 Zoll) dick und sind strukturell, während die äußere Lage, etwa 3 mm dick, eine Barriere gegen Beschädigung durch Fremdkörper darstellt und Abrieb , oft mit hydrophober Beschichtung. Sie muss ein Beschlagen in der Kabine und eine Enteisung ab −50 °C (−58 °F) verhindern. Dies geschah früher mit dünnen Drähten ähnlich einer Heckscheibe, jetzt aber mit einer transparenten, nanometerdicken Beschichtung aus Indium-Zinn-Oxid, die zwischen Lagen sitzt, elektrisch leitfähig ist und somit Wärme überträgt. Gebogenes Glas verbessert die Aerodynamik, aber Sichtkriterien erfordern auch größere Scheiben. Eine Cockpit-Windschutzscheibe besteht bei einem Airbus A320 aus 4–6 Paneelen zu je 35 kg (77 lb.) . Während seiner Lebensdauer durchläuft ein durchschnittliches Flugzeug drei oder vier Windschutzscheiben , und der Markt wird gleichmäßig zwischen OEM und Aftermarket mit höheren Margen aufgeteilt .

Kabinenfenster , die aus viel leichterem als Glas gespanntem Acrylglas bestehen , bestehen aus mehreren Scheiben: einer äußeren, die dem vierfachen maximalen Kabinendruck standhält, einer inneren für Redundanz und einer Kratzscheibe in der Nähe des Passagiers. Acryl ist anfällig für Haarrisse  : ein Netzwerk aus feinen Rissen tritt auf, kann aber poliert werden , um die optische Transparenz wiederherzustellen . Das Entfernen und Polieren erfolgt bei unbeschichteten Fenstern normalerweise alle 2–3 Jahre.

Flügelintegration

„ Flying Wing “-Flugzeuge, wie der Northrop YB-49 Flying Wing und der Northrop B-2 Spirit Bomber haben keinen separaten Rumpf; Stattdessen ist das, was der Rumpf wäre, ein verdickter Teil der Flügelstruktur.

Umgekehrt gibt es eine kleine Anzahl von Flugzeugkonstruktionen, die keinen separaten Flügel haben, sondern den Rumpf verwenden, um Auftrieb zu erzeugen. Beispiele hierfür sind die experimentellen Hebekörperkonstruktionen der National Aeronautics and Space Administration und der Vought XF5U-1 Flying Flapjack .

Ein gemischter Flügelkörper kann als eine Mischung der obigen betrachtet werden. Es trägt die Nutzlast in einem Rumpf, der Auftrieb erzeugt. Ein modernes Beispiel ist Boeing X-48 . Eines der frühesten Flugzeuge mit diesem Konstruktionsansatz ist Burnelli CBY-3 , dessen Rumpf tragflügelförmig war, um Auftrieb zu erzeugen.

Galerie

Siehe auch

Verweise

Externe Links