Luftfahrzeugkonstruktion II

Unter Bauweisen versteht man ein konstruktives Lösungsprinzip zur praktischen Realisierung einer Struktur unter Beachtung von technologischen und ökonomischen Bedingungen.

Einteilung nach:

• Masse (Massiv- oder Leichtbauweise)
• verwendeter Werkstoff (Metall oder Faserverbundwerkstoff)
• Art der lasttragenden Strukturen (Fachwerk- oder Schalenbauweise
• Integrationsgrad (Differential- oder Integralbauweise)

Vorteil Integralbauweise:

• Gewichtsminimierung durch optimale Anpassung der Geometrie an die Kraftverläufe
• Einsparung von Gewicht und Kosten durh Reduzierung bzw. Wegfall von Verbindungselementen oder -mitteln.

Nachteile Integralbauweise:

• Aufwendige Fertigung (chem. Fräsen, Fräsen)
• Hoher Materialverbrauch
• keine Kombination verschiedener Werkstoffe möglich
• ungünstige Schadenstoleranz-Eigenschaften
• eingeschränkte Reparaturmöglichkeiten

Schalenbauweise:

Kräfte werden vorrangig über Schalenelemente übertragen (Flächentragwerk)

Unter Damage Tolerance versteht man das Vermögen einer Struktur seine Funkionalität im Schadensfall bis zum nächsten Wartungsintervall aufrecht zu erhalten und innerhalb dieses Zeitraums aufgrund eines noch den vorgegebenen Sichtkontrollen nicht detektiverbaren Schaden, nicht katastrophal zu versagen.

Dieses Konzept erforder vorgeschriebene Inspektionsplänge nach denen Rissfortschritte klassifiziert sind und dementsprechende behandelt werden. Schadenstolerante Strukturen können nach dem Safe-Life und Fail-Safe Prinzip verwirklicht werden.

Unter Ageing Aircraft wird das technische Problem von mehreren simultan auftretenden Anrissen beschreiben, die dazu führen können, dass die in der schadenstoleranten Auslegung ermittelte Restfestigkeiten nicht mehr gegeben ist und es eher als angenommen zu katastrophalen Strutkurversagen kommen kann. Solche multiplen Anrisse treten verstärkt bei älteren Flugzeugen, infolge von Vorschädigungen auf.

1. Biegemomente und Querkraftschub infolge spannweiter Auftriebsverteilung und Triebwerksgewicht
2. Torsionsmoment infolge flügeltiefer Auftriebsverteilung
3. Biegemoment und Querkraftschub infolge spannweiter Widerstandsverteilung
4. Wölbkrafttorsion infolge der überlagerten Schnittgrößen

Doppel-T-Holm ist für die Aufnahme von Biegemoment (Gurt) und Querkraftschub (Steg) infolge spannweiter Auftreiebsverteilung geeignet. Die restlichen Schnittgrößen werden durch übrige Strukturelemente (Tragflügel, Rippen, und/ oder Stringer) aufgenommen.

Als Bedignung wird angenommen, dass der Verdrehwinkel aller Zellen gleich ist und das ein Gleichgewicht zwischen äußeren und innteren Kräften herrscht.

• globales Beulen der Schlae
• Beulen der Versteifungselemente
• lokales Hautfeldbeulen

Unter Crippling versteht man das Versagen eines Stringer-Profils an einer Ecke oder Kante, wenn die kristische lokale Beullast überschritten wird.

Stringer erhöhen die Beulsteifigkeit - Stabilität der Schale - längs des Stringers.

Bei Metallstringern sollten offene Querschnitte verwendet werden um an allen Seiten des Stringers Sichtprüfungen durchzuführen. Werden Faserverstärkte Stringer eingesetzt, können diese auch geschlossen sein, da keine Korrosion vorliegt.

• Biegung
• Druck
• Schub

Vorteile

• Gewichtsreduktion gegenüber herkömmlichen Strukturen
• Biegesteifigkeit und -festigkeit sind höher.

\(q={M_\tau \over 2A}=\tau*t\)

\(\vartheta(x)={q\over 2AG}\oint{ds\over t(s)} \)

\(q={M_\tau\over 2A}\)

\(\vartheta(x)={M_\tau\over4A^2G}\oint{ds\over t(s)}={M_\tau\over GJ_T} \)

\(({\tau_{ist}\over \tau_{krit}})^2+({\sigma_{B,ist}\over \sigma_{B,krit}})^2+{\sigma_{D,ist}\over \sigma_{D,krit}} \le 1\)

• Es werden dünwandige stabförmige Körper betrachtet (Lännge >> Höhe, Breite; t << Höhe, Breite)
• Querschnitt des Körpers bleibt bei der Verdrehung erhalten
• Körper kann sich in Längsrichtung frei ausdehnen --> keine Normalspannungen in Längsrichtung
• Änderungen der Schubspannungen über Wandstärke sind vernachlässigbar --> Spannung durch Schubfluss ersetzbar \(q=\tau t\)
• Es treten keiene Randstörungen auf (Torsionsmomente werden entsprechend der Schubspannungsverteilung eingeleitet)

• Es werden dünnwandige Körper betrachtet (Länge >> Höhe, Breite; t  << Höhe, Breite)
• Querschnittsgestalt des Körpers bleibt bei Biegung erhalten
• Querschnitt bleibt bei Verformung eben (Bernoulli-Hypothese) --> Widerspruch zur EET
• Es treten keine Randstörungen auf (Querkräfte und Biegemomente werden entsprechend den Längs- und Schubspannungsverteilungen eingeleitet)

Annahmen:

• besteht aus dünnen Hautfeldern (Stegen, die von steifen stabförmigen Elementen (Gurte) begrenzt werden. Querschnittsfläche Gurt >> Querschnittsfläche Steg
• Gurte übertragen nur Längskrafte, Stege nur Schubkräfte
• In Stegquerschnitt ist der Schubfluss konstant
• In Gurtquerschnitt ist die Normalspannung konstant
• Es treten keine Randstörungen auf (Querkraft und Biegemoment werden entsprechend der Längs- und Schubspannungsverteilung eingeleitet)

Gültigkeit:

• (Gurthöhe / Steghöhe)^2 << 1
• (Stegquerschnittsfläche / Gurtquerschnittsfläche) << 1